低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法及系统与流程

本申请属于节能环保技术领域，尤其涉及一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法及系统。

背景技术：

随着巴黎气候协议的签署，如何降低碳排，已经成为中国乃至全世界所关注的热点问题。目前绝大部分碳排都来自锅炉尾气和工业废气，其中二氧化碳浓度为8％-50％不等，如果能将锅炉尾气和工业废气中的二氧化碳捕集后进行资源化利用，不仅具有客观的经济效益，而且还将带来巨大的环保贡献。

目前，国内外许多co2捕集技术已经工业化，其中针对含二氧化碳尾气主要采用醇胺溶液化学吸收法，但现有的捕集工艺采用吸收塔吸收二氧化碳，随着胺液吸收二氧化碳饱和度增加导致胺液的温度升高，加之二氧化碳吸收塔内反应时间不够，导致富胺液的饱和度较低；又由于尾气中二氧化碳浓度较低，所需循环胺液量较大，从而大幅增加二氧化碳解吸的无效热；随后再利用再沸器对富胺液进行加热，由于加热温度远高于水的蒸发温度，部分蒸汽进入解吸塔，相当部分水蒸汽对解吸塔内的富胺液进行无效加热，只有部分蒸气实现了解吸塔内的汽提作用，因此大部分水蒸汽都用于富胺液的塔内升温和从解吸塔顶进入二氧化碳产品气冷却器冷凝，造成大量水蒸汽无效加热和蒸发损失，从而导致解吸能耗较高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法及系统，用于解决现有化学吸收工艺方法及系统中在捕集二氧化碳时，解吸能耗较高的技术问题。

为实现以上目的，本发明一方面涉及一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集系统。

低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集系统，包括二氧化碳吸收塔，所述二氧化碳吸收塔中部胺液出口、二氧化碳吸收塔中间冷却增压泵、冷却器与所述二氧化碳吸收塔中部胺液入口依次相连；所述二氧化碳吸收塔塔釜富胺液出口连接第一富胺液增压泵入口，所述第一富胺液增压泵出口同时连接循环富胺液冷却器入口和余热回收塔富胺液入口；所述循环富胺液冷却器出口同时与所述二氧化碳吸收塔中部和上部的富胺液入口相连；所述余热回收塔塔釜富胺液出口、第二富胺液增压泵和贫富胺液换热器富胺液侧入口依次相连，所述贫富胺液换热器富胺液侧出口连接二氧化碳解吸塔上部富胺液入口，所述二氧化碳解吸塔下部富胺液出口连接解吸塔再沸器入口；所述解吸塔再沸器气相出口与所述二氧化碳解吸塔二氧化碳解吸气入口相连；所述解吸塔再沸器液相出口、贫胺液减压阀和贫胺液减压罐入口依次相连；所述贫胺液减压罐气相出口、蒸汽增压器与所述二氧化碳解吸塔蒸汽入口依次相连；所述贫胺液减压罐液相出口、贫胺液增压泵和贫富胺液换热器贫胺液侧入口依次相连，所述贫富胺液换热器贫胺液侧出口、贫胺液冷却器与所述二氧化碳吸收塔上部贫胺液入口依次相连。

进一步地，还包括尾气冷却器，所述尾气冷却器气体出口连接二氧化碳吸收塔气体入口。

进一步地，所述二氧化碳吸收塔尾气出口连接气液分离器入口，所述气液分离器的液相出口、第一回流泵和二氧化碳吸收塔回流液入口依次相连，所述气液分离器气相出口连接净化尾气管线。

进一步地，所述余热回收塔顶部二氧化碳产品气出口、二氧化碳产品气空冷器与二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐入口依次相连，所述二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐的气相出口、二氧化碳产品气水冷器和二氧化碳产品气冷凝液分离罐入口依次相连；所述二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐的液相出口和所述二氧化碳产品气冷凝液分离罐的液相出口均与所述第二回流泵的入口相连；所述第二回流泵的出口与所述余热回收塔回流入口相连。

进一步地，所述二氧化碳产品气冷凝液分离罐的气相出口与二氧化碳产品气管线相连。

本发明另一方面涉及一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法。

低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法，包括：含二氧化碳尾气气源进入二氧化碳吸收塔，二氧化碳与二氧化碳吸收塔内的贫胺液进行反应生成富胺液，从二氧化碳吸收塔塔釜富胺液出口排出的富胺液，一部分经过富胺液冷却器冷却后，由所述二氧化碳吸收塔中部和上部富胺液入口进入二氧化碳吸收塔，另一部分进入余热回收塔，所述余热回收塔塔釜富胺液进入贫富胺液换热器，所述贫富胺液换热器富胺液侧出口连接二氧化碳解吸塔上部富胺液入口，所述二氧化碳解吸塔下部富胺液进入解吸塔再沸器，解吸塔再沸器的液体出料通过减压后进入贫胺液减压罐，所述贫胺液减压罐的液体出料通过增压泵后进入贫富胺液换热器与富胺液进行换热。

进一步地，通过二氧化碳吸收塔中间冷却器对因吸收了二氧化碳而升温的胺液进行降温，降温后再进入二氧化碳吸收塔。

进一步地，所述含二氧化碳尾气气源通过尾气冷却器冷却后进入二氧化碳吸收塔。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果:

(1)在实际运行中，由于二氧化碳捕集系统的能耗主要为解吸能耗，而解吸能耗主要用于富胺液的升温所需的热量、二氧化碳解吸过程中所需的化学热和二氧化碳余热回收塔塔顶产品气中携带的水蒸汽的汽化潜热，其中富胺液升温所需热量和二氧化碳解吸塔塔顶产品气中携带的水蒸汽的汽化潜热属于无效热，本申请将来自于二氧化碳吸收塔塔釜的部分富胺液通过富胺液冷却器降温后，通过二氧化碳吸收塔中部和上部的入口进入二氧化碳吸收塔，一方面可以增加所述二氧化碳吸收塔的喷淋胺液量，保持二氧化碳吸收塔内的气液比，另一方面可以进一步提高富胺液吸收二氧化碳的饱和度，再一方面还可以减少进入二氧化碳解吸加热器的富胺液量，从而减少胺液升温的无效热，实现解吸能耗的大幅降低；

(2)本申请中来自于二氧化碳吸收塔塔釜的其余部分富胺液则进入余热回收塔，将来自于二氧化碳解吸塔的二氧化碳解吸气(含二氧化碳气体和水蒸汽)降温并将大部分水蒸气冷凝成水，从而大幅减少了通过余热回收塔塔顶排出的水蒸汽的量，大幅降低了无效热；

(3)通过对来自再沸器的高温贫胺液进行减压，降低贫胺液温度的同时，还生成了低温低压蒸汽，再通过蒸汽增压器将蒸汽的温度和压力提升，使低温热量变成了可以用于二氧化碳解吸的高温蒸汽，从而可减少外部热源量，降低系统解吸能耗。

此外，本申请系统还可以根据含二氧化碳尾气量的变化通过调整进入二氧化碳吸收塔和二氧化碳解吸加热器的富胺液的合适的流量以满足解吸需求，从而大幅降低二氧化碳的解吸能耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例提供的一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法及系统整体结构示意图。

图中标注：1-含二氧化碳尾气气源；2-尾气冷却器；3-二氧化碳吸收塔；4-二氧化碳吸收塔中间冷却增压泵；5-二氧化碳吸收塔中间冷却器；6-第一富胺液增压泵；7-富胺液冷却器；8-余热回收塔；9-第二富胺液增压泵；10-贫富胺液换热器；11-贫胺液冷却器；12-二氧化碳解吸塔；13-解吸塔再沸器；14-贫胺液减压阀；15-贫胺液减压罐；16-蒸汽增压器；17-贫胺液增压泵；18-气液分离器；19-第一回流泵；20-净化尾气管线；21-二氧化碳产品气空冷器；22-二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐；23-二氧化碳产品气水冷器；24-二氧化碳产品气冷凝液分离罐；25-第二回流泵；26-二氧化碳产品气管线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集系统，包括二氧化碳吸收塔3，所述二氧化碳吸收塔3中部胺液出口、二氧化碳吸收塔中间冷却增压泵4、冷却器5与所述二氧化碳吸收塔3中部胺液入口依次相连，具体地所述二氧化碳吸收塔3中部胺液出口连接二氧化碳吸收塔中间冷却增压泵4入口相连，所述二氧化碳吸收塔中间冷却增压泵4出口连接二氧化碳吸收塔中间冷却器5入口，所述二氧化碳吸收塔中间冷却器5出口与所述二氧化碳吸收塔3中部胺液入口相连；

所述二氧化碳吸收塔3塔釜富胺液出口连接第一富胺液增压泵6入口，所述第一富胺液增压泵6出口同时连接循环富胺液冷却器7入口和余热回收塔8富胺液入口；所述循环富胺液冷却器7出口同时与所述二氧化碳吸收塔3中部和上部的富胺液入口相连；所述余热回收塔8塔釜富胺液出口、第二富胺液增压泵9和贫富胺液换热器10富胺液侧入口依次相连，具体地，所述余热回收塔8塔釜富胺液出口连接第二富胺液增压泵9入口，所述第二富胺液增压泵9出口连接贫富胺液换热器10富胺液侧入口；

所述贫富胺液换热器10富胺液侧出口连接二氧化碳解吸塔12上部富胺液入口，所述二氧化碳解吸塔12下部富胺液出口连接解吸塔再沸器13入口；所述解吸塔再沸器13气相出口与所述二氧化碳解吸塔12二氧化碳解吸气入口相连；所述解吸塔再沸器13液相出口、贫胺液减压阀14和贫胺液减压罐15入口依次相连，具体地所述解吸塔再沸器13液相出口连接贫胺液减压阀14入口，所述贫胺液减压阀14出口连接贫胺液减压罐15入口；

所述贫胺液减压罐15气相出口、蒸汽增压器16与所述二氧化碳解吸塔12蒸汽入口依次相连；所述贫胺液减压罐15液相出口、贫胺液增压泵17和贫富胺液换热器10贫胺液侧入口依次相连，所述贫富胺液换热器10贫胺液侧出口、贫胺液冷却器11与所述二氧化碳吸收塔3上部贫胺液入口依次相连。具体地，所述贫胺液减压罐15气相出口连接蒸汽增压器16入口，所述蒸汽增压器16出口与所述二氧化碳解吸塔12蒸汽入口相连；所述贫胺液减压罐15液相出口连接贫胺液增压泵17入口，所述贫胺液增压泵17出口与所述贫富胺液换热器10贫胺液侧入口相连；所述贫富胺液换热器10贫胺液侧出口连接贫胺液冷却器11入口，所述贫胺液冷却器11出口与所述二氧化碳吸收塔3上部贫胺液入口相连；

所述低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集系统，还包括尾气冷却器2，所述尾气冷却器2气体出口连接二氧化碳吸收塔3气体入口。

所述二氧化碳吸收塔3尾气出口连接气液分离器18入口，所述气液分离器18的液相出口、第一回流泵19和二氧化碳吸收塔3回流液入口依次相连，具体地，所述气液分离器18液相出口与连接第一回流泵19入口，所述第一回流泵19出口与所述二氧化碳吸收塔3回流液入口相连；所述气液分离器18气相出口连接净化尾气管线20。

所述余热回收塔8顶部二氧化碳产品气出口、二氧化碳产品气空冷器21与二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐22入口依次相连，具体地，所述余热回收塔8顶部二氧化碳产品气出口连接二氧化碳产品气空冷器21入口，所述二氧化碳产品气空冷器21出口连接二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐22入口；所述二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐22的气相出口、二氧化碳产品气水冷器23和二氧化碳产品气冷凝液分离罐24入口依次相连，具体地，所述二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐22的气相出口连接二氧化碳产品气水冷器23入口，所述二氧化碳产品气水冷器23出口连接二氧化碳产品气冷凝液分离罐24入口；所述二氧化碳中间产品气冷凝液分离罐22的液相出口和所述二氧化碳产品气冷凝液分离罐24的液相出口均与所述第二回流泵25的入口相连；所述第二回流泵25的出口与所述余热回收塔8回流入口相连。

所述二氧化碳产品气冷凝液分离罐24的气相出口与二氧化碳产品气管线26相连。

一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集方法，包括：含二氧化碳尾气气源通过尾气冷却器2冷却后进入二氧化碳吸收塔3，二氧化碳与二氧化碳吸收塔3内的贫胺液进行反应生成富胺液，从二氧化碳吸收塔3塔釜富胺液出口排出的富胺液，一部分经过富胺液冷却器7冷却后，由所述二氧化碳吸收塔中部和上部富胺液入口进入二氧化碳吸收塔3，另一部分进入余热回收塔8，所述余热回收塔8塔釜富胺液进入贫富胺液换热器10，所述贫富胺液换热器10富胺液侧出口连接二氧化碳解吸塔12上部富胺液入口，所述二氧化碳解吸塔12下部富胺液进入解吸塔再沸器13，解吸塔再沸器13的液体出料通过减压后进入贫胺液减压罐15，所述贫胺液减压罐15的液体出料通过增压泵后进入贫富胺液换热器10与富胺液进行换热。

进一步地，通过二氧化碳吸收塔中间冷却器5对因吸收了二氧化碳而升温的胺液进行降温，降温后再进入二氧化碳吸收塔3。

本申请中，余热回收塔用来回收利用二氧化碳解吸气(含二氧化碳和水蒸汽)中所含的能量，通过降低二氧化碳解吸气的温度，大幅减少二氧化碳解吸气中所含的水蒸汽量，从而大幅降低解吸能耗；

所述二氧化碳解吸塔用于利用所述解吸塔再沸器生成的二氧化碳解吸气对所述富胺液进行加热升温，获取高温富胺液同时冷凝二氧化碳解吸气中的水蒸汽并在解吸塔内对富胺液进行气提二氧化碳；

所述解吸塔再沸器用来利用外部热源(如高温蒸汽或高温水)的热量对所述富胺液进行解吸，通过增加富胺液在加热器中的停留时间，降低富胺液的加热温度，使富胺液的解吸温度低于工况下的水的饱和温度，从而大幅减少富胺液中水蒸汽的蒸发量，从而降低外部热源的消耗量，获得二氧化碳。

所述贫胺液减压阀用于将贫胺液减压，使贫胺液降温同时生成低温低压蒸汽。

所述蒸汽增压器用于将贫胺液减压生成的低温低压蒸汽进行升压升温，经过升压升温的蒸汽进入解吸塔，对富胺液进行汽提，从而减少外部热源的用量，降低二氧化碳解吸能耗。

所述二氧化碳吸收塔中间冷却器用于将所述二氧化碳吸收塔中部胺液降温，通过对吸收了部分二氧化碳而升温的胺液进行降温，从而增加胺液吸收二氧化碳的反应速度和提高胺液的吸收饱和度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。