CN106016817B - 一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明提供的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，由于采用吸收式制冷与水合反应结合的方式，在回收二氧化碳的同时也对烟气余热进行了利用，在结构简单成本投入少的前提下，就能获得较大的回收效率，整体上减少了系统的综合能耗，大大降低了回收成本。

Description

一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置

技术领域

本发明涉及一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，属于制冷工程及化学工程技术领域。

背景技术

能源是社会发展的重要物质基础。当前我国能源问题日益严峻，主要体现在能源利用效率低、经济效益差及能源消费迅速增长、生态环境压力明显等方面。我国现有电站中还是以火力发电为主，在火电厂的运行中，煤炭燃烧会产生大量的烟气，如果不对其加以回收利用，既污染了环境也浪费了大量的热能。

为了节约资源，实现社会经济的可持续发展，在国家大力倡导“节能减排”能源利用政策的大环境下，对烟气中的二氧化碳和余热进行回收利用就成为了大势所趋。现有的回收装置基本上都只对烟气中的二氧化碳气体(某种单一气体成分)进行回收或是只对烟气余热进行回收利用，而且这些回收装置还存在着换热效率低、系统能耗大、结构复杂、成本高等问题，不能真正意义上实现对烟气中的二氧化碳和余热进行综合利用。

中国专利(公开号CN103446848A)公开了一种二氧化碳回收系统，该系统通过反复在吸收塔中吸收二氧化碳和在再生塔中释放二氧化碳而分离和回收废气中的二氧化碳。但是该系统存在能耗高，蒸汽消耗量大等问题，因此回收二氧化碳的成本势必会提高。

中国专利(公开号CN204337980U)公开了一种二氧化碳回收装置，该装置将热泵系统与二氧化碳捕集系统相结合，使蒸汽冷凝液的低品位热量得到了高效利用，并能降低低压蒸汽的需求量，降低整个系统的能耗。但是由于该装置还是基于传统的化学吸收法，需要配置两个吸收塔和两台热泵机组，从而使该装置的结构变得复杂。

中国专利(公开号CN102705862A)公开了一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法及其装置，该方法是将烟气分流成两部分，一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，另一部分烟气对高压给水进行加热，然后再将加热后的高压给水直接送入锅炉。该方法虽然提高了烟气整体的利用率，从整体上降低了火电机组的能耗，但是只对烟气余热进行回收，而且系统结构也比较复杂。

因此，在这种情况下开发一种既能回收烟气中二氧化碳气体，同时又能对烟气余热进行利用的装置，具有提高能源利用率、节约能源的重要意义。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于结合开式吸收式制冷循环，提供一种不仅可以对烟气中的二氧化碳气体进行有效回收，同时也能对烟气余热进行有效利用的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，本发明采用了以下技术方案：

一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，采用制冷工质对吸收式制冷与水合反应结合用于回收经除尘脱硫后的烟气中的二氧化碳，其特征在于，包括：吸收式制冷部，用于给烟气初步降温得到较低温烟气,并能通过冷凝然后节流后得到低温低压冷剂水；干燥冷却增压部，用于将从吸收式制冷部排出的较低温烟气进行干燥、增压以及冷却而得到一定压力和温度的低温烟气；水合反应部，用于进行水合反应，具有内腔和设置在内腔外部的进气管、排气管、进水管、排浆管，进气管用于将低温烟气引入内腔，排气管，设置于内腔的顶部，用于将未参与水合反应的烟气排出内腔，排浆管用于排出水合反应得到的水合物浆；以及水合物分离部，包括水合分离器，水合分离器具有进水口和排水口，进水口与排浆管连接，水合物分离部用于引入水合物浆后进行分离，得到分离水和二氧化碳水合物后由排水口排出，其中，吸收式制冷部以制冷工质对中的水为制冷剂，吸收式制冷部引入外部供水来补充制冷剂，进水管用于将低压低温冷剂水引入内腔与低温烟气接触发生水合反应，进气管与排气管均设置有阀门，用于调节内腔的压力。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，吸收式制冷部包括吸收器、溶液泵、溶液换热器、发生器、冷凝器、节流构件，吸收器的顶部设置有补水管，补水管与外部供水连接，用于给吸收器补水，发生器具有冷剂蒸汽出口、制冷工质对溶液出口和设置在其内部的换热盘管，换热盘管的入口从烟气管道引入烟气，吸收器、溶液泵、溶液换热器、发生器顺序连接，并且吸收器的入口与制冷工质对出口顺序连接形成循环管路，制冷工质对溶液通过循环管路进行循环，溶液换热器用于从发生器出来的制冷工质对溶液与从吸收器出来的制冷工质对换热，冷剂蒸汽出口与冷凝器、节流构件顺序连接，形成从吸收器到溶液泵到溶液换热器到发生器再到冷凝器最后到节流构件的管路，用于得到低温低压冷剂水。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，干燥冷却增压部包括干燥器、气体增压泵、水冷却器，回热器，回热器包括腔体和设置在腔体中的换热管，腔体上设置有控制尾气排放的排气阀，干燥器的入口与换热盘管的出口连接，干燥器的出口、气体增压泵、水冷却器顺次连接后，水冷却器与换热管的入口连接，换热管的出口与进气管连接，回热器的腔体与排气管连接。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中水合反应部的内腔的底部内壁设置有孔板构件，进气管与底部连通。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，进水管设置于水合反应部的内腔的顶部，进水管进入内腔的一端设置有喷头。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，排水口与水合反应部通过管道连接，用于将分离水排出到内腔进行水合反应，

进水口或排水口上设置有循环泵。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，分离水和低温低压冷剂水汇合后通过进水管进入内腔。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，制冷工质对的吸收剂为溴化锂。

本发明提供的一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，水合反应的温度为1-5℃，反应压力为2-3MPa。

发明作用与效果

根据本发明提供的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，由于采用吸收式制冷与水合反应结合的方式，在回收二氧化碳的同时也对烟气余热进行了利用，在结构简单成本投入少的前提下，就能获得较大的回收效率，整体上减少了系统的综合能耗，大大降低了回收成本。

附图说明

图1是本发明实施例中基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例

以下结合附图来说明本发明的实施例的具体实施方式。

图1是本发明实施例中基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置的结构示意图。

如图1所示，基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置10包括吸收式制冷部11、干燥冷却增压部12、水合反应部13以及水合物分离部14。

吸收式制冷部11包括吸收器15、溶液泵16、溶液换热器17、发生器18、冷凝器19、节流构件20。吸收器15用于容纳溴化锂-水溶液，它的顶部设置有补水管21，补水管21与外部供水连接，将外部供水引入吸收器15中。吸收式制冷部11采用以水为制冷剂的制冷工质对，通过吸收式制冷对烟气降温，并且得到低温低压冷剂水。本实施例中制冷工质对采用溴化锂-水，以水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。

吸收器15用于容纳制冷工质对溶液。

溶液泵16的入口与吸收器连接，溶液泵用于将吸收器15内的溶液泵送出去。

溶液换热器17的入口与溶液泵16的出口连接，用于换热。

发生器18具有冷剂蒸汽出口22和制冷工质对溶液出口23，分别用于输出冷剂蒸汽和制冷工质对，发生器18中还设置有换热盘管24，换热盘管24的入口与外部烟气管道25连接，作为外部经除尘脱硫后需要处理的烟气的入口。

冷凝器19与发生器的冷剂蒸汽出口22连接，用于将冷剂蒸汽冷凝得到低温冷剂水。

节流构件20用于对从冷凝器19出来的低温冷剂水降压降温，得到低温低压冷剂水，本实施例中，节流构件20采用节流阀。

在吸收式制冷部11中，吸收器15的入口、溶液泵16、溶液换热器17、发生器18的制冷工质对溶液出口23首尾连接，形成制冷工质对溶液的循环管路，循环过程中，从吸收器15出来的制冷工质对的溶液与从发生器18的制冷工质对溶液出口23在溶液换热器17处发生换热，使得进入发生器18的制冷工质对溶液的温度较高。

而发生器18的冷剂蒸汽出口22、冷凝器19以及节流构件20通过管道顺序连接，形成从吸收器15到溶液泵16到溶液换热器17到发生器18再到冷凝器19最后到节流构件20的管路，用于得到低温低压冷剂水。

干燥冷却增压部12包括干燥器26、气体增压泵27、水冷却器28以及回热器29。

干燥器26的入口与发生器18的换热盘管24的出口连接，用于引入从换热盘管24入口进来的烟气进行干燥。

气体增压泵27用于将进入水合反应部13前的烟气进行增压。

水冷却器28采用间壁式。

回热器29采用间壁式，包括腔体30和设置在腔体30中的换热管31，腔体30上设置有控制尾气排放的排气阀32。

干燥器26的出口、气体增压泵27、水冷却器28顺次连接后，水冷却器28与换热管31的入口连接。

水合反应部13，用于进行水合反应，具有内腔33和设置在内腔33外部的进气管34、排气管35、进水管36、排浆管37。

内腔33的底部设置有孔板构件38，孔板构件38的小孔均匀分布。本实施例中，为了控制水合反应的压力，在内腔33外还可以设置压力表供查看内腔的压力，也可以设置压力传感器感应内腔的压力，通过压力表显示的压力，可以人为调控内腔的压力，也可以通过压力传感器与电控配好，电动自动调控内腔的压力。

进气管34上设置有阀门39，进气管34的一端与换热管31的出口连接，另一端与内腔33的底部联通。

排气管35，排气管35设置于内腔33的顶部，其上设置有阀门40。排气管35与回热器29的腔体30连接，水合反应后的尾气排出到回热器29的腔体30中，再通过腔体30的排气阀32排出。

进水管36，设置于内腔33的顶部，进水管36进入内腔33的一端设置有喷头41，进水管36的另一端与节流构件20连接。

排浆管37设置于内腔33的下部，用于排出水合反应得到的水合物浆。

水合物分离部14，包括水合分离器42，本实施例中，采用过滤式水合分离器。水合分离器42上具有进水口43和排水口44，进水口43上设置有循环泵45，进水口43与排浆管37连接，排水口44通过管道连接到进水管33上。实际中，循环泵45也可以设置在排水口44上。

经除尘脱硫后的烟气中二氧化碳回收过程：

首先，吸收器15中装有的溴化锂-水制冷工质对的溶液，此时的溴化锂溶液浓度相对较低，为溴化锂的稀溶液，稀溶液在溶液泵16作用下经溶液换热器17后输送到发生器18中，同时，发生器18内的换热盘管24通过烟气管道25引入烟气，在发生器18内，由吸收器15引入的稀溶液被烟气加热升温；

然后，一方面，溴化锂-水制冷工质对溶液中的大部分水变成蒸汽从发生器18的冷剂蒸汽出口22输出，而溴化锂-水制冷工质对溶液由于大部分水蒸发从冷剂蒸汽出口22输送走，溴化锂-水制冷工质对溶液变成了浓溶液，该浓溶液从发生器的制冷工质对溶液出口23来到溶液换热器17，在溶液换热器17处，该浓溶液与在溶液泵16下从吸收器15泵送到过来的稀溶液进行换热，将稀溶液升温，使得进入发生器18的稀溶液温度较高，而换热后的浓溶液回到吸收器15；回到吸收器15的浓溶液吸收由补水管21从外部引入的水，变成稀溶液，该稀溶液在溶液泵16的作用下，继续经溶液换热器17进入发生器18，被烟气换热后再次形成浓溶液和冷剂水蒸汽，如此循环，完成了溴化锂-水制冷工质对溶液的循环；

另一方面，从发生器18的冷剂蒸汽出口22输出的冷剂水蒸汽，经冷凝器19冷凝后再经节流阀20节流后，变成低温低压冷剂水，该低温低压冷剂水通过水合反应部13的进水管36引入水合反应部13的内腔33内通过喷头41喷出，同时被降温后的烟气从发生器18的换热盘管24中输出经干燥管25干燥，经气体增压泵27增压到2-3MPa，再经水冷却器28冷却后，经过回热器29的腔体30中的换热管31换热温度进一步降低，从水合反应部13的内腔33的底部经底部的孔板构件38上均匀分布的小孔均匀进入内腔33内，与喷头41喷出的低温低压冷剂水接触，二氧化碳与低温低压冷剂水在1-5℃压力2-3MPa下产生水合反应得到二氧化碳水合物，在此过程中，低温低压冷剂水由于蒸发吸热，带走了水合反应中产生的热量。

而在水合反应过程中，二氧化碳水合反应中产生的二氧化碳水合物浆从排浆管37排出到水合物分离部14的水合分离器42中，通过过滤进行水合分离，得到二氧化碳水合物和分离水，分离水通过水合物分离部14的排水口44在循环泵45作用下流出与经节流阀19后得到的低温低压冷剂水汇合后，从水合反应部13的进水管36端头的喷头41喷出，一起参与二氧化碳水合反应；而在水合反应部13中未参与二氧化碳水合反应的烟气从排气管35排出到回热管28的腔体30中，与回热管的换热管31中的烟气进行换热，将进入水合反应部13的内腔33内前的烟气进一步降温，而换热后的腔体30内的尾气从回热管28的排气阀32排出。在此过程中，水合物分离部14分离出的分离水在循环泵45作用下循环输入参与水合反应。

另外，在水合反应过程中，可以通过水合反应部13的内腔33上的压力监控或压力感应器，手动或自动控制调节进气管34和排气管35上的阀门39、阀门40来控制水合反应部13的内腔33内的压力，以保证水合反应需要的压力。

实施例的作用与效果

根据本实施例提供的基于开式吸收式制冷循环的回收烟气中二氧化碳的装置，由于采用吸收式制冷与水合反应结合的方式，在回收二氧化碳的同时也对烟气余热进行了利用，在结构简单的模式下，就能获得较大的回收效率，整体上减少了系统的综合能耗，大大降低了回收成本；

又由于吸收式制冷以水为制冷剂，并且吸收式制冷通过外部供水给吸收器补充水，使得本发明可以利用开式吸收式制冷中的低温低压冷剂水参与水合反应并提供水合反应需要的冷量，进一步精简了结构；

又由于水合反应部的内腔底部具有孔板构件，进入水合反应部的烟气通过底部进入后经孔板被均匀分散开来，从而使得水合反应更均匀和充分；

又由于在水合反应部的内腔顶部进水管的端头设置有喷头，可以有效增加水合反应中烟气与反应水的接触面积，从而加快水合物的生成速率；

最后，还由于水合物分离部分离水合物浆得到的分离水再次循环参与水合反应，进一步地使得资源得到了极大的利用。

尽管上面对本发明说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (9)

1.一种基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，采用制冷工质对吸收式制冷与水合反应结合,用于回收经除尘脱硫后的烟气中的二氧化碳，其特征在于，包括：

吸收式制冷部，用于给所述烟气初步降温得到较低温烟气,并能通过冷凝然后节流后得到低温低压冷剂水；

干燥冷却增压部，用于将从所述吸收式制冷部排出的较低温烟气进行干燥、增压以及冷却而得到一定压力和温度的低温烟气；

水合反应部，用于进行所述水合反应，具有内腔和设置在所述内腔外部的进气管、排气管、进水管、排浆管，

所述进气管用于将所述低温烟气引入所述内腔，

所述排气管，设置于所述内腔的顶部，用于将未参与所述水合反应的烟气排出所述内腔，

所述排浆管用于排出所述水合反应得到的水合物浆；以及

水合物分离部，包括水合分离器，所述水合分离器具有进水口和排水口，所述进水口与所述排浆管连接，

所述水合物分离部用于引入所述水合物浆后进行分离，得到分离水和二氧化碳水合物后由所述排水口排出，

其中，所述吸收式制冷部以所述制冷工质对中的水为制冷剂，

所述吸收式制冷部引入外部供水来补充所述制冷剂，

所述进水管用于将所述低压低温冷剂水引入所述内腔与所述低温烟气接触发生所述水合反应，

所述进气管与所述排气管均设置有阀门，用于调节所述内腔的压力。

2.如权利要求1所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

所述吸收式制冷部包括吸收器、溶液泵、溶液换热器、发生器、冷凝器、节流构件，

所述吸收器的顶部设置有补水管，所述补水管与所述外部供水连接，用于给所述吸收器补水，

所述发生器具有冷剂蒸汽出口、制冷工质对溶液出口和设置在其内部的换热盘管，

所述换热盘管的入口从烟气管道引入所述烟气，

所述吸收器、所述溶液泵、所述溶液换热器、所述发生器顺序连接，并且所述吸收器的入口与所述冷剂蒸汽出口顺序连接形成循环管路，所述制冷工质对溶液通过所述循环管路进行循环，所述溶液换热器用于从所述发生器出来的制冷工质对溶液与从所述吸收器出来的制冷工质对换热，

所述制冷工质对溶液出口与所述冷凝器、所述节流构件顺序连接，形成从所述吸收器到所述溶液泵到所述溶液换热器到所述发生器再到所述冷凝器最后到所述节流构件的管路，用于得到所述低温低压冷剂水。

3.如权利要求2所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述干燥冷却增压部包括干燥器、气体增压泵、水冷却器，回热器，

所述回热器包括腔体和设置在腔体中的换热管，所述腔体上设置有控制尾气的排放的排气阀，

所述干燥器的入口与所述换热盘管的出口连接，所述干燥器的出口、气体增压泵、水冷却器顺次连接后，所述水冷却器与所述换热管的入口连接，所述换热管的出口与所述进气管连接，所述回热器的腔体与所述排气管连接。

4.如权利要求1所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中,所述水合反应部的内腔的底部内壁设置有孔板构件，所述进气管与所述底部连通。

5.如权利要求1所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述进水管设置于所述水合反应部的内腔的顶部，所述进水管进入所述内腔的一端设置有喷头。

6.如权利要求1所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述排水口与所述水合反应部通过管道连接，用于将所述分离水排出到所述内腔进行所述水合反应，

所述进水口或所述排水口上设置有循环泵。

7.如权利要求5或6所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述分离水和所述低温低压冷剂水汇合后通过所述进水管进入所述内腔。

8.如权利要求1所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述制冷工质对的吸收剂为溴化锂。

9.如权利要求1所述的基于开式吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述水合反应的温度为1-5℃，反应压力为2-3MPa。