專利名稱：一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO<sub>2</sub>捕集系統的制作方法
技術領域：
本發明的核心是提出了一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調溫的CO2捕集系統，主要用于降低化學吸收法CO2捕集系統的能量消耗。
背景技術：
圖I為采用化學吸收法進行電廠煙氣CO2的捕集系統圖，其主要工作流程為電廠脫硫后的煙道氣I調節流量后由引風機送入吸收塔2，其中一部分CO2被吸收劑吸收，尾氣 3由塔頂排入大氣。吸收CO2后的富液4由吸收塔底經富液泵送入貧富液換熱器5，回收熱量后的CO2富液6送入再生塔7進行解吸。解吸出的CO2氣體14連同水蒸氣經冷卻器15 冷卻后，經過再生氣氣液分離器17分離除去水分后得到純度99. 5%以上的產品CO2氣18， 再送入CO2壓縮機增壓、制冷液化，最終儲存并裝車外輸。從貧富液換熱器5出來的富液6從再生塔7上部進入，通過汽提解吸部分0)2，然后進入溶液煮沸器8，使其中的CO2進一步解吸。溶液煮沸器中投入的加熱蒸汽12，來自于電廠汽輪機提供高溫高壓的過熱蒸汽9。為了滿足溶液煮沸器中較低的解吸溫度要求(與吸收劑有關，一般在100°C左右)，系統將過熱蒸汽9和減溫減壓水10混合得到工藝要求的參數。這一系統的熱力學完善度很低，這主要表現在兩個方面。一個是高溫、高壓的過熱蒸汽經過混合過程減壓為中壓蒸汽，是一個典型的高品位能直接轉換為低品位能利用的過程，產生了很大的可用能損失。再一個是該系統的熱量是過剩的，但由于其品位低而不能得到利用。例如，加熱蒸汽在溶液煮沸器中冷凝下來的冷凝水11溫度相對較高，而這部分熱量并沒有得到充分利用；離開再生塔的CO2貧液21經換熱器5換熱器后，進一步進入冷卻器23放出熱量后進入吸收塔2，CO2貧液在貧液冷卻器23中放出的熱量也沒有得到利用； 離開再生塔的再生氣14的溫度很高(約等于解析溫度)，在冷卻器15放出的熱量也直接作為廢熱排棄。綜上所述，在現有電廠煙氣CO2捕集系統中，高溫、高壓的過熱蒸汽與減溫減壓水混合得到工藝要求的中壓蒸汽，引起可用能損失，過熱蒸汽高品位能量沒有得到有效利用；加熱蒸汽在溶液煮沸器中冷凝下來的冷凝水沒有得到合理利用；貧液冷卻器23和再生氣冷卻器15放出的熱量也沒有回收利用，這樣的能量利用系統不利于系統能耗的降低。本發明旨在充分利用過熱蒸汽的高品位能量，借助熱力蒸汽壓縮機(Thermal Vapor Compressor, TVC)回收利用系統沒有回收利用的熱量，降低系統能耗。
發明內容
本發明為有效利用過熱蒸汽高品位的能量，回收利用冷凝水、CO2貧液和再生氣的熱量，降低系統能耗。本發明提出的技術方案是用汽輪機抽出的高溫、高壓的過熱蒸汽作為工作蒸汽 (驅動蒸汽)驅動單級或多級熱力蒸汽壓縮機，將冷凝水13引入閃蒸器閃蒸，閃蒸得到的水蒸汽送入熱力蒸汽壓縮機壓縮至溶液煮沸器要求的蒸汽參數。為了閃蒸盡可能多的蒸汽，充分利用系統生產過程中產生的低品位熱量，可以將離開換熱器5的貧液22和離開再生塔的再生氣14引入閃蒸-加熱器30中對冷凝水13的閃蒸過程加熱。從熱力壓縮機出來的蒸汽參數可能高于所需要的中壓蒸汽(解析)溫度，為此，可采用冷凝水回流，對蒸汽進行噴霧冷卻，將之調節到工藝過程所需要的溫度。本發明的技術方案示意圖如圖2所示。本發明具有下列主要技術優點I.過熱蒸汽的高品位熱能得到合理利用。采用熱力蒸汽壓縮機，以來自汽輪機的高壓蒸汽(驅動蒸汽)為工作介質，對來自凝結水閃蒸的低參數水蒸氣進行壓縮，使低品位的冷凝水和系統其它部位產生的低品位熱能得到回收利用，大大提高了系統的能效，降低了能耗。2.系統冷凝水、CO2貧液和再生氣的熱量得到完全回收利用，大大提高了系統的熱力學完善度，減少了工作蒸汽31的消耗量。3.實用性強。熱力蒸汽壓縮機29結構簡單、無轉動部件、壽命長、運行可靠，是技術上成熟的設備；閃蒸-加熱器30是一個閃蒸器和換熱器的集合體，技術發展也非常成熟。 而且，若合理設計，可以省去原系統的貧液冷卻器23和再生氣冷卻器15。因此，改進系統的
可操作性強。
圖I為電廠煙氣CO2的捕集系統圖2為本發明的技術方案示意圖3為只回收利用冷凝水的系統圖4為回收冷凝水和CO2貧液熱量的系統圖
圖5為回收冷凝水和再生氣熱量的系統附圖1-5中標號為
I-進入吸收塔的煙氣
2-吸收塔
3-離開吸收塔的煙氣
4-進入吸收塔的CO2富液
5-貧富液換熱器
6-進入再生塔的CO2富液
7-再生塔
8-溶液煮沸器
9-過熱蒸汽(質量流量為m，溫度為t)
10-減溫減壓水
11-減溫減壓器
12-進煮沸器的飽和蒸汽
13-離開煮沸器的冷凝水
14-離開再生塔的再生氣
15-再生氣冷卻器
16-進入氣液分離器的再生氣
17-氣液分離器18-再生 CO219-冷凝液20-胺補液21-離開再生塔的CO2貧液22-離開換熱器的CO2貧液23-貧液冷卻器24-進入吸收塔的CO2貧液
25-洗滌尾氣的循環進水26-洗滌尾氣的循環出水27-離開煮沸器的CO228-進入煮沸器的CO2富液29-熱力蒸汽壓縮機(TVC)30-閃蒸-加熱器31-噴射器高壓工作蒸汽(質量流量為mp，壓力為Pp，溫度為tp的過熱蒸汽)32-閃蒸蒸汽(質量流量為mh，壓力為ph，溫度為th的飽和蒸汽)33-混合蒸汽(質量流量為m。，壓力為p。，溫度為t。的過熱蒸汽)34-噴霧調溫水35-閃蒸飽和水36-余熱源進口(22或14或兩股熱流)37-余熱源出口(24或16或兩股流體)
具體實施例方式具體實施方式
是將冷凝水13引入閃蒸器閃蒸，閃蒸得到的水蒸汽送入熱力蒸汽壓縮機壓縮至溶液煮沸器要求的蒸汽參數。為了閃蒸盡可能多的蒸汽，系統生產過程中產生的低品位熱量，可以將離開換熱器5的貧液22和離開再生塔的再生氣14引入閃蒸-加熱器30中對冷凝水13的閃蒸過程加熱。采用冷凝水回流，對混合蒸汽進行噴霧冷卻，將之調節到工藝過程所需要的溫度。圖2至圖5給出了回收利用冷凝水，回收冷凝水和CO2貧液熱量，回收冷凝水和再生氣熱量，回收冷凝水、CO2貧液和再生氣的熱量的系統簡圖。I. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，再生氣冷卻器15，氣液分離器17，貧液冷卻器23，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，通過貧液冷卻器23連接成一個回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7通過再生氣冷卻器15與氣液分離器17連接；再生塔7與溶液煮沸器8連接，溶液煮沸器8連接減溫減壓器11形成一個回路；熱力蒸汽壓縮機29 —端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11。熱力蒸汽壓縮機29連接閃蒸-加熱器 30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成另一個回路。上述描述的是說明書附圖3所示的流程。2. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，再生氣冷卻器15，氣液分離器17，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，貧富液換熱器5連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到吸收塔2，貧富液換熱器5、閃蒸-加熱器30以及吸收塔2 連接成一個回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7通過再生氣冷卻器15與氣液分離器17 連接，再生塔7還與溶液煮沸器8連接；熱力蒸汽壓縮機29 —端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11，熱力蒸汽壓縮機29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成另一個回路。說明上述描述的是說明書附圖4所示的流程。3. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，氣液分離器17，貧液冷卻器23，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，通過貧液冷卻器23連接成一個回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7出來的再生氣14連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到氣液分離器17，再生塔7還與溶液煮沸器8連接；熱力蒸汽壓縮機29 一端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11，熱力蒸汽壓縮機29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成回路。上述描述的是說明書附圖5所示的流程。4. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，氣液分離器17，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，貧富液換熱器5連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到吸收塔2，貧富液換熱器5、閃蒸-加熱器30以及吸收塔2連接成一個回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7出來的再生氣14也連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到氣液分離器17，再生塔7還與溶液煮沸器8連接；熱力蒸汽壓縮機29 —端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11，熱力蒸汽壓縮機29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成回路。上述描述的是說明書附圖2所示的流程。下面以某在運電廠的一套CO2的捕集系統為例說明本發明的節能效果圖I為現有CO2捕集系統主要流程示意圖。為了滿足再生器中的加熱工藝要求， 煮沸器中消耗的熱量來自于電廠的汽輪機抽汽。該系統需要抽出200t/h，l. lMPa，300°C的過熱蒸汽，經減溫減壓系統產生220t/h，壓力為O. 4MPa、溫度為144°C的飽和蒸汽進溶液煮沸器，在溶液煮沸器中加熱CO2富液后凝結為O. 25MPa、溫度為128°C的冷凝水。例I采用圖3所示的回收冷凝水熱量的系統，采用兩級噴射回收利用冷凝水的閃蒸蒸汽。再生器和溶液煮沸器的工藝參數不變，熱力蒸汽壓縮機的工作蒸汽來自于汽輪機的抽汽，I. lMPa、300°C，抽吸閃蒸蒸汽后產生0.4MPa的過熱蒸汽。主要計算結果為 第一級噴射系數O. 63，第二級噴射系數O. 29 ;閃蒸蒸汽壓力O. 05MPa，抽吸的閃蒸蒸汽流量為16. 9t/h ;熱力蒸汽壓縮機出口得到的混合蒸汽流量為195. 56t/h，溫度為274°C ；需要24. 44t/h噴霧調溫水，將混合蒸汽調溫到溫度為144°C的飽和蒸汽進溶液煮沸器； 共消耗的工作蒸汽流量為178. 68t/h，有效噴射系數為O. 094，節省的工作蒸汽量Am = 200-178. 68 = 21.32t/h，節能率為11.9%。可見，采用熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統后，能耗降低。例2采用圖5回收收冷凝水和再生氣熱量的系統，將再生氣引入閃蒸-加熱器30， 再生氣加熱降壓后的冷凝水，閃蒸出更多的蒸汽，被兩級熱力蒸汽壓縮機抽吸回收利用。系統參數與例I相同，即再生器和溶液煮沸器的工藝參數不變，熱力蒸汽壓縮機的工作蒸汽來自于汽輪機的抽汽，I. lMPa、300°C，抽吸閃蒸蒸汽后產生0.4MPa的過熱蒸汽。主要計算結果為第一級噴射系數O. 62，第二級噴射系數O. 34 ;閃蒸蒸汽壓力O. 07MPa，抽吸的閃蒸蒸汽流量為18. 13t/h ;熱力蒸汽壓縮機出口得到的混合蒸汽流量為187. 55t/h，溫度為 2730C ;需要32. 45t/h噴霧調溫水，將混合蒸汽調溫溫度為144°C的飽和蒸汽進溶液煮沸器；共消耗的工作蒸汽流量為169. 44t/h，有效噴射系數為O. 107，節省的工作蒸汽量Am = 200-169.44 = 30. 56t/h，節能率為18.0%。可見，采用熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統后，能耗降低，節能效果顯著。
權利要求
1.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，再生氣冷卻器，氣液分離器，貧液冷卻器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機，閃蒸-加熱器；吸收塔連接貧富液換熱器，通過貧液冷卻器連接成一個閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔通過再生氣冷卻器與氣液分離器連接；再生塔與溶液煮沸器連接，溶液煮沸器連接減溫減壓器形成一個閉合回路；熱力蒸汽壓縮機一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器；熱力蒸汽壓縮機連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成另一個閉合回路。
2.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，再生氣冷卻器，氣液分離器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機，閃蒸-加熱器；吸收塔連接貧富液換熱器，貧富液換熱器連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到吸收塔，貧富液換熱器、閃蒸-加熱器以及吸收塔連接成一個閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔通過再生氣冷卻器與氣液分離器連接，再生塔還與溶液煮沸器連接；熱力蒸汽壓縮機一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器，熱力蒸汽壓縮機連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成一個閉合回路。
3.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，氣液分離器，貧液冷卻器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機，閃蒸-加熱器；吸收塔連接貧富液換熱器，通過貧液冷卻器連接成一個閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔出來的再生氣連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到氣液分離器，再生塔還與溶液煮沸器連接；熱力蒸汽壓縮機一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器，熱力蒸汽壓縮機連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成閉合回路。
4.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統，系統主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，氣液分離器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機，閃蒸-加熱器；吸收塔連接貧富液換熱器，貧富液換熱器連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到吸收塔，貧富液換熱器、閃蒸-加熱器以及吸收塔連接成一個閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔出來的再生氣也連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到氣液分離器，再生塔還與溶液煮沸器連接；熱力蒸汽壓縮機一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器，熱力蒸汽壓縮機連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成閉合回路。
全文摘要
本發明是一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調溫的CO2捕集系統，該系統特征在于采用了單級或多級熱力蒸汽壓縮，以過熱或飽和蒸汽作為工作蒸汽，冷凝水13經閃蒸-加熱器30后，閃蒸出的水蒸汽進入熱力蒸汽壓縮機壓縮到溶液煮沸器所要要求的蒸汽參數；采用冷凝水回流噴霧的方式調節供給蒸汽的溫度。該系統充分利用了過熱蒸汽能量品位高，作為熱力蒸汽壓縮機的工作蒸汽，回收利用了CO2捕集系統生產過程中所產生的低品位熱能，從而大幅度降低了系統的能耗，減少了環境熱污染。
文檔編號B01D53/14GK102580467SQ20121001765
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者劉中良, 張克舫, 李艷霞, 李達 申請人:北京工業大學