降低脫碳吸收液再生能耗的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及降低脫碳吸收液再生能耗的方法及裝置；對從吸收塔底排出的吸收了二氧化碳的富液進(jìn)行加熱再生過程，利用熱泵從再生塔頂排出的氣體或塔底排出的經(jīng)換熱降溫后的貧液的熱量或兩者并用回收熱量，對再生塔底的液體及換熱后富液加熱提供熱量。本發(fā)明應(yīng)用熱泵提升富液溫度，大大降低了加熱能耗，并進(jìn)一步提高再生塔內(nèi)酸氣解析效率。大部分富液經(jīng)降壓至常壓閃蒸后，閃蒸液不經(jīng)加熱再生，直接回流至再生塔中部用于吸收高濃度CO2，可以在保證吸收效果的同時大大降低富液再生量，從而降低再生能耗，節(jié)約脫碳運行成本。應(yīng)用超聲波解吸閃蒸后的溶液中CO2，可以進(jìn)一步提高CO2解吸率。
【專利說明】降低脫碳吸收液再生能耗的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種降低化學(xué)吸收法脫碳吸收液再生能耗的方法及裝置，屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)吸收脫碳法是以弱堿性溶液作為吸收劑，二氧化碳與溶劑在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二氧化碳進(jìn)入溶劑形成富液，然后富液進(jìn)入脫吸塔加熱分解二氧化碳，吸收與脫吸交替進(jìn)行，從而實現(xiàn)二氧化碳的分離回收。常用的化學(xué)吸收法有活化熱鉀堿法、醇胺法等，目前工業(yè)中廣泛采用的是醇胺法脫碳。
[0003]醇胺法脫硫脫碳工藝目前廣泛應(yīng)用于天然氣和煉廠氣的凈化。在合成氨工業(yè)以及通過合成氣制備下游產(chǎn)品的工業(yè)中也經(jīng)常使用。對天然氣凈化而言，醇胺法迄今仍處于主導(dǎo)地位。特別對于需要通過后續(xù)的克勞斯裝置大量回收硫磺的凈化裝置，使用醇胺法可認(rèn)為是最有效的工藝。
[0004]所有醇胺法都采用基本類似的工藝流程和設(shè)備。該方法的流程由吸收、閃蒸、換熱和再生(汽提)四部分組成。CO2解吸過程保證了吸收劑有效地重復(fù)再生利用及吸收過程的持續(xù)高效率進(jìn)行。但傳統(tǒng)的碳捕集過程CO2解吸的傳質(zhì)效率低，解吸過程能耗約為整個脫碳系統(tǒng)能耗的80%以上。因此，發(fā)展高效低能耗的CO2解吸技術(shù)已成為目前CO2捕集技術(shù)的難點之一。
[0005]其中吸收液吸在吸收塔內(nèi)吸收酸氣后需要再生循環(huán)使用，而再生溫度較高。采用合適的MDEA配方溶液脫硫脫碳可明顯降低溶液循環(huán)量和能耗，然而在溶液循環(huán)一定的條件下，需要從其他方面考慮降低能耗。
[0006]富液換熱后需繼續(xù)加熱至再生塔內(nèi)操作溫度。再生模塊的重沸器的熱負(fù)荷包括:①將醇胺溶液加熱至所需溫度的熱量將醇胺與酸性組分反應(yīng)生成的化合物逆向分解的熱量；③將回流液(冷凝水)汽化的熱量；④加熱補充水(如果采用的話)的熱量；⑤重沸器和再生塔的散熱損失。通常，還要考慮15%?20%的安全裕量。然而，離開再生塔頂部的是含飽和水的濕酸氣，溫度較高，另外換熱后的貧液溫度仍高于常溫，這些余熱能量若合理利用，將進(jìn)一步降低吸收液再生能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種降低脫碳吸收液再生能耗及再生過程運行成本的方法。
[0008]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種降低醇胺法脫碳吸收液再生能耗的方法:對從吸收塔底排出的吸收了二氧化碳的富液進(jìn)行加熱再生過程，利用熱泵從再生塔頂排出的氣體或塔底排出的經(jīng)換熱降溫后的貧液的熱量或兩者并用回收熱量，對再生塔底的液體及換熱后富液加熱提供熱量。
[0010]本發(fā)明所述的降低脫碳吸收液再生能耗的方法:熱泵由冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和膨脹閥組成一個循環(huán)回路。熱泵的一級蒸發(fā)器置于吸收塔頂端入口與貧富液換熱器之間，二級蒸發(fā)器置于再生塔頂端再生氣冷凝路徑；一級冷凝器置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中，二級冷凝器置于貧富液換熱器與再生塔頂部入口之間。
[0011]熱泵工作回路中可以選用冷凝器與蒸發(fā)器各一個或兩個串聯(lián)使用；如果選用兩個蒸發(fā)器或兩個冷凝器，則一級蒸發(fā)器工作介質(zhì)出口 14與二級蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口 15相連，一級冷凝器的工作介質(zhì)出口 18與二級冷凝器工作介質(zhì)入口 19相連。
[0012]本發(fā)明所述的降低脫碳吸收液再生能耗的流程:從脫碳吸收塔底排出的富液分兩個路徑:一部分富液進(jìn)入第一閃蒸罐，閃蒸罐內(nèi)操作壓力與當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫ο嗤?，閃蒸解吸二氧化碳后的溶液回流入吸收塔中部循環(huán)，于吸收塔下段吸收較高濃度的CO2;另一部分富液進(jìn)入第二閃蒸罐，閃蒸罐內(nèi)操作壓力為0.15?3MPa，閃蒸解吸二氧化碳后的溶液經(jīng)換熱器后進(jìn)入再生塔頂，或者另一部分富液經(jīng)換熱器后直接進(jìn)入部設(shè)置的解吸裝置，在該裝置內(nèi)解吸部分CO2后，向下進(jìn)入再生塔下端加熱汽提再生為貧液后循環(huán)至吸收塔頂部，用于吸收已經(jīng)經(jīng)過一段吸收的較低濃度的C02。
[0013]本發(fā)明所述的降低脫碳吸收液再生能耗裝置，其特征是:再生塔頂部設(shè)置的解吸裝置，該裝置為直徑比再生塔塔徑大，為再生塔塔徑的1.1?1.5倍，該裝置底部與再生塔主體連通。
[0014]本發(fā)明所述的降低脫碳吸收液再生能耗的方法:將低密度超聲波施加于閃蒸罐出口溶液解吸二氧化碳，超聲工作時間在2分鐘之內(nèi)。吸收飽和的富液經(jīng)減壓解吸后還含有大量CO2，如自然解吸則會時間很長才能達(dá)到與大氣中CO2濃度相平衡的水平，通過超聲波作用則可在數(shù)秒鐘之內(nèi)迅速釋放。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016](I)本發(fā)明應(yīng)用熱泵提升富液溫度，大大降低了加熱能耗，并進(jìn)一步提高再生塔內(nèi)酸氣解析效率。
[0017](2)大部分富液經(jīng)降壓至常壓閃蒸后，閃蒸液不經(jīng)加熱再生，直接回流至再生塔中部用于吸收高濃度CO2，可以在保證吸收效果的同時大大降低富液再生量，從而降低再生能耗，節(jié)約脫碳運行成本。
[0018](3)應(yīng)用超聲波解吸閃蒸后的溶液中CO2，可以進(jìn)一步提高CO2解吸率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1脫碳吸收液再生流程示意圖
[0020]圖2脫碳吸收液再生流程示意圖
[0021]圖3兩蒸發(fā)器-兩冷凝器熱泵工作介質(zhì)回路組成示意圖
[0022]圖4 一蒸發(fā)器-兩冷凝器熱泵工作介質(zhì)回路組成示意圖
[0023]圖5兩蒸發(fā)器-一冷凝器熱泵工作介質(zhì)回路組成示意圖
[0024]圖6 —蒸發(fā)器-一冷凝器熱泵工作介質(zhì)回路組成示意圖
[0025]圖中:1-吸收塔；2_第一閃蒸罐；3_第二閃蒸罐；4_換熱器；5_再生塔；6_
[0026]一級蒸發(fā)器；7_ 二級蒸發(fā)器；8_ —級冷凝器；9_ 二級冷凝器；10_待凈化氣體
[0027]入口 ； 11-凈化氣出口 ； 12-再生氣出口 ； 13-—級冷凝器工作介質(zhì)入口 ；14_
[0028]一級冷凝器工作介質(zhì)出口 ；15_ 二級冷凝器工作介質(zhì)入；16_ 二級冷凝器工作[0029]介質(zhì)出口 ； 17—級蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口 ； 18—級蒸發(fā)器工作介質(zhì)出口 ；19_
[0030]二級蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口 ；20_ 二級蒸發(fā)器工作介質(zhì)出口 ；21_解吸裝置；22_
[0031]解吸氣出口 ；23_壓縮機(jī)；24_膨脹閥。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0033]實施例1
[0034]如圖1所示的本發(fā)明的降低脫碳吸收液再生能耗的方法及裝置，待凈化氣體從待凈化氣體入口 11進(jìn)入吸收塔1，塔內(nèi)操作壓力4MPa，氣體經(jīng)凈化后從凈化氣出口 11排出，活化MDEA法脫碳吸收塔內(nèi)與充分接觸吸收了 CO2的活化MDEA溶液(富液)從塔底流出，富液流量的3/5 (富液A)進(jìn)入第一閃蒸罐2，在常壓(當(dāng)?shù)卮髿鈮?下溶液中吸收的CO2解吸出來，閃蒸解吸后閃蒸液在第一閃蒸罐出口施加低密度超聲波，超聲工作時間2秒鐘，之后閃蒸液經(jīng)循環(huán)泵輸送至吸收塔中部，用于吸收塔下段吸收CO2。剩余2/5富液(富液B)進(jìn)入第二閃蒸罐3，在3MPa的壓力下解吸CO2后，經(jīng)過換熱器4、熱泵升溫后進(jìn)入再生塔5。從再生塔底流出的貧液經(jīng)換熱器、熱泵降溫后，送至吸收塔頂用于吸收塔上段吸收C02。熱泵的一級蒸發(fā)器6置于吸收塔頂端入口與貧富液換熱器之間用于從換熱后的貧液中提取能量，二級蒸發(fā)器7置于再生塔頂端再生氣冷凝路徑，進(jìn)一步從再生氣中提取熱量；一級冷凝器8置于再生塔底部用于胺液再沸的回路中，先將高品位熱能供給再生塔底溶液再沸，二級冷凝器9置于貧富液換熱器與再生塔頂部入口之間，用于給進(jìn)入再生塔前的富液加熱。一級蒸發(fā)器工作介質(zhì)出口 14與二級蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口 15相連，一級冷凝器的工作介質(zhì)出口18與二級冷凝器工作介質(zhì)入口 19相連。如圖3，所述熱泵由兩個串聯(lián)的冷凝器、兩個串聯(lián)的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)23和膨脹閥24組成一個循環(huán)回路。
[0035]實施例2
[0036]本實施例與實施例1基本相同，所不同的是:如圖2，1/3富液(富液A)在第一閃蒸罐閃蒸解吸后對閃蒸液施加低密度超聲波，超聲工作時間30秒鐘；2/3富液(富液C)不經(jīng)過第二閃蒸罐降壓閃蒸，而直接經(jīng)換熱器、熱泵升溫后進(jìn)入再生塔頂部設(shè)置的解吸裝置21，在該裝置內(nèi)富液釋放出大量酸氣經(jīng)解吸氣出口 22外排。該裝置為直徑為再生塔塔徑的1.1倍，該裝置底部與再生塔主體連通。
[0037]實施例3
[0038]本實施例與實施例2基本相同，所不同的是:再生塔頂部設(shè)置的解吸裝置，直徑為再生塔塔徑的1.5倍。
[0039]實施例4
[0040]如圖1所示的本發(fā)明的降低脫碳吸收液再生能耗的方法及裝置，活化熱鉀堿法脫碳吸收塔內(nèi)與充分接觸吸收了 CO2的活化熱鉀堿液(富液)從塔底流出，富液流量的1/8(富液A)進(jìn)入第一閃蒸罐，在常壓(當(dāng)?shù)卮髿鈮?下溶液中吸收的CO2解吸出來，閃蒸解吸后閃蒸液在第一閃蒸罐出口施加低密度超聲波，超聲工作時間I分鐘，之后閃蒸液經(jīng)循環(huán)泵輸送至吸收塔中部，用于吸收塔下段吸收C02。剩余7/8富液(富液B)進(jìn)入第二閃蒸罐，在0.2MPa的壓力下解吸CO2后，經(jīng)過換熱器升溫后進(jìn)入再生塔。從再生塔底流出的貧液經(jīng)換熱器、熱泵降溫后，送至吸收塔頂用于吸收塔上段吸收C02。蒸發(fā)器置于再生塔頂端再生氣冷凝路徑，從再生氣中提取熱量；一級冷凝器置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中，二級冷凝器置于貧富液換熱器與再生塔頂部入口之間。一級冷凝器的工作介質(zhì)出口 18與二級冷凝器工作介質(zhì)入口 19相連。如圖4，所述熱泵由兩個串聯(lián)的冷凝器、一個蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和膨脹閥組成一個循環(huán)回路。
[0041]實施例5
[0042]本實施例與實施例4基本相同，所不同的是:超聲工作時間2分鐘；一級蒸發(fā)器6置于吸收塔頂端入口與貧富液換熱器之間，二級蒸發(fā)器7置于再生塔頂端再生氣冷凝路徑，從再生氣中提取熱量；冷凝器8置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中。如圖5，所述熱泵由一個冷凝器、兩個蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和膨脹閥組成一個循環(huán)回路。
[0043]實施例6
[0044]本實施例與實施例4基本相同，所不同的是:蒸發(fā)器7置于再生塔頂端再生氣冷凝路徑，從再生氣中提取熱量；冷凝器8置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中。如圖6，所述熱泵由一個冷凝器、一個蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和膨脹閥組成一個循環(huán)回路。
【權(quán)利要求】
1.一種降低脫碳吸收液再生能耗的方法，其特征在于:對吸收了二氧化碳的富液進(jìn)行加熱再生過程，利用熱泵從再生塔頂排出的氣體或再生塔塔底排出的經(jīng)換熱降溫后的貧液的熱量或兩者并用回收熱量，對再生塔底的液體及換熱后富液加熱提供熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:熱泵的一級蒸發(fā)器置于吸收塔頂端入口與貧富液換熱器之間，二級蒸發(fā)器置于再生塔頂端再生氣冷凝路徑；一級冷凝器置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中，二級冷凝器置于貧富液換熱器與再生塔頂部入口之間；熱泵工作回路中可以選用冷凝器與蒸發(fā)器各一個或兩個串聯(lián)使用；如果選用兩個蒸發(fā)器或兩個冷凝器，則一級蒸發(fā)器工作介質(zhì)出口與二級蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口相連，一級冷凝器工作介質(zhì)出口與二級冷凝器工作介質(zhì)入口相連。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:從脫碳吸收塔出來的富液分兩個路徑:一部分富液進(jìn)入第一閃蒸罐，閃蒸罐內(nèi)操作壓力與當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫ο嗤W蒸解吸二氧化碳后的溶液回流入吸收塔中部循環(huán)；另一部分富液進(jìn)入第二閃蒸罐，第二閃蒸罐內(nèi)操作壓力為0.15?3MPa，閃蒸解吸二氧化碳后的溶液經(jīng)換熱器后進(jìn)入再生塔頂，或者另一部分富液經(jīng)換熱器后直接進(jìn)入再生塔頂部，再生塔頂部設(shè)置一個解吸裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:將低密度超聲波施加于閃蒸罐出口溶液解吸二氧化碳，超聲工作時間在2分鐘之內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的降低脫碳吸收液再生能耗的裝置，其特征在于:再生塔頂部設(shè)置的解吸裝置，該裝置為直徑比再生塔塔徑大，為再生塔塔徑的1.1?1.5倍，該裝置底部與再生塔主體連通。
【文檔編號】C01B31/20GK103977683SQ201410182689
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張書廷, 趙旭 申請人:天津大學(xué)