煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔實施方式

1.一種煙氣脫碳系統(tǒng)，包括：吸收系統(tǒng)，利用貧二氧化碳吸收液吸收煙氣中的二氧化碳，以形成富二氧化碳吸收液；再生系統(tǒng)，用于解吸所述富二氧化碳吸收液中的二氧化碳，以形成二氧化碳再生氣和供所述吸收系統(tǒng)循環(huán)使用的貧二氧化碳吸收液；以及熱交換系統(tǒng)，供所述富二氧化碳吸收液與所述貧二氧化碳吸收液和/所述二氧化碳再生氣之間換熱，其特征在于，所述再生系統(tǒng)包括再生塔（20），其下部具有貧液槽（21）、上部具有富液噴淋器（14）、以及在所述富液噴淋器上方設(shè)置的激冷噴淋器（15），其中，在所述貧液槽（21）的貧二氧化碳吸收液的液面之上、在所述富液噴淋器（14）之下的空間形成再生區(qū)（20-1），所述激冷噴淋器（15）和所述富液噴淋器（14）之間的空間形成激冷區(qū)（20-2），所述吸收系統(tǒng)包括與風機（2）相連通的至少一吸收塔（5），所述吸收塔（5）的底部具有富液槽（1）、中部具有自循環(huán)噴淋器（4）、上部具有貧液噴淋器（6），所述自循環(huán)噴淋器（4）設(shè)置在所述富液槽（1）液面和貧液噴淋器（6）之間的1/3~2/3高度處并且通過自循環(huán)泵與所述富液槽（1）相連，其中，所述自循環(huán)噴淋器（4）與貧液噴淋器（6）之間構(gòu)成貧液吸收區(qū)（5-2），所述自循環(huán)噴淋器（4）與富液槽（1）之間形成半貧液吸收區(qū)（5-1），所述吸收塔（5）的貧液噴淋器（6）的上方還具有循環(huán)洗滌系統(tǒng)和除霧器（9）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫碳系統(tǒng)，其特征在于，向所述再生系統(tǒng)提供的富二氧化碳吸收液的70％~95％經(jīng)過所述熱交換系統(tǒng)換熱后供給所述富液噴淋器（14），其余的直接供給所述激冷噴淋器（15）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣脫碳系統(tǒng)，其特征在于，所述再生塔（20）的上端設(shè)有除霧器，所述富液噴淋器（14）設(shè)置在所述貧液槽（21）液面與除霧器（16）之間的2/3~4/5高度處，所述激冷噴淋器（15）設(shè)置在所述富液噴淋器（14）與除霧器（16）之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣脫碳系統(tǒng)，其特征在于，所述再生系統(tǒng)還包括連接至所述再生塔（20）的再生氣冷卻器（17）和再生氣分離器（18），其中，所述再生氣分離器（18）分離得到的液體與所述貧液冷卻器（11）冷卻后的貧二氧化碳吸收液相混合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫碳系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換系統(tǒng)包括：貧富液換熱器（12）；以及貧液冷卻器（11），其中，所述再生塔（20）的貧液槽（21）中的貧二氧化碳吸收液經(jīng)過所述貧液冷卻器（11）冷卻后供給所述吸收塔（5）的貧液噴淋器（6）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫碳系統(tǒng)，其特征在于，所述再生塔（20）的上端設(shè)有除霧器（16），所述富液噴淋器（14）設(shè)置在所述貧液槽（21）液面與除霧器（16）之間的2/3~4/5高度處，所述激冷噴淋器（15）設(shè)置在所述富液噴淋器（14）與除霧器（16）之間。

7.一種煙氣脫碳方法，包括以下步驟：A）在吸收塔（5）中，利用貧二氧化碳吸收液吸收煙氣中的二氧化碳，以形成富二氧化碳吸收液；B）在再生塔（20）中，解吸所述富二氧化碳吸收液中的二氧化碳，以形成二氧化碳再生氣和供所述吸收系統(tǒng)循環(huán)使用的貧二氧化碳吸收液；以及C）在熱交換系統(tǒng)中，使所述富二氧化碳吸收液與所述貧二氧化碳吸收液和/所述二氧化碳再生氣進行換熱，其特征在于，所述再生塔（20）的下部具有貧液槽（21）和位于所述貧液槽（21）中的蒸發(fā)器、上部具有富液噴淋器（14）、以及在所述富液噴淋器（14）上方還設(shè)有激冷噴淋器（15），其中，在所述貧液槽（21）的貧二氧化碳吸收液的液面之上、在所述富液噴淋器（14）之下的空間形成再生區(qū)（20-1），所述激冷噴淋器（15）和所述富液噴淋器（14）之間的空間形成激冷區(qū)（20-2）；在步驟B中，使步驟A中所述吸收塔（5）提供的富二氧化碳吸收液的一部分經(jīng)過加熱后由所述再生塔（20）的富液噴淋器（14）向下噴射，而所述富二氧化碳吸收液的其余部分直接由位于所述富液噴淋器（14）上方的激冷噴淋器（15）向下噴射。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煙氣脫碳方法，其特征在于，由所述再生塔（20）的富液噴淋器（14）向下噴射的富二氧化碳吸收液占所述吸收塔（5）提供的富二氧化碳吸收液總量的70~95％。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煙氣脫碳方法，其特征在于，在步驟C中，使所述再生塔（20）的貧液槽（21）中的貧二氧化碳吸收液經(jīng)由所述熱交換系統(tǒng)冷卻后與所述二氧化碳再生氣經(jīng)由冷卻和汽液分離所得到的液體相混合。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煙氣脫碳方法，其特征在于，在步驟A中，使經(jīng)過預(yù)處理的煙氣通過風機（2）從吸收塔（5）下部進入到所述吸收塔（5）中，并先讓霧化的富二氧化碳吸收液吸收，再經(jīng)由霧化的貧二氧化碳吸收液吸收，其中，所述富二氧化碳吸收液來自所述吸收塔（5）下部的富液槽（1）中。

11.一種煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔，其特征在于，所述再生塔（20）的下部具有貧液槽（21）和位于所述貧液槽（21）中的蒸發(fā)器、上部具有富液噴淋器（14）、以及在所述富液噴淋器（14）上方還設(shè)有激冷噴淋器（15）和再生塔除霧器（16），其中，在所述貧液槽（21）的貧二氧化碳吸收液的液面之上、在所述富液噴淋器（14）之下的空間形成再生區(qū)（20-1），所述激冷噴淋器（15）和所述富液噴淋器（14）之間的空間形成激冷區(qū)（20-2）。

《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》涉及煙氣CO₂捕集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是燃煤（油、氣）電站鍋爐（燃機）、工業(yè)鍋爐、石灰窯爐和化工工藝中的低壓低濃度CO₂回收領(lǐng)域，具體涉及燃燒設(shè)備的煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、以及煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔。

圖1為根據(jù)《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》優(yōu)選實施例的煙氣脫碳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔專利目的

《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》的目的在于提供一種比2009年12月前的傳統(tǒng)技術(shù)具有更低能耗的煙氣脫碳系統(tǒng)，以滿足大型燃燒設(shè)備，化工行業(yè)等CO₂分壓較低，需大幅降低能耗的CO₂捕集系統(tǒng)。《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》的另一個目的在于提供一種煙氣脫碳方法?！稛煔饷撎枷到y(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》的又一個目的在于提供一種煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔。

煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔技術(shù)方案

一方面，《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》提供了一種煙氣脫碳系統(tǒng)，其包括：吸收系統(tǒng)，利用貧二氧化碳吸收液吸收煙氣中的二氧化碳，以形成富二氧化碳吸收液；再生系統(tǒng)，用于解吸富二氧化碳吸收液中的二氧化碳，以形成二氧化碳再生氣和供吸收系統(tǒng)循環(huán)使用的貧二氧化碳吸收液；以及熱交換系統(tǒng)，供富二氧化碳吸收液與貧二氧化碳吸收液和/二氧化碳再生氣之間換熱，其中，再生系統(tǒng)包括再生塔，其下部具有貧液槽、上部具有富液噴淋器、以及位于富液噴淋器上方的激冷噴淋器，其中，在貧液槽的貧二氧化碳吸收液的液面之上、在富液噴淋器之下的空間形成再生區(qū)，激冷噴淋器和富液噴淋器之間的空間形成激冷區(qū)。

優(yōu)選地，向上述再生系統(tǒng)提供的富二氧化碳吸收液的70％~95％經(jīng)過熱交換系統(tǒng)換熱后供給富液噴淋器，其余的直接供給激冷噴淋器。

優(yōu)選地，上述再生塔的上端設(shè)有除霧器，富液噴淋器設(shè)置在貧液槽液面與除霧器之間的2/3~4/5高度處，激冷噴淋器設(shè)置在富液噴淋器與除霧器之間。

優(yōu)選地，上述再生系統(tǒng)還包括連接至再生塔的再生氣冷卻器和再生氣分離器，其中，再生氣分離器分離得到的液體與貧液冷卻器冷卻后的貧二氧化碳吸收液相混合。

優(yōu)選地，上述熱交換系統(tǒng)包括：貧富液換熱器；以及貧液冷卻器，其中，再生塔的貧液槽中的貧二氧化碳吸收液經(jīng)過貧液冷卻器冷卻后供給吸收塔的貧液噴淋器。

優(yōu)選地，上述再生塔的上端設(shè)有除霧器，富液噴淋器設(shè)置在貧液槽液面與除霧器之間的2/3~4/5高度處，激冷噴淋器設(shè)置在富液噴淋器與除霧器之間。

優(yōu)選地，上述吸收系統(tǒng)包括與風機相連通的至少一吸收塔，吸收塔的底部具有富液槽、中部具有自循環(huán)噴淋器、上部具有貧液噴淋器，自循環(huán)噴淋器設(shè)置在富液槽液面和貧液噴淋器之間的1/3~2/3高度處，其中，自循環(huán)噴淋器與貧液噴淋器之間構(gòu)成貧液吸收區(qū)，自循環(huán)噴淋器與富液槽之間形成半貧液吸收區(qū)，吸收塔的貧液噴淋器的上方還具有循環(huán)洗滌系統(tǒng)和除霧器。

另一方面，《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》還提供了一種煙氣脫碳方法，包括以下步驟：A）在吸收塔中，利用貧二氧化碳吸收液吸收煙氣中的二氧化碳，以形成富二氧化碳吸收液；B）在再生塔中，解吸富二氧化碳吸收液中的二氧化碳，以形成二氧化碳再生氣和供吸收系統(tǒng)循環(huán)使用的貧二氧化碳吸收液；C）在熱交換系統(tǒng)中，使富二氧化碳吸收液與貧二氧化碳吸收液和/二氧化碳再生氣進行換熱，其中，在步驟B中，使步驟A中吸收塔提供的富二氧化碳吸收液的一部分經(jīng)過加熱后由再生塔的富液噴淋器向下噴射，而富二氧化碳吸收液的其余部分直接由位于富液噴淋器上方的激冷噴淋器向下噴射。

優(yōu)選地，由再生塔的富液噴淋器向下噴射的富二氧化碳吸收液占吸收塔提供的富二氧化碳吸收液總量的70~95％。

優(yōu)選地，在步驟C中，使再生塔的貧液槽中的貧二氧化碳吸收液經(jīng)由熱交換系統(tǒng)冷卻后與二氧化碳再生氣經(jīng)由冷卻和汽液分離所得到的液體相混合，再供應(yīng)至吸收塔。

優(yōu)選地，在步驟A中，使經(jīng)過預(yù)處理的煙氣通過風機從吸收塔下部進入到吸收塔中，并先讓霧化的富二氧化碳吸收液吸收，再經(jīng)由霧化的貧二氧化碳吸收液吸收，其中，富二氧化碳吸收液來自吸收塔下部的富液槽中。

此外，《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》還提供了一種煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔，該再生塔的下部具有貧液槽和位于貧液槽中的蒸發(fā)器、上部具有富液噴淋器、以及在富液噴淋器上方還設(shè)有激冷噴淋器，其中，在貧液槽的貧二氧化碳吸收液的液面之上、在富液噴淋器之下的空間形成再生區(qū)，激冷噴淋器和富液噴淋器之間的空間形成激冷區(qū)。

煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔改善效果

在《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》優(yōu)選實施例的系統(tǒng)和方法中，吸收塔和再生塔均采用噴淋法，且在吸收塔中增加了一套噴淋內(nèi)循環(huán)，在再生塔中增加了一套噴淋激冷系統(tǒng)，再生塔后冷凝液直接與冷卻器后的貧液混合。一方面，能有效地對系統(tǒng)進行熱分配，減少貧富液循環(huán)速度、降低出貧富液換熱器后貧液和經(jīng)過再生氣冷凝器后流體的溫度，從而減小冷卻水負荷，降低系統(tǒng)能耗和電耗；另一方面，減少了昂貴的系統(tǒng)內(nèi)件，降低吸收塔高度，從而降低系統(tǒng)的造價。

氣候變暖問題是影響整個人類發(fā)展的問題，CO₂是氣候變暖的主要貢獻者，而大型燃燒設(shè)備是CO₂最大的排放源，任何想要大規(guī)?？刂艭O₂的排放，應(yīng)對氣候變暖，都必須著力于對大型燃燒設(shè)備進行CO₂捕集。

截至2009年12月，大型燃燒設(shè)備捕碳主要有燃燒前捕集、富氧燃燒技術(shù)和燃燒后捕集。燃燒前捕集主要用于IGCC電站，后兩者則可運用于對傳統(tǒng)電廠的改造。其中，富氧燃燒技術(shù)不僅需要增加制氧設(shè)備，還需對發(fā)電本體進行改造，燃燒后捕碳則不用對本體進行改造，具有更廣泛的適應(yīng)性。由于傳統(tǒng)電站和其它大型燃燒設(shè)備煙氣具有大流量，低分壓等特點，采用具有堿性的醇胺溶液，如乙醇胺（MEA）是最適合于這種煙氣特點的技術(shù)。

利用醇胺溶液從煙氣中進行碳捕集的技術(shù)在化工行業(yè)已經(jīng)成熟。但是，由于電廠等大型燃燒設(shè)備煙氣具有氣量大，分壓低等特點，該技術(shù)運用于電廠最大的問題是能耗高，體積大。

中國發(fā)明專利申請（申請?zhí)枮?00810018343.5）公開了一種燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其包括煙氣預(yù)處理裝置、吸收塔、以及再生塔。

其中，經(jīng)過煙氣預(yù)處理裝置處理的煙氣通過風機加壓后與吸收塔的底部相連，煙氣自下向上流動，與從吸收塔上部入塔的能夠吸收二氧化碳的乙醇胺溶液形成逆流接觸，脫除二氧化碳的煙氣經(jīng)尾氣排空口排出，吸收了二氧化碳的富液通過富液泵加壓由再生塔上部進入，在再生塔底部設(shè)置有內(nèi)置式煮沸器，再生塔的頂部出氣口還依次與產(chǎn)品氣富液換熱器、產(chǎn)品氣冷卻器、氣液分離器和二氧化碳壓縮機相連，分離后的二氧化碳經(jīng)二氧化碳壓縮機壓縮后排出，解吸二氧化碳后的貧液由再生塔底流出。

在上述二氧化碳捕集裝置中，系統(tǒng)能耗大，運行成本高。

2021年6月24日，《煙氣脫碳系統(tǒng)及方法、煙氣脫碳系統(tǒng)用再生塔》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

不同的舊砂再生方法其工藝流程是相似的。首先將舊砂磁選、篩分、破碎至3 mm以下，然后放入再生裝置中，接著根據(jù)再生工藝的不同對再生砂進行除塵、烘干、冷卻等，最后對再生砂的各項性能進行檢測，質(zhì)量合格后投入生產(chǎn)循環(huán)使用。通常根據(jù)工作原理的不同，將舊砂再生方法分為干法再生、濕法再生、熱法再生等 。

舊砂再生干法再生

根據(jù)設(shè)備工作原理的不同，通常將干法再生工藝分為離心式、氣流式、逆流式和振動式等。各個舊砂再生方法的相同之處是利用砂粒之間、砂粒與設(shè)備之間相互碰撞、摩擦，從而完成再生，不同之處是砂粒的加速方式不同。

干法再生工藝通常用于脆性粘結(jié)劑膜的再生，再生設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，投資少，沒有“二次污染”等問題。但是舊砂的脫膜率越高，所需的沖擊力和摩擦力就越嚴重。

舊砂再生濕法再生

濕法再生是利用粘結(jié)劑的水溶性，在機械的攪拌和水的擦洗作用下，殘留在舊砂顆粒表面的粘結(jié)劑溶解、脫落，適用于水溶性粘結(jié)劑舊砂的再生。

舊砂再生熱法再生

熱法再生是通過焙燒爐將舊砂加熱到一定溫度，以脆化、分解或燒掉舊砂顆粒表面殘留的粘結(jié)劑，熱法再生適用于可燃的有機粘結(jié)劑。根據(jù)再生過程中加熱溫度的不同，可以分為低溫熱法再生（320～450℃）和高溫熱法再生（700～900 ℃）。低溫熱法再生通常和干法再生組合使用，低溫加熱的目的是使粘結(jié)劑膜由韌性變?yōu)榇嘈?，然后對舊砂進行干法再生將脆性膜去除。

高溫熱法再生是將舊砂加熱到粘結(jié)劑膜的燃點，使其完全燃燒。熱法再生工藝對砂子具有改性作用，使再生砂具有比新砂更加優(yōu)良的性能。但是熱法再生會產(chǎn)生廢氣，而且能源消耗大，增加了鑄件的成本。

一、蒸餾塔系統(tǒng)組成及布置

蒸餾塔系統(tǒng)由簡單蒸餾塔、再沸器、冷凝器、回流罐等設(shè)備組成，一般按流程順序，在符合規(guī)范的要求下，盡可能靠近布置，形成獨立的操作系統(tǒng)。同類設(shè)備集中布置，如冷凝器一般布置在三層樓面上，回流罐布置在二

層樓面上，再沸器安裝在蒸餾塔底部，泵布置在一層樓面上。這樣不但整齊，美觀，而且操作也方便。由于再沸器的特殊性，與其相關(guān)的設(shè)備及管路需精心設(shè)計。

二、蒸餾塔系統(tǒng)操作

通過再沸器加熱塔底的液體，使其部分氣化，由塔底再沸器入塔口進入塔，與下降液進行逆流兩相接觸，下降液中易揮發(fā)(低沸點)組分不斷向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接

近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達到組分分離的目的。塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝液體的一部分作為回流液返回塔頂，其余部分則作為餾出液送出。塔底流出的液體，其中一部分送入再沸器加熱返回塔中，另一部分液體作為釜殘液采出。

三、熱虹吸再沸器

1、熱虹吸再沸器原理

熱虹吸再沸器利用蒸餾塔的液面和再沸器液面的壓頭差作為動力驅(qū)動液體重力循環(huán)流動，使蒸餾塔底部的液體流向再沸器。液體一部分在再沸器內(nèi)被氣化，回到塔內(nèi)，達到蒸氣和液體分離。為了保證再沸器的正常工作，必須保證有一定的壓差來克服管道、再沸器內(nèi)壓降和兩相的靜壓。

2、熱虹吸再沸器安裝高度要求

蒸餾塔底部的液體流入管道，越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高，壓力會降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成)。虹吸作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開，氣泡兩

端的氣體分子之間的作用力減至0，從而破壞了虹吸作用。熱虹吸再沸器安裝位置不是越低越好。

3、立式熱虹吸再沸器特殊要求

立式熱虹吸式再沸器如為真空操作，則不適宜黏性較大的液體和帶固體的物料，同時還要求塔裙的高度較高。臥式熱虹吸式再沸器則對塔釜液位和壓降要求不高，比較適用于真空精餾。蒸餾塔是一個高效的、節(jié)能的蒸餾塔型，根據(jù)所設(shè)計參數(shù)可設(shè)計多種規(guī)格，滿足不同生產(chǎn)能力的要求。