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二氧化碳捕集試驗評價測試裝置制造方法
【專利摘要】一種二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，包括二氧化碳鋼瓶、二氧化碳緩沖罐、空氣壓縮機、吸收器、、熱泵系統(tǒng)、加熱器、再生器、氣液分離器和貧富液樣采集處理系統(tǒng)，將其有機地連接一起，將傳統(tǒng)吸收解吸工藝與吸收式熱泵系統(tǒng)、蒸汽再壓縮熱量回收系統(tǒng)有機結(jié)合，加熱器采用雙加熱方式。吸收器及再生器底部分別設(shè)置有貧富液樣采集處理系統(tǒng)，能進行藥劑組分分析與氧化降解測量；于吸收器氣液分離器尾氣出口設(shè)置有氣體采集處理系統(tǒng)，能快速進行氣體組分分析。將再生器氣液分離器產(chǎn)生的再生氣由空氣壓縮機加壓后返回至吸收器，實現(xiàn)了尾氣的循環(huán)利用，避免了二氧化碳排放與資源浪費。是一種節(jié)能高效，便于進行藥劑評價、工藝優(yōu)化測試的實驗裝置。
【專利說明】二氧化碳捕集試驗評價測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及二氧化碳捕集純化處理領(lǐng)域，特別涉及燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集試驗評價測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳是全球變暖，產(chǎn)生極端氣候災(zāi)害的主要原因之一。近年來二氧化的碳捕集純化成為熱點研究課題。燃煤電廠是中國主要的電力與熱量供應(yīng)源，也是最大的二氧化碳排放源。將捕集、純化后的二氧化碳用以驅(qū)油并將其封存在廢棄油層中，具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
[0003]現(xiàn)有的二氧化碳捕集純化工藝主要依靠乙醇胺作為吸收劑，經(jīng)過吸收與解吸兩個過程，得到高濃度的二氧化碳。這兩個過程伴隨著多次冷卻和吸熱，能量利用率低?；瘜W(xué)吸收解吸過程的能耗是由于再沸器中利用低壓蒸汽對富液進行加熱，使得二氧化碳從溶液中解吸出來，這樣的加熱模式使得蒸汽的熱能利用不夠充分，整體能量利用率較低，所以尋求其他高效率的加熱工藝模式尤為重要。同時，用于二氧化碳捕集的吸收劑在運行過程中的性能測試特別是其穩(wěn)定性、腐蝕性與降解率考察也是二氧化碳捕集吸收工藝進行放大的重要研究內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供了一種二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，該裝置將傳統(tǒng)吸收解吸工藝與吸收式熱泵系統(tǒng)、蒸汽再壓縮熱量回收系統(tǒng)有機結(jié)合起來，該裝置的加熱器采用雙加熱方式，能夠靈活有效地降低二氧化碳捕集純化系統(tǒng)的能耗。該裝置可用于藥劑性能評價與工藝優(yōu)化測試，開展藥劑穩(wěn)定性測試、腐蝕性測試、降解測試與捕集系統(tǒng)工藝優(yōu)化測試實驗。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型包括二氧化碳鋼瓶、二氧化碳緩沖罐、補水槽、配液槽、空氣壓縮機、吸收器、貧液冷卻器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)、加熱器、再生器、閃蒸器、蒸汽壓縮機、氣液分離器和貧富液樣采集處理系統(tǒng)，其特征在于二氧化碳鋼瓶與二氧化碳緩沖灌進口相連，二氧化碳緩沖罐出口與第一空氣壓縮機出口并連后通過氣體流量調(diào)節(jié)閥與吸收器底部進口相連接，吸收器脫出二氧化碳后的頂部氣體出口與第一氣液分離器進口相連，第一氣液分離器上部廢氣出口與尾氣開關(guān)閥相連，下部貧液出口與吸收器上部貧液進口相連，吸收器底部富液出口與富液泵進口和富液取樣閥分別相連，富液泵出口逐序與貧富液換熱器和熱泵系統(tǒng)的熱泵進口相連，熱泵出口與再生器上頂部富液進口和加熱器中部富液進分別相連，加熱器頂部含富液蒸汽的出口與再生器中下部的含富液蒸進口相連，加熱器含富液蒸汽的中部出口分別與再生器的下部填料下端進口相連、下填料上端進口和上部上填料上端進口相連，再生器中下部貧液出口與加熱器的下部貧液進口相連，再生器頂部二氧化碳出口與水冷器進口相連，水冷器出口與第二氣液分離器上部進口相連，第二氣液分離器上部純二氧化碳出口逐序與尾氣取樣閥、第三氣液分離器、第二空氣壓縮機和二氧化碳緩沖罐出口相連，再生器底部貧液出口分別與閃蒸器貧液進口和貧液取樣閥相連，閃蒸器上部蒸汽出口通過變頻控制器和蒸汽壓縮機與再生器下部蒸汽進口相連，閃蒸器底部貧液出口逐序通過貧富液換熱器、貧液泵、熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)室、貧液冷卻器與吸收器的上部貧液進口相連；補水儲槽和配液儲槽出口并連后通過補液泵與再生器底上部吸收液進口相連。
[0007]吸收器、再生器、加熱器和氣液分離器設(shè)為立式圓柱形，吸收器和再生器各自上下封頭與各自圓柱體之間采用法蘭連接。
[0008]在吸收器的上部和下部安裝有腐蝕探針，在線檢測貧液和富液對吸收器的腐蝕程度。
[0009]吸收器底部富液取樣閥和再生器底部貧液取樣閥各自與有貧富液樣采集處理系統(tǒng)相連，采用氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀分析富液和貧液組分。
[0010]第一氣液分離器尾氣開關(guān)閥與氣體采集處理系統(tǒng)相連接，在線分析尾氣組分。
[0011]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0012]1、該裝置設(shè)有再生氣循環(huán)利用系統(tǒng)，將第二氣液分離器產(chǎn)生的再生二氧化碳?xì)怏w經(jīng)第三氣液分離器除水、干燥后由空氣壓縮機加壓返回至吸收器，實現(xiàn)了尾氣的循環(huán)利用，避免了 CO2排放與資源浪費。
[0013]2、將吸收了二氧化碳的富液于再生之前進行升溫，提高解吸效果，吸收器底部產(chǎn)生的富液在進入再生器之前，依次通過貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)和加熱器進行加熱。本發(fā)明為降低貧液的吸收溫度，提高貧液吸收能力，將再生器底再生出的貧液依次經(jīng)過閃蒸器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)及貧液冷卻器進行冷卻。
[0014]3、運用吸收式熱泵系統(tǒng)，有效利用貧液余熱對富液進行加熱，有效利用貧液余熱對富液進行加熱，實現(xiàn)貧液溫度的降低及富液溫度的升高，降低了富液再生所需熱量與系統(tǒng)能耗。
[0015]4、采用雙加熱方式，經(jīng)熱泵加熱后的富液進入再生塔，經(jīng)塔底部進入電熱器(煮沸器)進行再生；或者直接進入加熱器進行加熱。
[0016]5、再生器底部的高溫貧液引入閃蒸器，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽進入蒸汽壓縮機進行壓縮升溫后，返回再生器底部，實現(xiàn)了蒸汽熱量回收，降低了系統(tǒng)能耗。該裝置采用變頻控制系統(tǒng)用于流體流量及設(shè)備壓力控制，第三氣液分離器設(shè)置有氣體流量與分離器壓力變頻控制系統(tǒng)，閃蒸器與蒸汽壓縮機之間設(shè)有變頻控制器以實現(xiàn)閃蒸器內(nèi)壓力與進入蒸汽壓縮機蒸汽流量的聯(lián)動控制。
[0017]6、該工藝適用的壓力范圍為0.Ι-lMPa，可獲得CO2的純度達(dá)到99.9%以上，CO2捕集率達(dá)到90%，系統(tǒng)能耗較傳統(tǒng)MEA體系降低約30-50%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0019]附圖1標(biāo)記說明:1 一二氧化碳鋼瓶、2 —二氧化碳緩沖罐、3—第一空氣壓縮機1、4一尾氣開關(guān)閥1、5 —第一氣液分尚器、6 —填料吸收器、7 —氣體進口流量調(diào)節(jié)閥、8 —富液取樣閥、9 一補水儲槽、10 —第二空氣壓縮機2、11 一貧液冷卻器、12 —配液儲槽、13 —熱泵系統(tǒng)、14-貧液泵、15—貧富液換熱器、16—富液泵、17—補液泵、18—再生器、19一加熱器、20—水冷器、21—貧液取樣閥、22—氣體變頻控制系統(tǒng)、23—第三氣液分離器、24—第二氣液分離器、25—尾氣取樣閥2、26—液體開關(guān)閥、27—蒸汽壓縮機、28—變頻控制器、29—閃蒸器。
【具體實施方式】
[0020]為進一步公開本實用新型的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的說明:
[0021]本實用新型包括二氧化碳鋼瓶1、二氧化碳緩沖罐2、補水儲槽9、配液儲槽12、空氣壓縮機3、10、吸收器6、貧液冷卻器11、貧富液換熱器15、熱泵系統(tǒng)13、加熱器19、再生器18、閃蒸器29、蒸汽壓縮機27、氣液分離器5、24、23和貧富液樣采集處理系統(tǒng)，其特征在于二氧化碳鋼瓶與二氧化碳緩沖灌進口相連，二氧化碳緩沖罐出口與第一空氣壓縮機出口并連后通過氣體流量調(diào)節(jié)閥7與吸收器底部進口相連接，吸收器脫出二氧化碳后的頂部氣體出口與第一氣液分離器5進口相連，第一氣液分離器上部廢氣出口與尾氣開關(guān)閥4相連，下部貧液出口與吸收器上部貧液進口相連，吸收器底部富液出口與富液泵16進口和富液取樣閥8分別相連，富液泵出口逐序與貧富液換熱器15和熱泵系統(tǒng)13的熱泵進口相連，熱泵出口與再生器上頂部富液進口和加熱器19中部富液進分別相連，加熱器頂部含富液蒸汽的出口與再生器中下部的含富液蒸進口相連，加熱器含富液蒸汽的中部出口分別與再生器的下部填料下端進口、下填料上端進口和上部上填料上端進口相連，再生器中下部貧液出口與加熱器的下部貧液進口相連，再生器頂部二氧化碳出口與水冷器20進口相連，水冷器出口與第二氣液分離器24上部進口相連，第二氣液分離器上部純二氧化碳出口逐序與尾氣取樣閥26、第三氣液分離器23、第二空氣壓縮機10和二氧化碳緩沖罐2出口相連，再生器底部貧液出口分別與閃蒸器29貧液進口和貧液取樣閥21相連，閃蒸器上部蒸汽出口通過變頻控制器28和蒸汽壓縮機27與再生器下部蒸汽進口相連，閃蒸器底部貧液出口逐序通過貧富液換熱器15、貧液泵14、熱泵系統(tǒng)13的蒸發(fā)室、貧液冷卻器11與吸收器的上部貧液進口相連；補水儲槽9和配液儲槽12出口并連后通過補液泵17與再生器底上部吸收液進口相連。
[0022]二氧化碳從鋼瓶中出來進入二氧化碳緩沖罐，與來自第一空氣壓縮機3的空氣混合后進入吸收器6?；旌蠚怏w流量采用進口氣體流量調(diào)節(jié)閥7控制。吸收器頂部脫出二氧化碳后的尾氣進入第一氣液分離器5進行氣液分離，第一氣液分離器底部液體回流至吸收器上部，處理后的氣體通過尾氣開關(guān)閥4排出，或進入在線分析氣體處理系統(tǒng)進行氣體組分分析。吸收了二氧化碳的富液由吸收器底部引出，通過富液泵16進入貧富液換熱器15，富液亦可通過富液取樣閥8的控制進入在線貧富液樣采集處理系統(tǒng)。
[0023]貧富液換熱器的入口貧液來自閃蒸器29底部，貧富液換熱器的出口貧液進入吸收式熱泵系統(tǒng)13的蒸發(fā)室，在低壓下利用貧液熱量對室內(nèi)水分進行加熱蒸發(fā)，同時實現(xiàn)貧液溫度的降低。經(jīng)過貧富液換熱器升溫后的富液進入吸收式熱泵。
[0024]經(jīng)熱泵加熱后的富液進入再生器18，經(jīng)底部進入加熱器19 (煮沸器)進行再生；或者直接進入加熱器進行加熱，兩條線路分別設(shè)置有閥門控制。當(dāng)富液直接進入再生器時，力口熱器起到再生器的煮沸器的作用，為再生器提供熱量；當(dāng)富液直接進入加熱器時，加熱器產(chǎn)生的高溫蒸汽從其頂部引入再生器下部，為再生器提供蒸汽熱源，加熱器所產(chǎn)生的高溫富液可分別從再生器上部及中部引入再生器。
[0025]經(jīng)過再生器的再生作用后，富液產(chǎn)生的CO2依次通過水冷器20進行降溫，進入第二氣液分離器24除去液體。第二氣液分離器底部產(chǎn)生的液體通過液體開關(guān)閥匯入配液儲槽。第二氣液分離器24出來的氣體可進行循環(huán)使用，將氣體引入第三氣液分離器23進一步除去液體后，在第二空氣壓縮機10的作用下作為原料氣進入吸收塔，形成氣體循環(huán)。第三氣液分離器23設(shè)置有氣體流量與分離器壓力變頻控制系統(tǒng)22。
[0026]來自補水儲槽9及配液儲槽12的液體通過補液泵17的作用進入再生器底部。再生器底部產(chǎn)生的再生貧液進入閃蒸器29，在低壓下閃蒸器產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽壓縮機27進行壓縮后進入再生器底部，閃蒸器底部產(chǎn)生的貧液則進入貧富液換熱器15與富液進行熱量交換，以降低溫度。閃蒸器與蒸汽壓縮機之間設(shè)有變頻控制器28以實現(xiàn)閃蒸器內(nèi)壓力與進入蒸汽壓縮機蒸汽流量的聯(lián)動控制。再生器底部的再生貧液可通過貧液取樣閥進行在線分析。
[0027]為提高富液再生效果，吸收器底部富液在進入再生器之前，依次通過貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)13和加熱器進行加熱。為提高貧液吸收能力，將再生器18底再生出的貧液依次經(jīng)過閃蒸器29、貧富液換熱器15、貧液泵14、熱泵系統(tǒng)13及貧液冷卻器11進行冷卻。
[0028]實施例:煙氣二氧化碳捕集回收實驗裝置
[0029]氣體組成:15%C02、80%N2、5%02
[0030]進氣量:10Nm3/h
[0031 ] MEA 溶液循環(huán)量:100L/h ；
[0032]吸收式熱泵系統(tǒng)COP:1.65
[0033]蒸汽壓縮機功率:3.5KW
[0034]吸收器貧液入口溫度:40°C
[0035]再生器底部溫度:110°C ;
[0036]再生器壓力:0.9MPa
[0037]第二氣液分離器出口 CO2的純度:99.95% ；
[0038]CO2 捕集率:91.5% ;
[0039]較傳統(tǒng)MEA工藝體系節(jié)能約:36.5%。
[0040]該實驗裝置適用的壓力范圍為0.Ι-lMPa，可獲得CO2的純度達(dá)到99.9%以上，二氧化碳捕集率達(dá)到90%，實驗系統(tǒng)能耗較傳統(tǒng)MEA工藝體系節(jié)能約30-50%。是一種能量消耗低、脫碳效果好，便于評價藥劑性能、開展工藝優(yōu)化的新型實驗測試裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，包括二氧化碳鋼瓶、二氧化碳緩沖罐、補水槽、配液槽、空氣壓縮機、吸收器、貧液冷卻器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)、加熱器、再生器、閃蒸器、蒸汽壓縮機、氣液分離器和貧富液樣采集處理系統(tǒng)，其特征在于:二氧化碳鋼瓶與二氧化碳緩沖灌進口相連，二氧化碳緩沖罐出口與第一空氣壓縮機出口并連后通過氣體流量調(diào)節(jié)閥與吸收器底部進口相連接，吸收器脫出二氧化碳后的頂部氣體出口與第一氣液分離器進口相連，第一氣液分離器上部廢氣出口與尾氣開關(guān)閥相連，下部貧液出口與吸收器上部貧液進口相連，吸收器底部富液出口與富液泵進口和富液取樣閥分別相連，富液泵出口逐序與貧富液換熱器和熱泵系統(tǒng)的熱泵進口相連，熱泵出口與再生器上頂部富液進口和加熱器中部富液進分別相連，加熱器頂部含富液蒸汽的出口與再生器中下部的含富液蒸進口相連，加熱器含富液蒸汽的中部出口分別與再生器的下部填料下端進口相連、下填料上端進口和上部上填料上端進口相連，再生器中下部貧液出口與加熱器的下部貧液進口相連，再生器頂部二氧化碳出口與水冷器進口相連，水冷器出口與第二氣液分離器上部進口相連，第二氣液分離器上部純二氧化碳出口逐序與尾氣取樣閥、第三氣液分離器、第二空氣壓縮機和二氧化碳緩沖罐出口相連，再生器底部貧液出口分別與閃蒸器貧液進口和貧液取樣閥相連，閃蒸器上部蒸汽出口通過變頻控制器和蒸汽壓縮機與再生器下部蒸汽進口相連，閃蒸器底部貧液出口逐序通過貧富液換熱器、貧液泵、熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)室、貧液冷卻器與吸收器的上部貧液進口相連；補水儲槽和配液儲槽出口并連后通過補液泵與再生器底上部吸收液進口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，其特征在于:吸收器、再生器、加熱器和氣液分離器設(shè)為立式圓柱形，吸收器和再生器各自上下封頭與各自圓柱體之間采用法蘭連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，其特征在于:在吸收器的上部和下部安裝有腐蝕探針，在線檢測貧液和富液對吸收器的腐蝕程度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，其特征在于:吸收器底部富液取樣閥和再生器底部貧液取樣閥各自與有貧富液樣采集處理系統(tǒng)相連，采用氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀分析富液和貧液組分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕集試驗評價測試裝置，其特征在于:第一氣液分離器尾氣開關(guān)閥與氣體采集處理系統(tǒng)相連接，在線分析尾氣組分。
【文檔編號】G01N30/00GK203648344SQ201320749331
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李清方, 張建, 趙帥, 陸詩建, 劉海麗, 尚明華, 張媛媛, 于惠娟, 陸胤君, 黃少偉, 吳魯寧, 龐會中, 張新軍, 王書平, 董金婷, 孫廣領(lǐng), 劉東杰, 孫志英, 張磊 申請人:中石化石油工程設(shè)計有限公司, 山東賽瑞石油科技發(fā)展有限公司