[发明专利]一种氨水吸收式制冷联合碳捕集装置

说明书

技术领域

本发明涉及吸收式制冷与温室气体减排领域，具体涉及一种氨水吸收式制冷联合碳捕集装置。

背景技术

近年来，温室气体过量排放所引起的气候变化已成为困扰人类生存与发展的全球性环境问题，给社会和经济发展带来了严重的负面影响，“削减CO₂排放”已成为世界各国高度关注的议题。中国作为世界最大的煤炭开采和消费国，在发展经济的主旋律下，面临着严峻的碳减排形势。

CO₂捕集与封存(CCS)是我国应对气候变化的重要战略选项，也是我国履约减排任务、应对未来挑战的重要技术选择之一。燃烧后化学吸收法(后简称为吸收法)作为一种最接近商业化的CO₂脱除技术，在捕集电厂烟道气CO₂方面，有着广阔的市场前景，其中以醇胺(MEA等)为吸收剂的吸收法在美国、欧洲等地已展开示范和小型应用，其优点是对CO₂酸性气体吸收速度快、脱除效果好、化学稳定性好，但同时存在吸收剂再生能耗高(捕集1吨CO₂大约热耗3.5-7GJ)、易发生热降解以及氧化降解、腐蚀性强、捕集过程附加的水耗高、操作费用大等诸多问题，已成为制约其推广应用的主要瓶颈。相比醇胺吸收剂，以氨水溶液为吸收剂的氨法碳捕集具备良好的CO₂吸收效率和较低的再生能耗，氨水的CO₂负载能力约是MEA溶液的3倍，且不存在设备腐蚀、氧化降解等问题。因此，近年来成为国内外“低能耗碳捕集技术”的一个重要研究方向。

然而氨法碳捕集推广应用过程中氨的逃逸问题严重地限制了氨法的应用，逃逸的氨不仅会造成氨水吸收剂浓度下降，影响CO₂的后续捕集效率，同时逃逸到大气中的氨也会造成严重的二次污染。

为了降低氨逃逸，Alstom公司开发了冷冻氨法碳捕集工艺，将吸收过程的温度控制在2-10℃以内，可以有效降低吸收过程氨的逃逸，但这种工艺需要单独配置制冷系统，增加了系统的能耗和投资成本，此外，此工艺仍解决不了解吸过程逃逸的氨。

氨水吸收式制冷具有结构简单、安全可靠、安装方便，可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能的优势，因此在石油化工、食品和船舶等领域已有大量的应用。但氨水吸收式制冷也存在部件多、管道连接复杂、系统笨重的缺陷。

将氨水吸收式制冷与氨水吸收式碳捕集结合，利用发生器实现二氧化碳的解吸和氨的挥发，通过冷凝方式进行二氧化碳和氨的气液分离，可以在一套发生器装置的情况下实现对CO₂的分离和制冷的循环，简化了工艺，降低了建造成本。

发明内容

针对目前氨法碳捕集系统所带来的氨逃逸问题以及简化吸收式制冷工艺，本发明提出一种氨吸收式制冷联合碳捕集装置，将解吸CO₂气流中的氨气通过冷凝进行气液分离，并进行制冷，实现了CO₂解吸过程与氨水吸收式制冷发生过程的集成，简化捕集工艺，降低系统建设的投资成本，同时实现了解吸气氨的回收利用。

该氨水吸收式制冷联合碳捕集装置主要由氨水吸收器、二氧化碳吸收塔、发生器、冷凝器、气液分离器、蒸发器、溶液热交换器、节流阀、贫液泵、富液泵以及相关阀门组成。

本发明采用如下的技术方案：所述氨水吸收器出口通过所述贫液泵与所述二氧化碳吸收塔上部喷淋入口相连，所述烟气从所述二氧化碳吸收塔下部烟气管道通入，与上部喷淋的吸收液进行逆流接触进行二氧化碳脱除，脱除二氧化碳的乏气从所述二氧化碳吸收塔塔顶乏气管道排出，而所述二氧化碳吸收塔底部富液出口则通过所述富液泵与所述溶液热交换器冷端入口连接，所述溶液热交换器冷端出口与所述发生器连接，所述发生器气体出口与所述冷凝器连接，而液体出口则连接至所述溶液热交换器热端入口，所述溶液热交换器热端出口通过所述溶液节流阀通入所述氨水发生器；所述冷凝器出口与所述气液分离器入口相连；所述气液分离器气体出口为分离的二氧化碳，通过二氧化碳管道排出或通入后续装置，而液体出口则通过所述节流阀与所述蒸发器相连；所述蒸发器出口则与所述氨水吸收器入口相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)将吸收式制冷与碳捕集集成，可以简化制冷与捕集流程，降低制冷系统和捕集系统的相对庞大、复杂的设备所带来的成本升高。

(2)此装置可以利用浓度更高的氨水进行碳捕集，克服了传统氨法捕集为限制氨挥发而控制氨水浓度的障碍。