一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统及方法与流程

1.本发明涉及节能环保技术领域，尤其涉及一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统及方法。


背景技术：

2.化石燃料的燃烧导致大气中co2含量的激增，进而产生温室效应，影响人类的生存。ccus(carbon capture,utilization and storage,碳捕集、利用和封存)是降碳必不可少的技术方向，ccus也是实现化石能源深度减排的唯一途径。
3.目前，二氧化碳捕集技术主要用于火力发电厂、水泥、钢铁、化工等排放二氧化碳多的行业。二氧化碳捕集技术主要有化学吸收法、物理膜分离法和吸附法。化学吸收法的优点是技术成熟，捕集纯度高，纯度达到97％
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99％左右，但存在能耗高、占地面积大和系统复杂等缺点。物理膜分离法的优点是占地面积小、系统简单，但捕集纯度低，已投产纯度仅达60％
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85％左右，电耗高、烟道气商业化应用少。物理吸附法存在吸附剂用量大，吸附剂再生困难等问题。工业上多采用化学胺法吸收来捕集二氧化碳。
4.cn208482032u公开了一种模块化的二氧化碳捕集系统，利用醇胺法捕集尾气中的二氧化碳，通过贫液吸收二氧化碳转化为富液，包括吸收模块、换热模块和再生模块，通过吸收模块吸收二氧化碳，通过换热模块分离富液和贫液，通过再生模块循环利用富液和贫液。该模块化的二氧化碳捕集系统采用模块化技术，达到了标准化和系列化的目的，降低了制造成本及后期维护费用，简化施工安装操作，缩短建造周期。
5.cn111437710a公开了一种醇
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胺
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水系二氧化碳捕集液及二氧化碳的捕集方法，醇胺与co2反应形成稳定的氨基甲酸盐和碳酸氢盐，随着对co2吸收量的增加，捕集液的oh
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含量逐渐降低，碱性降低；低级醇不仅可与co2反应形成难分解物质，提了对co2的捕集效率；而且其还可以降低水的介电常数，从而降低捕集液的碱度，有利于捕集液吸附的酸性co2在较低的温度下解吸。该方法对co2的捕集率高，解吸co2所需温度低，耗能低且对设备无腐蚀。
6.cn112169537a公开了一种快速变温吸附转轮式直接空气二氧化碳捕集系统，所述快速变温吸附转轮式直接空气二氧化碳捕集系统包括：转轮；吸附流路以及再生流路，再生气体在再生流路内沿与第一方向相反的第二方向流动，其中，再生气体为水蒸气发生器加热产生的水蒸气，加热后的再生气体流经转轮的再生区后进入冷凝器内被冷凝，冷凝得到液体为冷凝水，所述冷凝水经冷凝管路流入水蒸气发生器内，冷凝分离得到的气体为收集的二氧化碳气体。该方法实现了空气中二氧化碳的直接、快速捕集，且使用负压蒸汽再生吸附剂，有效地降低了系统能耗。
7.但上述方法均没有在二氧化碳捕集过程中对气体中的热量进行利用，一定程度上造成了能量浪费。因此，开发一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统及方法具有重要意义。


技术实现要素：

8.鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统及方法，所述装置系统将解析塔中产生的热气体通入有机朗肯循环发电系统，利用余热进行发电，大大降低二氧化碳捕集系统的能耗，对促进工业节能具有重要意义。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统，所述装置系统包括依次连接的吸收塔系统、胺液系统和解析塔系统；所述解析塔系统与有机朗肯循环发电系统相连。
11.本发明所述装置系统中的解析塔系统与有机朗肯循环发电系统相连，解析塔排出的夹杂二氧化碳的水蒸气进入以低沸点有机物作为工质的闭式朗肯循环发电系统进行发电，实现了二氧化碳胺法捕集过程中的余热利用，产生的电能可作为整个捕集系统用电，提高了二氧化碳捕集过程中能源利用率，促进工业节能减排。
12.优选地，所述有机朗肯循环发电系统包括依次循环连接的蒸发装置、透平机械装置和冷凝装置。
13.本发明中夹杂二氧化碳的水蒸气主要进入有机朗肯循环发电系统的蒸发装置进行余热利用。
14.优选地，所述透平机械装置与发电装置共轴连接。
15.本发明所述透平机械装置与发电装置共轴连接，通过低沸点有机物在中低温热源下汽化产生较高压力蒸汽做功来带动发电机进行发电。
16.优选地，所述冷凝装置分别与凝结水储存装置和凝结水输送装置相连。
17.优选地，所述凝结水储存装置与凝结水输送装置相连。
18.优选地，所述蒸发装置连接有工质输送装置。
19.优选地，所述解析塔系统包括解析塔。
20.优选地，所述解析塔内设置有第一填料和第一气体分布装置。
21.本发明优选所述解析塔内设置有第一填料和第一气体分布装置，更有利于增大第一富胺液与再沸器产生的夹杂二氧化碳的水蒸汽的接触面积，提高解析效率。
22.优选地，所述第一填料包括至少三个填料段。
23.优选地，所述第一气体分布装置包括至少一个气体分布板。
24.优选地，所述解析塔的上部设置有回流装置。
25.优选地，所述回流装置包括回流液收集装置和回流液输送装置。
26.优选地，所述有机朗肯循环发电系统、回流液收集装置、回流液输送装置和解析塔循环相连。
27.优选地，所述回流液收集装置的顶部设置有二氧化碳出气管。
28.本发明中经过有机朗肯循环发电系统进行余热利用后的夹杂二氧化碳的水蒸气已经过蒸发装置换热，进入到回流液收集装置，气态二氧化碳和回流液在此分开，回流液通过回流液输送装置集中返回到解析塔，二氧化碳气体通过管道被输送到二氧化碳压缩提纯装置。当二氧化碳压缩提纯装置故障时，二氧化碳气体至烟气排放管排出。
29.优选地，所述解析塔的底部设置有再沸装置。
30.优选地，所述再沸装置与解析塔循环相连。
31.本发明中从解析塔喷淋而下的富胺液与自再沸器蒸发出来自下而上的胺溶液水蒸汽逆向加热，从而将富胺液中的二氧化碳解析出来，完成整个解析过程。
32.优选地，所述解析塔的底部设置有第一贫胺液管道。
33.优选地，所述解析塔的侧部设置有第一富胺液管道。
34.优选地，所述胺液系统包括贫胺液系统和富胺液系统。
35.优选地，所述贫胺液系统包括自贫胺液流动方向依次连接的贫胺液输送装置、贫富胺液换热装置、贫胺液储存装置、贫胺液给料输送装置和贫胺液冷却装置。
36.本发明中的贫胺液冷却装置的作用是为了防止进行吸收塔的第二贫胺液温度过高导致第二贫胺液内的水蒸发进入烟气，同时使第二贫胺液温度保持在一定范围，维持第二贫胺液的吸收性能。
37.本发明中如果经贫胺液冷却装置冷却后的第二贫胺液中含有杂质颗粒物和胺盐时，需依次进入固液分离装置和离子净化装置进行净化处理后进入贫胺液储存装置；如果经贫胺液冷却装置冷却后的第二贫胺液中仅含有杂质颗粒物时，只需进入固液分离装置进行处理后，即可进入贫胺液储存装置。净化后的，进入贫胺液储存装置的贫胺液经贫胺液给料输送装置和贫胺液冷却装置进入吸收塔，进行二氧化碳吸收。
38.优选地，所述贫胺液输送装置经第一贫胺液管道与解析塔系统相连；
39.优选地，所述贫胺液冷却装置经第二贫胺液管道与吸收塔系统相连。
40.优选地，所述富胺液系统包括自富胺液流动方向依次连接的富胺液输送装置和贫富胺液换热装置。
41.本发明中优选第二富胺液通过富胺液输送装置集中输送到贫/富胺液换热装置中进行换热，以回收利用解吸塔中产生的第一贫胺液中的热量。
42.优选地，所述贫富胺液换热装置经第一富胺液管道与解析塔系统相连。
43.优选地，所述富胺液输送装置经第二富胺液管道与吸收塔系统相连。
44.优选地，所述吸收塔系统包括吸收塔。
45.优选地，所述吸收塔内设置有除雾装置、第二填料和第二气体分布装置。
46.本发明优选所述吸收塔内设置的除雾装置，用来除去与第二贫胺液反应后的烟气中携带的胺液液滴，防止第二贫胺液液滴排到环境中造成环境污染，同时减少第二贫胺液的损耗。本发明中吸收塔内的第二填料和第二气体分布装置，有利于增大第二贫胺液与烟气的接触面积，提高烟气中二氧化碳吸收效率。
47.优选地，所述第二填料包括至少四组填料段。
48.优选地，所述第二气体分布装置包括至少两个气体分布板。
49.优选地，所述吸收塔的侧部设置有第一冷却管道、第二冷却管道和烟气进气管。
50.优选地，在所述第一冷却管道上自物料流动方向依次设置有第一物料输送装置和第一冷却装置。
51.优选地，在所述第二冷却管道上自物料流动方向依次设置有第二物料输送装置和第二冷却装置。
52.本发明中优选吸收塔的侧部连接有第一冷却装置和第二冷却装置，是因为胺吸收二氧化碳是一个放热反应，吸收所产生的热量必须消除，防止第二贫胺液的温度升高导致其对二氧化碳的吸收能力下降。
53.优选地，所述吸收塔的顶部设置有烟气排放管。
54.第二方面，本发明提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的方法，所述方法采用胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统进行。
55.本发明所述胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的方法将解析塔顶部排放的夹杂二氧化碳的水蒸气进入有机朗肯循环发电系统，利用解析塔排出的夹杂二氧化碳的水蒸气中的热量进行发电，产生的电能可用于二氧化碳捕集系统用电，对促进工业节能具有重要意义。
56.优选地，所述方法包括如下步骤：
57.(1)烟气进入吸收塔系统与贫胺液反应，脱除二氧化碳后排出；所述贫胺液吸收二氧化碳后转为富胺液；
58.(2)所述富胺液经胺液系统进入解析塔系统进行解析；所述解析过程中产生的热气体进入有机朗肯循环发电系统，利用所述热气体的余热进行发电。
59.优选地，所述烟气中二氧化碳的浓度为10％～40％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％。
60.优选地，所述贫胺液的温度为38～42℃，例如可以是38℃、39℃、40℃、41℃或42℃。
61.优选地，所述进入解析塔系统的富胺液的温度为70～85℃，例如可以是70℃、73℃、75℃、77℃、80℃或85℃。
62.优选地，所述热气体包括二氧化碳和水蒸气。
63.优选地，所述热气体的温度为100～120℃，例如可以是100℃、102℃、105℃、110℃、115℃、118℃或120℃。
64.优选地，所述有机朗肯循环发电系统的有机工质包括1,3,3,3
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四氟丙烯或1,1,1,2
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四氟乙烷。
65.作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
66.(1)二氧化碳浓度为10％～40％的烟气进入吸收塔系统与38～42℃贫胺液反应，脱除二氧化碳后排出；所述贫胺液吸收二氧化碳后转为富胺液；
67.(2)所述富胺液经胺液系统中的贫富胺液换热装置换热，温度为70～85℃后进入解析塔系统进行解析；所述解析过程中产生温度为100～120℃的包含二氧化碳和水蒸气的热气体进入有机朗肯循环发电系统，利用所述热气体的余热进行发电。
68.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
69.(1)本发明提供的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统在吸收烟气中二氧化碳的同时，利用处理过程中解析塔产生的热气体的余热进行发电，降低了二氧化碳捕集过程中的能量损耗，节约了处理成本；
70.(2)本发明提供的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的方法采用有机朗肯循环发电系统回收利用胺法捕集二氧化碳过程中的余热，将气体中低品位热量转化为电能，达到了节能减排的效果。
附图说明
71.图1是本发明实施例1提供的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统示意
图。
72.图2是本发明实施例1提供的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统中有机朗肯循环发电系统示意图。
73.图中：1
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有机朗肯循环发电系统；2
‑
解析塔；3
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回流液收集装置；4
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回流液输送装置；5
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二氧化碳出气管；6
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再沸装置；7
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第一贫胺液管道；8
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第一富胺液管道；9
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贫胺液输送装置；10
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贫富胺液换热装置；11
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贫胺液储存装置；12
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贫胺液给料输送装置；13
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贫胺液冷却装置；14
‑
第二贫胺液管道；15
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吸收塔；16
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富胺液输送装置；17
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除雾装置；18
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第一物料输送装置；19
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第一冷却装置；20
‑
第二物料输送装置；21
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第二冷却装置；22
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烟气进气管；23
‑
第二富胺液管道；24
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烟气排放管；25
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离子净化装置；26
‑
固液分离装置；27
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蒸发装置；28
‑
透平机械装置；29
‑
冷凝装置；30
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发电装置；31
‑
凝结水储存装置；32
‑
凝结水输送装置；33
‑
工质输送装置。
具体实施方式
74.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
75.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
76.实施例1
77.本实施例提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统，其示意图如图1所示，所述装置系统包括依次连接的吸收塔系统、胺液系统和解析塔系统；所述解析塔系统与有机朗肯循环发电系统1相连。
78.本实施例提供的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统中有机朗肯循环发电系统示意图如图2所示。所述有机朗肯循环发电系统1包括依次循环连接的蒸发装置27、透平机械装置28和冷凝装置29；所述透平机械装置28与发电装置30共轴连接；所述冷凝装置29分别与凝结水储存装置31和凝结水输送装置32相连；所述凝结水储存装置31与凝结水输送装置32相连；所述蒸发装置27连接有工质输送装置33。
79.所述解析塔系统包括解析塔2；所述解析塔内设置有第一填料和第一气体分布装置；所述解析塔的上部设置有回流装置；所述回流装置包括回流液收集装置3和回流液输送装置4；所述有机朗肯循环发电系统1、回流液收集装置3、回流液输送装置4和解析塔2循环相连；所述回流液收集装置3的顶部设置有二氧化碳出气管5；所述解析塔的底部设置有再沸装置6；所述再沸装置6与解析塔2循环相连。所述解析塔2的底部设置有第一贫胺液管道7；所述解析塔2的侧部设置有第一富胺液管道8。
80.所述胺液系统包括贫胺液系统和富胺液系统；所述贫胺液系统包括自贫胺液流动方向依次连接的贫胺液输送装置9、贫富胺液换热装置10、贫胺液储存装置11、贫胺液给料输送装置12和贫胺液冷却装置13；所述贫胺液系统还包括离子净化装置25和固液分离装置26。所述贫胺液输送装置9经第一贫胺液管道7与解析塔系统相连，所述贫胺液冷却装置13经第二贫胺液管道14与吸收塔系统相连所述富胺液系统包括自富胺液流动方向依次连接的富胺液输送装置16和贫富胺液换热装置10；所述贫富胺液换热装置10经第一富胺液管道8与解析塔系统相连；所述富胺液输送装置16经第二富胺液管道23与吸收塔系统相连。
81.所述吸收塔系统包括吸收塔15；所述吸收塔15内设置有除雾装置17、第二填料和
第二气体分布装置；所述吸收塔15的侧部设置有第一冷却管道、第二冷却管道和烟气进气管22；在所述第一冷却管道上自物料流动方向依次设置有第一物料输送装置18和第一冷却装置19；在所述第二冷却管道上自物料流动方向依次设置有第二物料输送装置20和第二冷却装置21；所述吸收塔的顶部设置有烟气排放管24。
82.对比例1
83.本对比例提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统，所述装置系统除将有机朗肯循环发电系统替换为气体冷凝装置外，其余均与实施例1相同。
84.应用例1
85.本应用例提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的方法，所述方法采用实施例1中的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统进行，具体包括如下步骤：
86.(1)二氧化碳浓度为10％～15％烟气进入吸收塔系统与38～42℃贫胺液反应，脱除二氧化碳后排出；所述贫胺液吸收二氧化碳后转为富胺液；
87.(2)所述富胺液经胺液系统中的贫富胺液换热装置换热，温度为70～85℃后进入解析塔系统进行解析；所述解析过程中产生温度为100～120℃的包含二氧化碳和水蒸气的热气体进入有机朗肯循环发电系统，利用所述热气体的余热进行发电。
88.应用例2
89.本应用例提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的方法，所述方法采用实施例1中的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统进行，具体包括如下步骤：
90.(1)二氧化碳浓度为15％～25％的烟气进入吸收塔系统与38～42℃贫胺液反应，脱除二氧化碳后排出；所述贫胺液吸收二氧化碳后转为富胺液；
91.(2)所述富胺液经胺液系统中的贫富胺液换热装置换热，温度为70～85℃后进入解析塔系统进行解析；所述解析过程中产生温度为100～120℃的包含二氧化碳和水蒸气的热气体进入有机朗肯循环发电系统，利用所述热气体的余热进行发电。
92.应用例3
93.本应用例提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的方法，所述方法采用实施例1中的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统进行，具体包括如下步骤：
94.(1)二氧化碳浓度为25％～40％的烟气进入吸收塔系统与38～42℃贫胺液反应，脱除二氧化碳后排出；所述贫胺液吸收二氧化碳后转为富胺液；
95.(2)所述富胺液经胺液系统中的贫富胺液换热装置换热，温度为70～85℃后进入解析塔系统进行解析；所述解析过程中产生温度为100～120℃的包含二氧化碳和水蒸气的热气体进入有机朗肯循环发电系统，利用所述热气体的余热进行发电。
96.由于胺法捕集二氧化碳系统在长期运行中存在工艺参数波动，在实际运行过程中针对不同烟气情况控制在上述工艺参数范围内即可。
97.应用例1～3利用胺法捕集二氧化碳系统的解析塔中夹杂二氧化碳和水蒸气的热气体热气体进行发电，产生的电能可作为胺法捕集二氧化碳系统中各种装置用电，能量利用形式更加广泛，一定程度上能够节约二氧化碳捕集成本。
98.应用对比例1
99.本应用对比例提供一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统的方法，所述方法采用对比例1中的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统进行，所述方法除
将解析过程中产生温度为100～120℃的包含二氧化碳和水蒸气的热气体进入气体冷凝装置换热处理外，其余均与应用例1相同。
100.本应用对比例的胺法捕集二氧化碳的装置系统中解析塔产生的热气体仅进行了冷凝，冷凝后的水没有进行再利用，与应用例1～3相比，在一定程度上造成了热能的浪费。并且冷凝系统需要冷凝泵等输送装置，还需要耗费额外的电能，使二氧化碳捕集成本增加。
101.综上所述，本发明提供的胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统在吸收烟气中二氧化碳的同时，将处理过程中解析塔产生的热气体进入有机朗肯循环发电系统，将气体中低品位热量转化为电能，达到了节能减排的效果。
102.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。