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CN115245728A - 一种燃烧后尾气碳捕捉的装置及其应用 - Google Patents

一种燃烧后尾气碳捕捉的装置及其应用 Download PDF

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CN115245728A CN202111024817.9A CN202111024817A CN115245728A CN 115245728 A CN115245728 A CN 115245728A CN 202111024817 A CN202111024817 A CN 202111024817A CN 115245728 A CN115245728 A CN 115245728A
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刘寿山
陶宇佳
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Abstract

本发明提供了一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，包括烟气处理装置、过滤器、膜吸收器、吸收塔、贫富液热交换器、膜再生器、再生塔，所述烟气处理装置与过滤器相连，所述过滤器通过不同的管道分别与膜吸收器、吸收塔相连，所述膜吸收器的液体出口、吸收塔的液体出口与贫富液热交换器的进口相连通，所述贫富液热交换器的出口分别与膜再生器的液体进口、再生塔的液体进口相连。本发明采用膜接触器与常规吸收塔的组合装置，两方面协同作用，能够大幅提高处理效率；同时采用特种配制的胺吸收液含有氨基酸盐、活化剂、阻聚剂，能够表现出高反应性和较快的解吸速率，可以实现95％的二氧化碳回收率。

Description

一种燃烧后尾气碳捕捉的装置及其应用
技术领域
本发明涉及烟气CO2捕捉领域，具体涉及IPC分类号B01D53/14，更具体涉及一种燃烧后尾气碳捕捉的装置及其应用。
背景技术
随着气候变暖现象愈发严重，碳捕作为一项碳中和的新技术，主要是通过将二氧化碳捕获后，存放在地下、海底或其他用途。理论上看“捕捉”碳并不难，二氧化碳和胺类物质发生反应，二者在低温情况下结合，在高温中分离。通常采用的化学溶剂吸收和解析的技术已经工业化几十年了，并已经成熟地应用于工业二氧化碳的生产。但是为了实现碳中和的目标，大规模的回收工业燃烧废气，常规化学吸收的每吨二氧化碳的生产成本就不具备经济性了。此外常规的吸收塔气液接触的面积有限，体积传质系数较小，从而导致捕捉二氧化碳的效率较低，进一步增加了能耗成本，并且在进行碳捕捉的过程中使用的吸收液由于其吸收和解析的速度较慢，使得二氧化碳的回收率相对低一些。
中国专利CN109304078A提供了二氧化碳捕捉系统与方法，至少包括一个二氧化碳吸收塔、汽提塔、压缩机、第一闪蒸器，其中第一闪蒸器与汽提塔的液体出口相连接，压缩机与第一闪蒸器的气体出口与汽提塔的入口相连接，该系统和方法能够有效减少过程中产生的能量损失。然而所述装置采用的吸收塔的气液接触面积有限，一定程度上限制了处理效率，且同时采用氨水作为吸收剂，其二氧化碳的移除率最高只能达到83％左右。
发明内容
针对上述提到的技术问题，本发明一方面提供了一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，包括烟气处理装置、过滤器、膜吸收器、吸收塔、贫富液热交换器、膜再生器、再生塔，所述烟气处理装置与过滤器相连，所述过滤器通过不同的管道分别与膜吸收器、吸收塔相连，所述膜吸收器的液体出口、吸收塔的液体出口与贫富液热交换器的进口相连通，所述贫富液热交换器的出口分别与膜再生器的液体进口、再生塔的液体进口相连。
在一些实施方式中，所述膜吸收器与吸收塔并联设置，所述膜再生器与再生塔并联设置。
在一些实施方式中，所述烟气处理装置与压缩风机相连。
在一些实施方式中，所述烟气处理装置包括脱硫装置和/或脱硝装置。
优选地，所述烟气处理装置包括脱硫装置和脱硝装置。
在一些实施方式中，所述膜吸收器与吸收塔中用到的吸收液种类包括胺吸收液，所述胺吸收液包括一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙胺、二甘醇胺、乙二胺、哌嗪、吡啶、肌氨酸盐、甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐和胱氨酸盐中的一种或多种。
优选地，所述胺吸收液包括肌氨酸盐、甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐和胱氨酸盐水溶液中的一种。
更加优选地，所述胺吸收液还包括活性剂、阻聚剂。
在一些实施方式中，所述膜再生器和再生塔的出口分别与再沸器的进口相连通，所述再沸器与再生塔的底部相连，所述再沸器与贫富液热交换器相连，所述贫富液热交换器与吸收塔的顶部相连。
在一些实施方式中，所述膜再生器的气体出口通过真空泵与冷凝器相连，所述再生塔的气体出口与冷凝器相连。
在一些实施方式中，所述膜再生器和再生塔释放出的二氧化碳和部分蒸汽经过冷凝器后蒸汽被冷凝回流到再生塔中，同时可以完成二氧化碳的捕捉，捕捉后的二氧化碳输送到下一步工序，进一步液化处理。
在一些实施方式中，烟气经过膜吸收器与吸收塔中的吸收液进行传质过程，被吸收二氧化碳之后的气体直接排入大气。
在一些实施方式中，所述膜再生器和再生塔中释放出二氧化碳再生贫液通过贫富液换热器与吸收塔顶部相连。
在一些实施方式中，所述膜吸收器与膜再生器采用多层复合膜，所述复合膜的结构由下至上依次包括基材、PVDF层、亲水层、纳米选择透过CO2层、保护层。
在一些实施方式中，所述保护层为高憎水耐堵保护层。
在一些实施方式中，所述膜吸收器与膜再生器中的底材不同，所述膜吸收器的基材为PET材质，所述膜再生器的基材为PVDF、PEEK中的一种。
本发明的另一方面提供了一种燃烧后尾气碳捕捉的装置的应用，用于钢厂、电厂、水泥厂烟气中的CO2捕捉。
有益效果：
本发明采用膜接触器与常规吸收塔的组合装置，两方面协同作用，能够大幅提高处理效率；同时采用特种配制的胺吸收液含有氨基酸盐、活化剂、阻聚剂，能够表现出高反应性和较快的解吸速率，可以实现95％的二氧化碳回收率；此外本发明中的膜吸收器和膜再生器均采用多层复合膜，包括纳米级选择透过CO2膜，并复合表面抗污染的保护层，能够保证回收效果，避免其他杂质的污染造成膜层的封堵而影响到碳捕捉的效果。
附图说明
图1是本发明中碳捕捉的装置示意图；
图2是本发明中膜吸收器和膜再生器的膜结构示意图。
其中，1、压缩机；2、烟气处理装置；3、过滤器；4、膜吸收器；5、吸收塔；6、贫富液热交换器；7、再生塔；8、膜再生器；9、冷凝器；10、再沸器；11、真空泵。
101、基材；102、PVDF层；103、亲水层；104、纳米选择透过CO2层；105、保护层。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1和图2，一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，包括烟气处理装置2、过滤器3、膜吸收器4、吸收塔5、贫富液热交换器6、膜再生器8、再生塔7，所述烟气处理装置2与过滤器3相连，所述过滤器3通过不同的管道分别与膜吸收器4、吸收塔5相连，所述膜吸收器4的液体出口、吸收塔5的液体出口与贫富液热交换器6的进口相连通，所述贫富液热交换器6的出口分别与膜再生器8的液体进口、再生塔7的液体进口相连。
所述膜吸收器4与吸收塔5并联设置，所述膜再生器8与再生塔7并联设置。
所述烟气处理装置2与压缩风机1相连，压缩机1将烟气输送到烟气处理装置2。
所述烟气处理装置2包括脱硫装置和脱硝装置，实现去除烟气中的含硫化合物和含氮化合物，保证后续排入的大气不含有害气体。
所述膜吸收器4与吸收塔5中用到的吸收液种类为胺吸收液，所述胺吸收液包括氨基酸盐和活性剂、阻聚剂，通过这类胺吸收液能够与二氧化碳产生高反应性和较快的解吸速率。
所述膜再生器8和再生塔7的出口分别与再沸器10的进口相连通，所述再沸器10与再生塔7的底部相连，所述再沸器10与贫富液热交换器6相连，所述贫富液热交换器6与吸收塔5的顶部相连，所述贫富液热交换器6实现了将吸收了二氧化碳的富液与脱出了二氧化碳的贫液进行热交换，起到再生液循环使用、节约能源的作用。
所述膜再生器8的气体出口通过真空泵11与冷凝器9相连，所述再生塔7的气体出口与冷凝器9相连，所述再生塔7中释放出的二氧化碳和部分蒸汽经过气体出口直接进入到冷凝器9中；所述膜再生器8中释放出的二氧化碳与部分蒸汽经过真空泵11输入到冷凝管9中。
所述膜再生器8和再生塔7释放出的二氧化碳和部分蒸汽经过冷凝器9后蒸汽被冷凝回流到再生塔7中，同时可以完成二氧化碳的收集与封存。
烟气经过膜吸收器4和吸收塔5中的吸收液被吸收二氧化碳之后的气体直接排入大气。
所述膜再生器8和再生塔7中释放出二氧化碳和蒸汽的再生液通过贫富液换热器6与吸收塔5顶部相连，所述再生液可以用于下一次的循环。
所述膜吸收器4与膜再生器8采用多层复合膜，所述复合膜的结构由下至上依次包括基材101、PVDF层102、亲水层103、纳米选择透过CO2层104、保护层105。
所述保护层105为高憎水耐堵保护层。
所述膜吸收器4与膜再生器8中的底材不同，所述膜吸收器4的膜材料为PVDF，所述膜再生器8的膜材料为PEEK。
工作原理：首先由压缩机1输送烟气，然后由烟气处理装置2对输送过来的烟气进行脱硫脱硝处理，之后通过过滤器3将烟气中的固态杂质去去除，过滤后的烟气同时经过膜吸收器4和吸收塔5，一方面通过吸收塔5的上部入塔，与特定的胺吸收液形成逆向接触对烟气中的二氧化碳进行吸收；另一方面膜吸收器4中胺吸收液与气相中的二氧化碳在膜表面结合并实现二氧化碳到吸收液的气液传质，共同形成富液，并且脱除了二氧化碳的气体排入大气，然后进入到贫富液热交换器6中进行热交换，起到节约能源的作用，之后同时流向膜再生器8和再生塔7，释放出二氧化碳和部分蒸汽，然后二氧化碳和部分蒸汽进入冷凝器9，蒸汽被冷凝成液态返回至再生塔7，二氧化碳可以输送到下一步工序进行回收封存；同时再生塔7和膜再生器8中释放出二氧化碳的再生后胺吸收液经过贫富液热交换器6回到吸收塔5中进行下一次的循环。

Claims (10)

1.一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，包括烟气处理装置(2)、过滤器(3)、膜吸收器(4)、吸收塔(5)、贫富液热交换器(6)、膜再生器(8)、再生塔(7)，所述烟气处理装置(2)与过滤器(3)相连，所述过滤器(3)通过不同的管道分别与膜吸收器(4)、吸收塔(5)相连，所述膜吸收器(4)的液体出口、吸收塔(5)的液体出口与贫富液热交换器(6)的进口相连通，所述贫富液热交换器(6)的出口分别与膜再生器(8)的液体进口、再生塔(7)的液体进口相连。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述膜吸收器(4)与吸收塔(5)并联设置，所述膜再生器(8)与再生塔(7)并联设置。
3.根据权利要求1所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述烟气处理装置(2)与压缩风机(1)相连。
4.根据权利要求3所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述烟气处理装置(2)包括脱硫装置和/或脱硝装置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种燃烧后尾气碳捕捉装置，其特征在于，所述膜吸收器(4)与吸收塔(5)中用到的吸收液种类包括胺吸收液，所述胺吸收液包括一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙胺、二甘醇胺、乙二胺、哌嗪、吡啶、肌氨酸盐、甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐和胱氨酸盐中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述膜再生器(8)和再生塔(7)的出口分别与再沸器(10)的进口相连通，所述再沸器(10)与再生塔(7)的底部相连，所述再沸器(10)与贫富液热交换器(6)相连，所述贫富液热交换器(6)与吸收塔(5)的顶部相连。
7.根据权利要求1所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述膜再生器(8)的气体出口通过真空泵(11)与冷凝器(9)相连，所述再生塔(7)的气体出口与冷凝器(9)相连。
8.根据权利要求7所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述膜再生器(8)和再生塔(7)中释放出二氧化碳的再生贫液通过贫富液换热器(6)与吸收塔(5)顶部相连。
9.根据权利要求1所述的一种燃烧后尾气碳捕捉的装置，其特征在于，所述膜吸收器(4)与膜再生器(8)采用多层复合膜，所述复合膜的结构由下至上依次包括基材(101)、PVDF层(102)、亲水层(103)、纳米选择透过CO2层(104)、保护层(105)。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的燃烧后尾气碳捕捉的装置的应用，其特征在于，用于钢厂、电厂、水泥厂烟气中的CO2捕捉。
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