一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺，属于脱碳与二氧化碳减排领域。工艺中联合物理吸收与化学吸收两种方法，高压吸收-中压解吸，旨在应对高效率低能耗脱碳技术问题。该工艺是：含碳气流进入物理捕集工艺脱硫后，先经物理吸收塔及附属工艺脱除大部分二氧化碳；再进入化学捕集工艺脱除剩余二氧化碳。含硫富液经脱硫再生、含碳物理吸收剂富液经多级闪蒸再生后，分别返回物理吸收塔。化学吸收剂富液经热解吸再生返回化学吸收塔。闪蒸罐与解吸塔排出的二氧化碳经多级压缩至埋存条件。工艺系统中，使用换热器回收热，并使用膨胀机回收功。本发明专利技术碳捕集率高、能耗低，适宜大规模高压富二氧化碳气流的碳捕集与压缩处理。

【技术实现步骤摘要】
一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺
本专利技术属于脱碳与二氧化碳减排
，适用于工业流程的中高压富二氧化碳气流的脱碳处理、或二氧化碳捕集以及为达到封存条件的二氧化碳压缩处理，具体涉及一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺。
技术介绍
我国以煤为主的能源结构还将持续很长一段时间，经济快速发展导致大量二氧化碳(CO2)排放。实现可持续经济发展，亟需推进CO2捕集与封存技术的开发与应用。碳捕集方式主要有三种：燃烧前碳捕集、富氧燃烧和燃烧后碳捕集。从技术投资、碳捕集能耗和效率等方面来说，燃烧前碳捕集是较优的选择，尤其适合洁净煤利用技术，例如整体煤气化联合循环(IGCC)电厂。其特点是含CO2气流的压力和CO2浓度都很高，容易实施碳捕集。这种高压富CO2气流，也常见于化工生产，例如合成氨与合成甲醇。吸收法是目前最成熟，且广泛应用的大规模CO2分离技术。根据吸收原理和吸收剂的不同，吸收法可分为物理吸收法、化学吸收法。物理吸收剂对CO2压力较敏感，适合高压高浓度CO2气流的吸收分离，而化学吸收剂则适合低压低浓度CO2气流的吸收分离。当前基于物理吸收开发的主流技术有Rectisol工艺(吸收剂为甲醇)、Purisol工艺(吸收剂为N-甲基吡咯烷酮，NMP)、Fluor工艺(吸收剂为碳酸丙烯酯，PC)和Selexol工艺(吸收剂为聚乙二醇二甲醚，DEPG)。化学吸收主要为醇胺法，常用吸收剂有单乙醇胺(MEA)、2-胺基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、二乙醇胺(DEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)等；氨法吸收也有使用。对于高压富CO2气流的碳捕集，当前主要使用物理吸收法。尽管高压下CO2在物理吸收剂中溶解度较高，但需要比较低的吸收温度，且脱碳率要求较高时需要大量的吸收剂。CO2的解吸由减压闪蒸实现，闪蒸后CO2压力往往为常压甚至更低，造成了CO2压力的损失，而在捕集之后，CO2需经多级压缩提高压力才能达到封存条件。因此过度减压意味着压缩能耗的大幅提升。这是当前的应用和研究中很少考虑到的盲点，因为CO2封存还没有被广泛关注。化学吸收法常用于烟道气中的碳捕集且脱碳率高，但热解吸的再生能耗大。诸多研究者致力于传统流程的改进，专利CN103961979A提出了一种多级分流再生的化学法CO2捕集工艺，富液分为多股，回收贫液热能后进入解吸塔的不同位置，一定程度上提高了再生度、降低了再沸器负荷。专利CN103463955A基于传统CO2捕集工艺流程，整合分流解吸与热泵精馏工艺，有效利用解吸塔顶蒸汽潜热。专利CN103566712A则利用再生塔顶气余热驱动透平机发电的方式，降低再沸器的能耗。这些改进措施均能在一定程度上降低碳捕集的能耗，但由于化学吸收法本来的整体能耗就高，当CO2处理量特别大时，再生能耗所需更大，因而改进后的工艺也并不能满足处理大规模高压富CO2气流的需要。因此，本专利技术结合物理吸收法和化学吸收法各自的特点，将二者联合在同一碳捕集与压缩处理工艺，发挥其优点，回避其缺点，借助热能和功的回收，实现低能耗处理大规模高压富CO2气流的效果。通过检索，尚未发现与本专利技术专利申请相同的公开专利或其他相关文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺，该工艺联合了传统的物理吸收法和化学吸收法CO2捕集工艺，主要采取高压吸收-中压解吸的策略，将高压富CO2气流的碳捕集分为两个阶段：起始的高压高浓度CO2的物理吸收和后续的中压低浓度CO2的化学吸收，分别对应物理捕集工艺和化学捕集工艺。通过工艺联合，并回收热能和功，降低CO2捕集和压缩的能耗，获得达到封存条件的CO2(通常为11MPa至15MPa的液态CO2)。本专利技术工艺碳捕集率高、能耗低，适宜大规模高压富二氧化碳气流的碳捕集与压缩处理。为实现上述目的，本专利技术采用的技术解决方案是：一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理装置，其特征在于，包括脱硫装置、物理捕集装置、化学捕集装置和二氧化碳压缩冷却装置；所述脱硫装置包括脱硫塔(1)、第一冷却器(10)、第一溶液泵(9)、第一循环气压缩机(4)、加热器(2)、第一闪蒸罐(3)和硫化氢分离器(5)，所述脱硫塔(1)的塔顶进口连接第一冷却器(10)的出口，第一冷却器(10)的进口连接第一溶液泵(9)的出口，脱硫塔(1)的塔顶出口连接物理吸收塔(7)的塔底进口，脱硫塔(1)的塔底进口连接第一循环气压缩机(4)的出口，脱硫塔(1)的塔底出口连接加热器(2)的进口，加热器(2)的出口连接第一闪蒸罐(3)的进口，第一闪蒸罐(3)的顶部出口连接第一循环气压缩机(4)的进口，第一闪蒸罐(3)的底部出口连接硫化氢分离器(5)的进口，硫化氢分离器(5)的底部出口连接第一换热器(6)的进口；所述物理捕集装置包括物理吸收塔(7)、第一换热器(6)、分流器(8)、第一膨胀机(11)、第二闪蒸罐(12)、第二膨胀机(16)、第三闪蒸罐(17)、第二溶液泵(18)和第二冷却器(19)，所述物理吸收塔(7)的塔顶出口连接第一换热器(6)的进口，物理吸收塔(7)的塔底出口连接分流器(8)的进口，分流器(8)的出口分为两路，一路连接第一溶液泵(9)的进口，另一路连接第一膨胀机(11)的进口，第一膨胀机(11)的出口连接第二闪蒸罐(12)的进口，第二闪蒸罐(12)的顶部出口管路设置至少一个循环气压缩机和至少一个冷却器与物理吸收塔(7)的塔底进口连接，第二闪蒸罐(12)的底部出口连接第二膨胀机(16)的进口，第二膨胀机(16)的出口连接第三闪蒸罐(17)的进口，第三闪蒸罐(17)的底部出口连接第二溶液泵(18)的进口，第二溶液泵(18)的出口连接第二冷却器(19)的进口，第二冷却器(19)的出口连接物理吸收塔(7)的塔顶进口，第一换热器(6)的热物流出口连接物理吸收塔(7)的中部进口；所述化学捕集装置包括化学吸收塔(24)、第二换热器(25)、解吸塔(26)、第四闪蒸罐(27)、第三溶液泵(28)、第四冷却器(29)、其他至少一个换热器和至少一个膨胀机，第一换热器(6)的冷物流出口连接至少一个换热器和至少一个膨胀机(先换热器，后膨胀机，交替放置)再与化学吸收塔(24)的塔底进口管路连接，化学吸收塔(24)的塔底出口连接第二换热器(25)的进口，第二换热器(25)的冷物流出口连接解吸塔(26)的塔顶进口，解吸塔(26)的塔顶出口连接第四闪蒸罐(27)的进口，解吸塔(26)的塔底出口连接第三溶液泵(28)的进口，第三溶液泵(28)的出口连接第二换热器(25)的进口，第二换热器(25)的热物流出口管路连接至少一个换热器再与第四冷却器(29)的进口连接，第四冷却器(29)的出口连接化学吸收塔(24)的塔顶进口；所述二氧化碳压缩冷却装置包括至少四个压缩机和至少四个冷却器，第四闪蒸罐(27)的顶部出口连接至少一个压缩机和至少一个冷却器(先压缩机，后冷却器，交替放置)再与第三闪蒸罐(17)的顶部出口合并，合并后的管路连接至少三个压缩机和三个冷却器(先压缩机，后冷却器，交替放置)。一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺，系统由物理捕集工艺、化学捕集工艺和压缩冷却工艺联合构成，联合方式为：1)物理捕集，脱硫。预处理后的含二氧化碳气流首先进入物理捕集工艺，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理装置，其特征在于，包括脱硫装置、物理捕集装置、化学捕集装置和二氧化碳压缩冷却装置；所述脱硫装置包括脱硫塔(1)、第一冷却器(10)、第一溶液泵(9)、第一循环气压缩机(4)、加热器(2)、第一闪蒸罐(3)和硫化氢分离器(5)，所述脱硫塔(1)的塔顶进口连接第一冷却器(10)的出口，第一冷却器(10)的进口连接第一溶液泵(9)的出口，脱硫塔(1)的塔顶出口连接物理吸收塔(7)的塔底进口，脱硫塔(1)的塔底进口连接第一循环气压缩机(4)的出口，脱硫塔(1)的塔底出口连接加热器(2)的进口，加热器(2)的出口连接第一闪蒸罐(3)的进口，第一闪蒸罐(3)的顶部出口连接第一循环气压缩机(4)的进口，第一闪蒸罐(3)的底部出口连接硫化氢分离器(5)的进口，硫化氢分离器(5)的底部出口连接第一换热器(6)的进口；所述物理捕集装置包括物理吸收塔(7)、第一换热器(6)、分流器(8)、第一膨胀机(11)、第二闪蒸罐(12)、第二膨胀机(16)、第三闪蒸罐(17)、第二溶液泵(18)和第二冷却器(19)，所述物理吸收塔(7)的塔顶出口连接第一换热器(6)的进口，物理吸收塔(7)的塔底出口连接分流器(8)的进口，分流器(8)的出口分为两路，一路连接第一溶液泵(9)的进口，另一路连接第一膨胀机(11)的进口，第一膨胀机(11)的出口连接第二闪蒸罐(12)的进口，第二闪蒸罐(12)的顶部出口管路设置至少一个循环气压缩机和至少一个冷却器与物理吸收塔(7)的塔底进口连接，第二闪蒸罐(12)的底部出口连接第二膨胀机(16)的进口，第二膨胀机(16)的出口连接第三闪蒸罐(17)的进口，第三闪蒸罐(17)的底部出口连接第二溶液泵(18)的进口，第二溶液泵(18)的出口连接第二冷却器(19)的进口，第二冷却器(19)的出口连接物理吸收塔(7)的塔顶进口，第一换热器(6)的热物流出口连接物理吸收塔(7)的中部进口；所述化学捕集装置包括化学吸收塔(24)、第二换热器(25)、解吸塔(26)、第四闪蒸罐(27)、第三溶液泵(28)、第四冷却器(29)、其他至少一个换热器和至少一个膨胀机，第一换热器(6)的冷物流出口连接至少一个换热器和至少一个膨胀机，换热器膨胀机交替放置；再与化学吸收塔(24)的塔底进口管路连接，化学吸收塔(24)的塔底出口连接第二换热器(25)的进口，第二换热器(25)的冷物流出口连接解吸塔(26)的塔顶进口，解吸塔(26)的塔顶出口连接第四闪蒸罐(27)的进口，解吸塔(26)的塔底出口连接第三溶液泵(28)的进口，第三溶液泵(28)的出口连接第二换热器(25)的进口，第二换热器(25)的热物流出口管路连接至少一个换热器，再与第四冷却器(29)的进口连接，第四冷却器(29)的出口连接化学吸收塔(24)的塔顶进口；所述二氧化碳压缩冷却装置包括至少四个压缩机和至少四个冷却器，第四闪蒸罐(27)的顶部出口连接至少一个压缩机和至少一个冷却器再与第三闪蒸罐(17)的顶部出口合并，合并后的管路连接至少三个压缩机和三个冷却器，压缩机冷却器交替放置。...

【技术特征摘要】
1.一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理装置，其特征在于，包括脱硫装置、物理捕集装置、化学捕集装置和二氧化碳压缩冷却装置；所述脱硫装置包括脱硫塔(1)、第一冷却器(10)、第一溶液泵(9)、第一循环气压缩机(4)、加热器(2)、第一闪蒸罐(3)和硫化氢分离器(5)，所述脱硫塔(1)的塔顶进口连接第一冷却器(10)的出口，第一冷却器(10)的进口连接第一溶液泵(9)的出口，脱硫塔(1)的塔顶出口连接物理吸收塔(7)的塔底进口，脱硫塔(1)的塔底进口连接第一循环气压缩机(4)的出口，脱硫塔(1)的塔底出口连接加热器(2)的进口，加热器(2)的出口连接第一闪蒸罐(3)的进口，第一闪蒸罐(3)的顶部出口连接第一循环气压缩机(4)的进口，第一闪蒸罐(3)的底部出口连接硫化氢分离器(5)的进口，硫化氢分离器(5)的底部出口连接第一换热器(6)的进口；所述物理捕集装置包括物理吸收塔(7)、第一换热器(6)、分流器(8)、第一膨胀机(11)、第二闪蒸罐(12)、第二膨胀机(16)、第三闪蒸罐(17)、第二溶液泵(18)和第二冷却器(19)，所述物理吸收塔(7)的塔顶出口连接第一换热器(6)的进口，物理吸收塔(7)的塔底出口连接分流器(8)的进口，分流器(8)的出口分为两路，一路连接第一溶液泵(9)的进口，另一路连接第一膨胀机(11)的进口，第一膨胀机(11)的出口连接第二闪蒸罐(12)的进口，第二闪蒸罐(12)的顶部出口管路设置至少一个循环气压缩机和至少一个冷却器与物理吸收塔(7)的塔底进口连接，第二闪蒸罐(12)的底部出口连接第二膨胀机(16)的进口，第二膨胀机(16)的出口连接第三闪蒸罐(17)的进口，第三闪蒸罐(17)的底部出口连接第二溶液泵(18)的进口，第二溶液泵(18)的出口连接第二冷却器(19)的进口，第二冷却器(19)的出口连接物理吸收塔(7)的塔顶进口，第一换热器(6)的热物流出口连接物理吸收塔(7)的中部进口；所述化学捕集装置包括化学吸收塔(24)、第二换热器(25)、解吸塔(26)、第四闪蒸罐(27)、第三溶液泵(28)、第四冷却器(29)、其他至少一个换热器和至少一个膨胀机，第一换热器(6)的冷物流出口连接至少一个换热器和至少一个膨胀机，换热器膨胀机交替放置；再与化学吸收塔(24)的塔底进口管路连接，化学吸收塔(24)的塔底出口连接第二换热器(25)的进口，第二换热器(25)的冷物流出口连接解吸塔(26)的塔顶进口，解吸塔(26)的塔顶出口连接第四闪蒸罐(27)的进口，解吸塔(26)的塔底出口连接第三溶液泵(28)的进口，第三溶液泵(28)的出口连接第二换热器(25)的进口，第二换热器(25)的热物流出口管路连接至少一个换热器，再与第四冷却器(29)的进口连接，第四冷却器(29)的出口连接化学吸收塔(24)的塔顶进口；所述二氧化碳压缩冷却装置包括至少四个压缩机和至少四个冷却器，第四闪蒸罐(27)的顶部出口连接至少一个压缩机和至少一个冷却器再与第三闪蒸罐(17)的顶部出口合并，合并后的管路连接至少三个压缩机和三个冷却器，压缩机冷却器交替放置。2.应用如权利要求1所述装置的一种联合吸收的二氧化碳捕集与压缩处理工艺，其特征在于，所述的工艺由物理捕集工艺、化学捕集工艺和压缩处理工艺联合构成，联合方式为：1)预处理后的含二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丹星，黄维佳，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11