富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統及方法

2023-08-08 21:55:21 1

專利名稱：富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統及方法
技術領域：
本發明涉及再生富CO2鹼性吸收劑的系統及方法，更具體的說，本發明涉及一種富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統及方法。
背景技術：
基於化學吸收的煙氣CO2分離技術是目前主流的電站煙氣中CO2捕獲技術，但其難 以大規模推廣的主要原因在於系統運行能耗太高，尤其是吸收劑富液的再生能耗巨大。傳 統的化學吸收法分離CO2工藝採用蒸汽加熱的方法對富液進行再生並完成對CO2的富集， 而該部分熱再生的能耗佔據整個工藝能耗的80%以上。以典型的MEA吸收劑為例，再生塔 內MEA富液要加熱到120°C，其熱再生的能耗大約為4MJ/kgC02。雖然很多研究者尋找或 開發新型的吸收劑來降低再生能耗，但是僅僅從吸收劑的研究出發降耗潛能有限，為了獲 得更大的再生能耗較低幅度，有必要開發全新的再生工藝。例如國內專利(專利申請號 200680052594. 4)公開了一種二氧化碳回收中的胺類再生方法，該工藝通過在遞減壓力下 進行兩階段或更多階段的汽化來再生用於從原料氣中回收二氧化碳的鏈烷醇胺吸收劑溶 液。此外，專利CN200810168382. 3公開了一種再生二氧化碳吸收劑的方法，該方法是在已 使用的吸收劑被輸送至再生塔之前，使用在壓縮機中壓縮分離二氧化碳的過程中產生的熱 預先加熱吸收劑，並且預熱的吸收劑被輸送至吸收劑流量控制罐中，由此提高了能量效率。 雖然以上專利對再生的工藝和加熱源進行了優化和改進，但是這些方法依舊是基於加熱吸 收劑富液的方法達到吸收劑的再生，降耗幅度不明顯，同時熱再生伴隨著吸收劑的降解問 題。

發明內容
本發明的目的是為避免上述現有技術所存在的不足，提供了一種富二氧化碳吸收 劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統及方法。富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統包括加熱器、富液增壓 泵、液相流量計、中空纖維膜接觸器、吹掃蒸汽發生器、冷凝器、真空泵；加熱器、富液增壓 泵、液相流量計與中空纖維膜接觸器的管程上端依次相連，吹掃蒸汽發生器與中空纖維膜 接觸器的殼程下端相連，中空纖維膜接觸器的殼程上端與冷凝器、真空泵依次相連。富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生方法是將富二氧化碳吸收劑 溶液經加熱器加熱升溫至60 80°C，並通過增壓泵、液相流量計使增壓至0. 12 0. 2MPa 的富二氧化碳吸收劑溶液自上而下進入中空纖維膜接觸器的管程進行再生，富二氧化碳吸 收劑溶液在中空纖維膜接觸器停留時間為120 240秒，再生後得到的吸收劑貧液從中空 纖維膜接觸器的管程下端輸出；在真空泵的作用下，由吹掃蒸汽發生器產生的溫度為60 80°C的低溫吹掃蒸汽，由中空纖維膜接觸器的殼程下端進入進行協助再生，中空纖維膜接 觸器的殼程的壓力控制在10 30KPa，再生後的CO2在低溫蒸汽的吹掃和真空泵的抽吸作用下，經冷凝器除水後得到濃度為95%以上的CO2氣體，最後經真空泵後進行進一步壓縮處理。所述的中空纖維膜接觸器殼程再生壓力為15 25KPa，膜接觸器內的膜材料為疏 水性中空纖維膜。所述的吹掃蒸汽發生器產生的低溫蒸汽溫度為70 80°C。所述的富二 氧化碳吸收劑溶液在中空纖維膜接觸器停留時間為140 200秒。與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明系統中採用膜接觸器內減壓再生結合低溫吹掃蒸汽技術來達到CO2的 再生目的，因而吸收劑富液不需要提升到很高的溫度，其總體再生能耗較熱再生能降低 30% -50%。2、本發明方法中由於吸收劑富液只需加熱到60 80°C，因而富液升溫所需的該 部分熱量可採用餘熱或其它低品位能源，故能進一步降低再生能耗。3、本發明方法中由於再生過程中吸收劑富液維持在降低的再生溫度，因而避免了 吸收劑的揮發損耗及氧化降解損失，同時避免了高溫下吸收劑對設備的腐蝕問題。


圖1為富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統結構示意圖。圖中加熱器1、富液增壓泵2、液相流量計3、中空纖維膜接觸器4、吹掃蒸汽發生 器5、冷凝器6、真空泵7。以下通過具體實施方式
，結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式如圖所示，富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統包括加熱器1、 富液增壓泵2、液相流量計3、中空纖維膜接觸器4、吹掃蒸汽發生器5、冷凝器6、真空泵7 ； 加熱器1、富液增壓泵2、液相流量計3與中空纖維膜接觸器4的管程上端依次相連，吹掃蒸 汽發生器5與中空纖維膜接觸器4的殼程下端相連，中空纖維膜接觸器4的殼程上端與冷 凝器6、真空泵7依次相連。富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生方法是將富二氧化碳吸收劑 溶液經加熱器1加熱升溫至60 80°C，並通過增壓泵2、液相流量計3使增壓至0. 12 0. 2MPa的富二氧化碳吸收劑溶液自上而下進入中空纖維膜接觸器4的管程進行再生，富二 氧化碳吸收劑溶液在中空纖維膜接觸器停留時間為120 240秒，再生後得到的吸收劑貧 液從中空纖維膜接觸器4的管程下端輸出；在真空泵7的作用下，由吹掃蒸汽發生器5產生 的溫度為60 80°C的低溫吹掃蒸汽，由中空纖維膜接觸器4的殼程下端進入進行協助再 生，中空纖維膜接觸器4的殼程的壓力控制在10 30KPa，再生後的CO2在低溫蒸汽的吹掃 和真空泵7的抽吸作用下，經冷凝器6除水後得到濃度為95%以上的CO2氣體，最後經真空 泵7後進行進一步壓縮處理。所述的中空纖維膜接觸器4殼程再生壓力為15 25KPa，膜接觸器內的膜材料為 疏水性中空纖維膜。所述的吹掃蒸汽發生器5產生的低溫蒸汽溫度為70 80°C。所述的 富二氧化碳吸收劑溶液在中空纖維膜接觸器停留時間為140 200秒。吸收劑在吸收塔內完成對煙氣中CO2組分的吸收後，富二氧化碳吸收劑溶液先進入加熱器中加熱到所設定的溫度。富液的溫度由溫度控制器設定並控制，根據吸收劑種類的不同控制在60°C到80°C之間。當富液溫度達到設定值後，進入富液增壓泵，富液的流量 由液相流量計調節，流量的大小由其在所述的中空纖維膜接觸器內的停留時間決定，停留 時間為120 240s。且在所有的管路系統外壁均包裹保溫材料，以降低富液在管路運行中 的熱量損失，同時保證富液在到達膜接觸器入口時的溫度恆定。在增壓泵的作用下，富液有 中空纖維膜接觸器的頂部自上而下進入膜管程，沿管程向下運動。在膜接觸器的殼程，吹掃蒸汽發生器產生的低溫吹掃蒸汽在真空泵的作用下自下 而上進入膜接觸器殼程，其蒸汽設定溫度與膜接觸器內富液溫度一致或稍高。同時由於真 空泵的抽吸作用，在膜接觸器的殼程將會保持一定的真空度，其壓力的大小可通過調節真 空泵的抽力而改變，設定在10 30KPa左右。此時，在降壓和外部低溫蒸汽的吹掃作用下， 氣相側的CO2分壓將會低於富液中的CO2平衡分壓，富液中CO2平衡被打破，反應逆向進行， 有利於富液的再生。而富液中被再生出來的CO2在濃度梯度的作用下，透過膜孔進入殼程， 並在真空泵的抽吸下，與低溫蒸汽一同離開膜接觸器。接著，在冷凝系統內，低溫蒸汽將會 冷凝而與再生出的CO2分離，從而達到CO2富集的目的。富集的CO2將由真空泵排氣口排出， 可進行進一步的壓縮處理。富CO2吸收液經過膜接觸器的再生過程後，在膜接觸器的底部收集，將泵入吸收塔 內用於下一次的煙氣中CO2循環吸收。
權利要求
一種富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統，其特徵在於包括加熱器(1)、富液增壓泵(2)、液相流量計(3)、中空纖維膜接觸器(4)、吹掃蒸汽發生器(5)、冷凝器(6)、真空泵(7)；加熱器(1)、富液增壓泵(2)、液相流量計(3)與中空纖維膜接觸器(4)的管程上端依次相連，吹掃蒸汽發生器(5)與中空纖維膜接觸器(4)的殼程下端相連，中空纖維膜接觸器(4)的殼程上端與冷凝器(6)、真空泵(7)依次相連。
2.一種使用如權利要求1所述系統的富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓 再生方法，其特徵在於富二氧化碳吸收劑溶液經加熱器(1)加熱升溫至60 80°C，並通過 增壓泵(2)、液相流量計(3)使增壓至0. 12 0. 2MPa的富二氧化碳吸收劑溶液自上而下進 入中空纖維膜接觸器(4)的管程進行再生，富二氧化碳吸收劑溶液在中空纖維膜接觸器停 留時間為120 240秒，再生後得到的吸收劑貧液從中空纖維膜接觸器(4)的管程下端輸 出；在真空泵(7)的作用下，由吹掃蒸汽發生器(5)產生的溫度為60 80°C的低溫吹掃蒸 汽，由中空纖維膜接觸器(4)的殼程下端進入進行協助再生，中空纖維膜接觸器(4)的殼程 的壓力控制在10 30KPa，再生後的CO2在低溫蒸汽的吹掃和真空泵(7)的抽吸作用下，經 冷凝器(6)除水後得到濃度為95%以上的CO2氣體，最後經真空泵(7)後進行進一步壓縮 處理。
3.根據權利要求2所述的一種富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生方 法，其特徵在於所述的中空纖維膜接觸器(4)殼程再生壓力為15 25KPa，膜接觸器內的膜 材料為疏水性中空纖維膜。
4.根據權利要求2所述的一種富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生方 法，其特徵在於所述的吹掃蒸汽發生器(5)產生的低溫蒸汽溫度為70 80°C。
5.根據權利要求2所述的一種富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生方 法，其特徵在於所述的富二氧化碳吸收劑溶液在中空纖維膜接觸器停留時間為140 200 秒。
全文摘要
本發明公開了一種富二氧化碳吸收劑溶液中空纖維膜接觸器減壓再生系統及方法。它是將富二氧化碳吸收劑溶液經加熱器加熱，並通過增壓泵、液相流量計使增壓的富二氧化碳吸收劑溶液進入中空纖維膜接觸器的管程進行再生，再生後得到的吸收劑貧液從中空纖維膜接觸器的管程下端輸出；在真空泵的作用下，由吹掃蒸汽發生器產生的低溫吹掃蒸汽，由中空纖維膜接觸器的殼程下端進入進行協助再生，再生後的CO2在低溫蒸汽的吹掃和真空泵的抽吸作用下，經冷凝器除水後得到高濃度的CO2氣體。本發明通過在膜接觸器內降壓操作代替傳統加熱再生的方法，降低吸收劑富CO2溶液的再生能耗，可以解決化學吸收法分離燃煤煙氣中CO2的高能耗問題。
文檔編號C01B31/20GK101822931SQ20101016952
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月11日 優先權日2010年5月11日
發明者餘春江, 倪明江, 周勁松, 岑可法, 方夢祥, 施正倫, 王勤輝, 王樹榮, 程樂鳴, 駱仲泱, 高翔 申請人:浙江大學