煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法與裝置的製作方法
2023-05-15 02:43:51
專利名稱：煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於能源環境領域，涉及一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收 液方法，具體地說，涉及一種將再生氣中夾帶的含複合胺溶液的飽和蒸汽液化並加以脫除 的方法，以及實施該方法所用的裝置。
背景技術：
隨著經濟社會的發展，化石燃料燃燒所導致的空氣汙染和溫室效應已經嚴重地威 脅著人類賴以生存的地球環境，全球氣候變暖和溫室效應是各國可持續發展面臨的共同挑 戰。根據 IPCC(The Intergovernmental Panel on Climate Change)(聯合國政府間 氣候變化專門委員會)的報告，引起全球氣候變暖的C02、CH4, N20、氫氟烴4類氣體中，CO2 產生的溫室效應佔60%，因此，減少(X)2的排放已成為應對氣候變暖的最重要的技術路線 之一。減少(X)2排放主要有以下3種途徑①調整能源結構，使用無碳或低碳能源，如太陽 能、風能等可再生能源以及核能等清潔能源；②提高能源利用效率，降低單位產值能耗的溫 室氣體排放量；③採用溫室氣體的捕集和封存(CCQ技術。IEA (國際能源機構)的研究結 果表明在碳稅為50美元/噸的情況下，2050年CO2減排量的一半將依靠(X)2捕集和封存 (CCS)實現。因此，研究CO2捕集技術對溫室氣體減排意義重大。目前正在大力開發的碳捕集技術主要有3種，即燃燒後脫碳、燃燒前脫碳和富氧 燃燒技術。其中燃燒前捕捉技術只能用於新建發電廠，而另兩種技術則可同時應用於新建 和既有發電廠。中國作為一個發展中國家，主要以煤炭的消費為主，主要的CO2排放源為燃煤的發 電廠。從總量上看，目前我國的二氧化碳排放量已位居世界第二。預計到2025年，我國的 CO2總排放量很可能超過美國，位居世界第一。因此，我國亟待需要對所排放的二氧化碳進 行捕獲研究，以緩解我國的空氣汙染壓力。高成本將是阻礙二氧化碳捕捉和埋存技術市場化的一大障礙，新建發電廠將因此 增加30-50%的成本，改造已有發電廠也會大幅增加發電廠的發電成本。目前的價格對於中 國發電企業來說還是難以承受的，但中國新建發電廠在未來規劃中應當對這項技術有所準 備，留出一定面積的土地作為儲備。商業化後的二氧化碳捕捉和埋存技術的價格必然下降， 而且隨著國際和中國國內節能減排的發展，這類技術必將得到廣泛應用。在煙道氣二氧化碳捕集系統中，再生氣二氧化碳中夾帶有複合胺溶液微粒，會對 後續裝置及加工產生不良影響，甚至於汙染環境。另外，氣溶膠微粒流失，如100萬噸/年 規模的二氧化碳捕集裝置，每年消耗的複合胺液溶劑約1600噸/年，價值4000萬元人民 幣，這些消耗的複合溶劑中80%是以氣溶膠的形式被淨化氣體帶走了，尤其是PM2. 5微粒 (大氣中直徑小於或等於2. 5微米的顆粒物)，如何回收這些氣溶膠微粒是能源環境領域面 臨的重大技術問題。現有的氣溶膠微粒的捕集方法有旋轉流分離器和電捕集器，前者壓力 降一般為500-600Pa，甚至高達1000 以上，現有的這種技術不能夠用於煙道氣二氧化碳捕集系統中，一是壓力降太高，低分壓的煙道氣不能夠支持這樣高的壓力降消耗；二是如果 要選用現有的旋風分離器技術，必須對煙道氣進行增壓，既複雜又不經濟。對於電捕集器， 因為再生氣含水量大，容易產生安全隱患，而且成本太高，在工程中沒有經濟適用的電捕集器。鑑於此，本領域迫切需要開發出一種能夠高效地將再生氣中夾帶的含複合胺溶液 的飽和蒸汽液化並加以脫除的方法。
發明內容
本發明提供了一種新的煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法與裝 置，克服了現有技術中存在的缺陷。一方面，本發明提供了一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法， 該方法包括(a)對得自再生塔的再生氣進行風冷和水冷，以將再生氣中夾帶的含複合胺溶液 的飽和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；(b)對夾帶氣溶膠微粒的再生氣進行氣-液微旋轉流分離，以捕獲再生氣中夾帶 的氣溶膠微粒，得到脫除氣溶膠微粒的再生氣；(c)將捕獲的氣溶膠微粒聚集為液體，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液直接返 回複合胺溶液系統。在一個優選的實施方式中，經步驟(b)的氣-液微旋轉流分離後，再生氣中氣溶膠 微粒的濃度小於20mg/Nm3。在另一個優選的實施方式中，經步驟(b)的氣-液微旋轉流分離後，再生氣中氣溶 膠微粒的平均粒徑不大於2. 5微米。在另一個優選的實施方式中，經步驟(b)的氣-液微旋轉流分離後，再生氣的額定 壓力降為20mm H2O,最大壓力降不大於30mm H2O0在另一個優選的實施方式中，使用步驟(C)，使得複合胺溶液的消耗量減少一半。另一方面，本發明提供了一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液裝 置，該裝置包括與再生塔的再生氣出口連接的風冷冷卻器，以及與風冷冷卻器的出口連接的水冷 冷卻器，用於對得自再生塔的再生氣進行風冷和水冷，以將再生氣中夾帶的含複合胺溶液 的飽和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；與水冷冷卻器的出口連接的氣-液微旋轉流分離器，用於對夾帶氣溶膠微粒的再 生氣進行氣-液微旋轉流分離，以捕獲再生氣中夾帶的氣溶膠微粒，得到脫除氣溶膠微粒 的再生氣。在一個優選的實施方式中，所述氣-液微旋轉流分離器(4)是單級的或多級串聯 的。
圖1是根據本發明的一個實施方式的煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流 收液工藝流程示意圖。
具體實施例方式本發明的發明人經過廣泛而深入的研究後發現，煙道氣二氧化碳捕集系統中從再 生塔輸出的再生氣二氧化碳中夾帶了大量含複合胺溶液的飽和蒸汽，如不將其脫除，會大 大降低再生氣二氧化碳的質量，對後續封存和工業應用造成嚴重影響，並且大量複合胺溶 液的夾帶跑損也會導致煙道氣二氧化碳捕集裝置的運行成本大幅度提高，使經濟效益大受 影響；採用風冷冷卻器和水冷冷卻器串聯冷卻再生氣二氧化碳，將再生氣中夾帶的含複合 胺溶液的飽和蒸汽最大限度地液化成霧滴，這樣再通過超低壓力降、高分離精度的微旋轉 流分離器便可高效脫除氣溶膠微粒，使再生氣得到淨化；再將捕獲下來的氣溶膠微粒聚集 為液體，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液直接返回複合胺溶液系統進行循環利用，可以 提高再生氣的純度，並使複合胺溶液的消耗量降低50%左右。基於上述發現，本發明得以完 成。本發明的技術構思如下1.對再生塔製備的再生氣(主要含二氧化碳)進行風冷和水冷，以便將再生氣中 夾帶的含複合胺溶液的飽和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；2.對夾帶氣溶膠微粒的再生氣進行超低壓力降的氣-液微旋轉流分離，以捕獲再 生氣中夾帶的氣溶膠微粒，脫除氣溶膠微粒後的再生氣供後續工段使用；3.將捕獲下來的氣溶膠微粒聚集為液體，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液直接 返回複合胺溶液系統。在本發明的第一方面，提供了一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液 方法，該方法包括(a)對再生塔製備的再生氣(主要含二氧化碳)進行風冷和水冷，以便將再生氣中 夾帶的含複合胺溶液的飽和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；(b)對夾帶氣溶膠微粒的再生氣進行超低壓力降的氣-液微旋轉流分離，以捕獲 再生氣中夾帶的氣溶膠微粒，脫除氣溶膠微粒後的再生氣供後續工段使用；(c)將捕獲下來的氣溶膠微粒聚集為液體，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液直 接返回複合胺溶液系統。在本發明中，經步驟(b)的微旋轉流分離處理後，再生氣中氣溶膠微粒的濃度小 於 20mg/Nm3。在本發明中，經步驟(b)的微旋轉流分離處理後，再生氣中氣溶膠微粒的平均粒 徑不大於2. 5微米。在本發明中，經步驟(b)的微旋轉流分離處理後，再生氣的額定壓力降為20mmH20， 最大壓力降不大於30mm H2O0在本發明的第二方面，提供了一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液 裝置，該裝置包括位於裝置最前端的再生塔，用於製備再生氣二氧化碳；與再生塔的再生氣出口相連的風冷冷卻器，用於對再生氣進行風冷；與風冷冷卻器的出口相連的水冷冷卻器，用於對再生氣進行水冷；與水冷冷卻器的出口相連的超低壓力降的氣-液微旋轉流分離器，用於對再生氣
5中夾帶的氣溶膠微粒進行微旋轉流分離，既淨化再生氣，又回收再生氣中夾帶的氣溶膠微 粒。在本發明中，經超低壓力降的微旋轉流分離器捕獲下來的氣溶膠微粒直接返回復 合胺溶液系統進行循環利用，使複合胺溶液的消耗量降低了 50%左右。在本發明中，所述超低壓力降的微旋轉流分離器可通過串聯多級布置來強化分離 效果，高效脫除再生氣中夾帶的氣溶膠微粒。以下參看附圖。圖1是根據本發明的一個實施方式的煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流 收液工藝流程示意圖。如圖1所示，從再生塔1(複合胺富液從塔上部進入，CO2氣體從塔下 部進入)的再生氣出口排出的再生氣ω2氣體依次進入風冷冷卻器2和水冷冷卻器3進行 風冷和水冷，以便將再生氣中夾帶的蒸汽轉化為霧滴；經過冷卻處理後的再生氣從水冷冷 卻器3的出口進入氣-液微旋轉流分離器4進行超低壓力降的氣-液微旋轉流分離，以脫 除再生氣中夾帶的氣溶膠微粒，CO2氣體從氣-液微旋轉流分離器4的頂出口排出供後續工 段使用；回收的氣溶膠微粒聚集為液體(複合胺溶液)，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液 直接返回複合胺溶液系統中循環利用。本發明的方法和裝置的主要優點在於本發明方法工藝先進，連續運轉周期長，體積小，故障率低，提高了再生氣的純度， 並使複合胺溶液的消耗量降低了 50%左右。實施例下面結合具體的實施例進一步闡述本發明。但是，應該明白，這些實施例僅用於說 明本發明而不構成對本發明範圍的限制。下列實施例中未註明具體條件的試驗方法，通常 按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數按重量 計。實施例1 中國石化南化集團研究院100萬噸/年煙道氣回收二氧化碳裝置工藝 包工藝流程該工藝採用了本發明的裝置，其工藝流程如上圖1所示。該工藝採用華東理工大學獨立自主研製的HL/G型超低壓力降的微旋轉流分離器 來脫除再生氣中夾帶的氣溶膠微粒。下表為超低壓力降的微旋轉流分離器進口物料的物性 參數
權利要求
1.一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法，該方法包括(a)對得自再生塔的再生氣進行風冷和水冷，以將再生氣中夾帶的含複合胺溶液的飽 和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；(b)對夾帶氣溶膠微粒的再生氣進行氣-液微旋轉流分離，以捕獲再生氣中夾帶的氣 溶膠微粒，得到脫除氣溶膠微粒的再生氣；(c)將捕獲的氣溶膠微粒聚集為液體，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液直接返回復 合胺溶液系統。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，經步驟(b)的氣-液微旋轉流分離後，再生 氣中氣溶膠微粒的濃度小於20mg/Nm3。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，經步驟(b)的氣-液微旋轉流分離後，再生 氣中氣溶膠微粒的平均粒徑不大於2. 5微米。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，經步驟(b)的氣-液微旋轉流分離後，再生 氣的額定壓力降為20mm H2O,最大壓力降不大於30mm H2O0
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，使用步驟(c)，使得複合胺溶液的消耗量減 少一半。
6.一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液裝置，該裝置包括與再生塔(1)的再生氣出口連接的風冷冷卻器(2)，以及與風冷冷卻器(2)的出口連接 的水冷冷卻器(3)，用於對得自再生塔的再生氣進行風冷和水冷，以將再生氣中夾帶的含復 合胺溶液的飽和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；與水冷冷卻器C3)的出口連接的氣-液微旋轉流分離器，用於對夾帶氣溶膠微粒的 再生氣進行氣-液微旋轉流分離，以捕獲再生氣中夾帶的氣溶膠微粒，得到脫除氣溶膠微 粒的再生氣。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述氣-液微旋轉流分離器(4)是單級的或 多級串聯的。
全文摘要
本發明涉及煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法與裝置，提供了一種煙道氣二氧化碳捕集系統再生氣的微旋流收液方法，該方法包括(a)對得自再生塔的再生氣進行風冷和水冷，以將再生氣中夾帶的含複合胺溶液的飽和蒸汽轉化成霧滴，得到夾帶氣溶膠微粒的再生氣；(b)對夾帶氣溶膠微粒的再生氣進行氣-液微旋轉流分離，以捕獲再生氣中夾帶的氣溶膠微粒，得到脫除氣溶膠微粒的再生氣；(c)將捕獲的氣溶膠微粒聚集為液體，並匯同再生塔底輸出的複合胺溶液直接返回複合胺溶液系統。
文檔編號B01D45/16GK102114359SQ20111000601
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者張豔紅, 汪華林, 沈其松, 王劍剛, 陳聰, 馬良, 黃淵, 黃聰 申請人:華東理工大學