一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)與方法
【專利摘要】一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，包括再生塔、再沸器、超聲波發(fā)生器面板、超聲波控制器、壓力傳感器、液位傳感器和溫度傳感器，來自吸收塔的富液自再生塔頂部進(jìn)入流向底部，在下部進(jìn)入再沸器吸收熱量后返回再生塔，溶液浸沒超聲波發(fā)生器面板，根據(jù)液位傳感器檢測到的液位信息，啟動超聲波發(fā)生器面板位于液位以下的振子工作，通過超聲波空化作用促進(jìn)二氧化碳從液相中的逸出，升至再生塔上部，形成壓力，根據(jù)壓力傳感器和溫度傳感器所檢測的壓力與溫度值，超聲波控制器調(diào)制超聲波發(fā)生器面板上振子的輸出頻率和功率，本發(fā)明可加速溶液中二氧化塔的逸出，降低解吸溫度，減少外部蒸汽消耗，提高二氧化碳的解吸率和溶液的再生度，減少單位二氧化碳的能耗。
【專利說明】一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣二氧化碳捕集【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于工業(yè)生產(chǎn)而帶來的溫室氣體大規(guī)模排放是造成極端天氣頻發(fā)的重要原因，因此減少以二氧化碳為代表的溫室氣體排放日益引起國際社會的普遍關(guān)注。電廠的化石燃料燃燒是工業(yè)二氧化碳排放的主要來源，在我國，來自于電廠排放的二氧化碳占總排放量的一半左右，相關(guān)研究表明在應(yīng)對氣候變化的各類減排技術(shù)組合方案中，基于電廠煙氣的二氧化碳捕集技術(shù)是必不可少的組成部分。
[0003]現(xiàn)有的二氧化碳捕集技術(shù)主要分為燃燒前、燃燒后、富氧燃燒和壓縮冷卻分離等方式，其中燃燒后捕集裝配、操作靈活度最大，對原有發(fā)電體系繼承性最好，而且技術(shù)發(fā)展也最為成熟，是目前的主流技術(shù)。以堿性有機(jī)醇胺吸收劑為基礎(chǔ)的化學(xué)吸收法是燃燒后捕集中應(yīng)用最廣的一種，利用化學(xué)吸收法脫碳的工藝最早應(yīng)用于天然氣凈化領(lǐng)域，然而在電廠煙氣碳捕集領(lǐng)域中應(yīng)用，由于煙氣中二氧化碳的分壓較低，成分復(fù)雜因此還存在能耗高，蒸汽消耗量大等問題。
[0004]以乙醇胺為代表的化學(xué)吸收法中，二氧化碳與醇胺溶液在吸收塔中反應(yīng)，從氣相中被分離出來隨富液離開吸收塔。在再生塔中富液受熱，二氧化碳與醇胺形成的化合物發(fā)生分解釋放二氧化碳并實現(xiàn)醇胺再生。再生過程中需要消耗大量的蒸汽，相關(guān)研究表明這部分消耗熱能占捕集(含壓縮)總能耗的60%以上。為了維持再生塔底吸收溶液的溫度，需要保持再生塔維持一定內(nèi)壓運(yùn)行，這樣會提高再生塔底氣相二氧化碳分壓，通常造成約40%的二氧化碳得不到釋放而隨貧液循環(huán)回吸收塔，不但降低了吸收液在吸收塔中的吸收負(fù)荷，而且由于貧液中含有二氧化碳還會降低在換熱器中熱交換的效率。
[0005]為了使吸收溶液解吸充分，通常需要提高再沸器的溫度，由于超過臨界溫度以后，二氧化碳的邊際產(chǎn)率隨溫度成反比，因此單位二氧化碳消耗的熱量會顯著提升。另一方面，過高溫度會導(dǎo)致醇胺吸收劑的加速降解，降解過程會產(chǎn)生氨氣、聚合物等副產(chǎn)物，甚至是強(qiáng)致癌性物質(zhì)亞硝胺，降解后的產(chǎn)物失去了捕集二氧化碳的能力，如果繼續(xù)在系統(tǒng)中循環(huán)，不但會增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，部分產(chǎn)物還會加重設(shè)備的腐蝕。高溫再生是吸收劑加速損耗的重要原因之一。有研究表明吸收溶液溫度提高15°C，降解速率提高近4倍。常規(guī)的以一乙醇胺為基礎(chǔ)的捕集系統(tǒng)中吸收劑的降解引發(fā)的成本在系統(tǒng)總成本的5%以上，在系統(tǒng)的運(yùn)彳丁成本中占10%以上，降解產(chǎn)生的副產(chǎn)物相關(guān)安全環(huán)保問題的處置也會增加技術(shù)應(yīng)用的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)與方法，該再生系統(tǒng)可在較低溫度下使二氧化碳由富液中分離出來，溫度范圍70?110°C，較常規(guī)再生設(shè)備工作溫度(I 10?130°C)有大幅降低，從而可以有效地降低吸收劑的降解；在相同溫度壓力的條件下，較常規(guī)技術(shù)可實現(xiàn)二氧化碳更快更徹底地分離，從而提高吸收溶液的再生度和循環(huán)效率，減少二氧化碳的能耗和成本。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，包括:
[0009]與吸收塔連接的再生塔I ;
[0010]與再生塔I底部一側(cè)連通形成回路的再沸器2 ；
[0011]設(shè)置于再生塔I底部的超聲波發(fā)生器面板3 ；
[0012]設(shè)置于再生塔I內(nèi)的壓力傳感器5、液位傳感器6和溫度傳感器7，所述液位傳感器6的輸出端連接超聲波發(fā)生器面板3 ；
[0013]以及連接所述壓力傳感器5和溫度傳感器7數(shù)據(jù)輸出端的超聲波控制器4，所述超聲波控制器4的控制端連接超聲波發(fā)生器面板3。
[0014]所述再生塔I為填料塔或噴淋塔，底部溫度70?110°C。
[0015]所述再沸器2為立式或臥式熱虹吸再沸器，由外部蒸汽提供熱源，冷端出口的溫度 70 ?IlOO。
[0016]所述超聲波發(fā)生器面板3內(nèi)部由多組位于不同高度的超聲波振子組成，振子輸出連續(xù)或脈沖超聲波，輸出的頻率和功率可調(diào)。
[0017]所述壓力傳感器5設(shè)置于再生塔I的上部，所述液位傳感器6和溫度傳感器7設(shè)置于再生塔I的下部。
[0018]本發(fā)明還提供了基于所述系統(tǒng)的二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生方法，來自吸收塔的富液自再生塔I頂部進(jìn)入流向底部，在再生塔I下部進(jìn)入再沸器2，在再沸器2中吸收熱量后返回再生塔1，溶液浸沒超聲波發(fā)生器面板3，根據(jù)液位傳感器6檢測到的液位信息，啟動超聲波發(fā)生器面板3位于液位以下的振子工作，通過超聲波空化作用促進(jìn)二氧化碳從液相中的逸出，升至再生塔I上部，形成壓力，根據(jù)壓力傳感器5和溫度傳感器7所檢測的壓力與溫度值，超聲波控制器4調(diào)制超聲波發(fā)生器面板3上振子的輸出頻率和功率，當(dāng)壓力、溫度值超過預(yù)設(shè)值且提升速度大于預(yù)設(shè)速度時，降低振子輸出能量，緩和再生反應(yīng)；當(dāng)調(diào)制頻率和功率范圍低于限值，由上至下依次關(guān)閉聲波發(fā)生器面板3上的振子。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]通過超聲波發(fā)生器面板將超聲波輸出到再生塔底部的溶液中，可以使溶液內(nèi)部產(chǎn)生高頻振動，在溶液內(nèi)部產(chǎn)生大量小氣泡，加速溶液中二氧化塔的逸出。小氣泡形成的原因之一是液體內(nèi)局部出現(xiàn)由于振動拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來溶于溶液中的二氧化碳過飽和，而從溶液逸出，成為小氣泡。利用這種超聲波的空化作用，可以在液體內(nèi)部形成有利于二氧化碳逸出的局部環(huán)境，在空化作用下，氣化泡會繼續(xù)聚集、生長并最終使吸收溶液中的二氧化碳快速逸出，可以降低解吸溫度，降低相同溫度下二氧化碳在溶液中的溶解度，從而減少外部蒸汽的消耗，提高二氧化碳的解吸率和溶液的再生度，減少單位二氧化碳的能耗。離開吸收塔的貧液中二氧化碳負(fù)荷降低，避免了后續(xù)換熱器換熱效率的損失。由于再生溫度的降低，還可以有效減少吸收劑的降解損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]圖2為圖1中部件3超聲波發(fā)生器面板結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，下述實施例不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)和變化都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0024]實施例1
[0025]如附圖1，再生塔I與吸收塔相連，吸收溶液在吸收塔中與二氧化碳反應(yīng)后形成富液離開吸收塔，由再生塔I頂部進(jìn)入再生塔I流向下部，溶液進(jìn)入和再生塔I 一側(cè)下部相連的立式或臥式熱虹吸再沸器2，再沸器2由外部蒸汽提供熱源，吸收溶液吸收熱量后返回再生塔I內(nèi)，維持再生塔I內(nèi)的溫度和壓力。
[0026]兩個超聲波發(fā)生器面板3平行等高立于再生塔I底部側(cè)壁兩側(cè)，如圖2所示，超聲波發(fā)生器面板3內(nèi)部由多組位于不同高度的超聲波振子組成，振子輸出連續(xù)或脈沖超聲波，輸出的頻率和功率可調(diào)。由再沸器2流入再生塔I中的溶液部分浸沒超聲波發(fā)生器面板3，根據(jù)液位傳感器6反饋的再生塔I底部的液位信息，超聲波發(fā)生器面板3位于液位以下的振子開啟工作，通過超聲波空化作用促進(jìn)二氧化碳從液相中的逸出。二氧化碳與水蒸氣、吸收劑蒸汽上升至再生塔I上部，形成一定壓力。超聲波控制器4根據(jù)壓力傳感器5和溫度傳感器7的反饋值，調(diào)制超聲波發(fā)生器面板3上振子的輸出頻率和功率，當(dāng)壓力、溫度值超過預(yù)設(shè)值且提升速度較快時，超聲波控制器4降低振子輸出能量，從而緩和再生塔I底部溶液內(nèi)的再生反應(yīng)，使其進(jìn)行得更為平穩(wěn)。當(dāng)調(diào)制頻率和功率范圍低于限值，超聲波控制器4將由上至下依次關(guān)閉聲波發(fā)生器面板3上的振子。經(jīng)過強(qiáng)化再生，二氧化碳已充分解吸的溶液從底部離開再生塔1，被送回吸收塔繼續(xù)進(jìn)行二氧化碳吸收反應(yīng)。
[0027]實施例2
[0028]再生塔I，再沸器2結(jié)構(gòu)與實例I 一致，超聲波發(fā)生器面板3平置于再生塔I底部，由底部向溶液輸出超聲波，由再沸器2流入再生塔I中的溶液完全浸沒超聲波發(fā)生器面板3，根據(jù)液位傳感器6反饋的再生塔底液位信息，液位達(dá)到一定數(shù)值以后，超聲波發(fā)生器面板3的振子開啟工作，根據(jù)液位變化，調(diào)整工作振子數(shù)量。超聲波控制器4根據(jù)壓力傳感器5和溫度傳感器7的反饋值，調(diào)制超聲波發(fā)生器面板3上振子的輸出頻率和功率，當(dāng)調(diào)制頻率和功率范圍低于限值，超聲波發(fā)生器上的振子依次停止工作。經(jīng)過強(qiáng)化再生，二氧化碳已充分解吸的溶液從底部離開再生塔1，被送回吸收塔繼續(xù)進(jìn)行二氧化碳吸收反應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，其特征在于，包括: 與吸收塔連接的再生塔(I); 與再生塔(I)底部一側(cè)連通形成回路的再沸器(2)； 設(shè)置于再生塔(I)底部的超聲波發(fā)生器面板(3)； 設(shè)置于再生塔(I)內(nèi)的壓力傳感器(5)、液位傳感器(6)和溫度傳感器(7)，所述液位傳感器(6)的輸出端連接超聲波發(fā)生器面板(3)； 以及連接所述壓力傳感器(5)和溫度傳感器(7)數(shù)據(jù)輸出端的超聲波控制器(4)，所述超聲波控制器(4 )的控制端連接超聲波發(fā)生器面板(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，其特征在于，所述再生塔Cl)為填料塔或噴淋塔，底部溫度70?110°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，其特征在于，所述再沸器(2)為立式或臥式熱虹吸再沸器，由外部蒸汽提供熱源，冷端出口的溫度70?110°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器面板(3)內(nèi)部由多組位于不同高度的超聲波振子組成，振子輸出連續(xù)或脈沖超聲波，輸出的頻率和功率可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器(5)設(shè)置于再生塔(I)的上部，所述液位傳感器(6)和溫度傳感器(7)設(shè)置于再生塔(I)的下部。
6.基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的二氧化碳捕集溶液強(qiáng)化再生方法，其特征在于，來自吸收塔的富液自再生塔(I)頂部進(jìn)入流向底部，在再生塔(I)下部進(jìn)入再沸器(2)，在再沸器(2)中吸收熱量后返回再生塔(1)，溶液浸沒超聲波發(fā)生器面板(3)，根據(jù)液位傳感器(6)檢測到的液位信息，啟動超聲波發(fā)生器面板(3)位于液位以下的振子工作，通過超聲波空化作用促進(jìn)二氧化碳從液相中的逸出，升至再生塔(I)上部，形成壓力，根據(jù)壓力傳感器(5)和溫度傳感器(7 )所檢測的壓力與溫度值，超聲波控制器(4 )調(diào)制超聲波發(fā)生器面板(3 )上振子的輸出頻率和功率，當(dāng)壓力、溫度值超過預(yù)設(shè)值且提升速度大于預(yù)設(shè)速度時，降低振子輸出能量，緩和再生反應(yīng)；當(dāng)調(diào)制頻率和功率范圍低于限值，由上至下依次關(guān)閉聲波發(fā)生器面板(3)上的振子。
【文檔編號】C01B31/20GK103638780SQ201310607156
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】王金意, 許世森, 郜時旺, 郭東方, 劉練波, 牛紅偉, 王曉龍 申請人:中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司