[发明专利]一种富液自驱动萃取分相和撕裂再生的CO2捕集系统

说明书

技术领域

本发明属于工艺气体净化、二氧化碳减排等技术领域，具体涉及一种富液自驱动萃取分相和撕裂再生的CO₂捕集系统。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是导致全球气候变暖的主要温室气体，CO₂的捕集、利用及封存已成为国际社会关注的热点课题之一。我国燃煤发电CO₂排放量约占工业总排放量的50％，燃煤电厂烟气中CO₂的捕集分离是温室气体减排的重要领域。此外，炼钢、水泥、化工(如合成氨、制氢、天然气净化)等工业领域也存在大量CO₂捕集或分离过程。捕集或分离CO₂的方法主要有吸收法、吸附法、膜分离、低温分离等，其中吸收法是目前最为成熟和有望实现大规模商业化应用的CO₂捕集分离技术。

传统的CO₂吸收法捕集分离技术在应用过程中的能耗和运行成本较高。吸收CO₂后的富液全部进入再生塔解吸，且富液中水的比例较高(一般70％以上)，这不仅增加了再生时的富液量，而且水大量挥发也导致额外的能耗，从而使得系统整体能耗增大。吸收剂再生所消耗的蒸汽热能在整个系统能耗中占到了绝大比重。因此，降低再生富液量，减少富液的水含量，将可以有效的降低CO₂再生能耗和捕集成本。

基于碳酸钾溶液的稠浆型CO₂捕集工艺，是利用碳酸钾和碳酸氢钾在水中的溶解度差异，采用强制冷却或蒸发的方式使得富液过饱和而析出碳酸氢钾结晶，之后加热解吸碳酸氢钾晶浆液。该工艺中，吸收的CO₂以碳酸氢钾结晶的形式析出，晶浆解吸大幅降低了再生时水的参与度和再生能耗。但该工艺需要强制冷却或者蒸发结晶，也额外增加了一部分公用工程量，而且结晶颗粒也可能导致管道堵塞等一些工程问题。

为进一步降低公用工程量，我们研究开发了一种吸收CO₂后富液能够自动萃取分层为液-液两相的CO₂吸收剂，其中CO₂在富相的再分配率达98％以上，贫相几乎不含CO₂。富液分相浓缩过程无需冷却或升温蒸发，并且不会出现固体结晶物，降低了工艺操作难度。浓缩后的CO₂富相进入再生塔进行解吸，减少了再生时的富液量，达到节能降耗的目的，而且工艺过程也易于实现吸收剂的在线纯化处理。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种富液自驱动萃取分相和撕裂再生的CO₂捕集系统，该系统可以实现富液自动萃取分层为液-液两相和CO₂富相的单独再生，减少了进入再生塔的总液量，达到节能降耗的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种富液自驱动萃取分相和撕裂再生的CO₂捕集系统，包括吸收塔1，吸收塔1由底部的吸收段1-1、中部的洗涤段1-2和顶部的除沫段1-3组成，吸收塔1的底部CO₂富液出口通过富液泵2与分相澄清器3的料液入口相连；分相澄清器3由料液导流管3-1、分相澄清室3-2、轻相收集室3-3和重相收集室3-4组成；轻相收集室3-3的出口分两路，一路直接与混合罐4的入口相连，另一路通过阀门5、溶液净化器6与混合罐4的入口相连；重相收集室3-4的出口通过富相泵7、贫富换热器8与再生塔9的入口相连；再生塔9底部的贫液出口通过贫液泵10、贫富换热器8与混合罐4的入口相连；混合罐4的底部溶液出口通过吸收液泵11与吸收段1-1上端的吸收液入口相连；再生塔9顶部的CO₂再生气出口通过冷却器12与气液分离罐13的入口相连；与再生塔9配套的再沸器14设置在装置底部或内部。

所述的分相澄清器3由料液导流管3-1、分相澄清室3-2、轻相收集室3-3和重相收集室3-4组成，料液导流管3-1设置于分相澄清器3的一侧上方，轻相收集室3-3和重相收集室3-4的入口设置于整个分相澄清器3的中上部，并分别通过轻相堰、重相堰与分相澄清室3-2隔开。