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CN116036842A - 一种二氧化碳捕集方法 - Google Patents

一种二氧化碳捕集方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集方法，该方法所采用的吸收塔自下而上被分隔为有机胺喷淋吸收段、水洗段和KOH喷淋吸收段，所述有机胺喷淋吸收段与水洗段之间设置有第一隔板，所述水洗段与KOH喷淋吸收段之间设置有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板上均设置有升气帽。本发明在传统有机胺捕集二氧化碳的工艺基础上增加了KOH工艺段，形成了全新的双化学吸收循环二氧化碳捕集工艺。相较于传统的单有机胺工艺，本发明提供的方法可以将二氧化碳的捕集率提高至99％以上，同时KOH工艺段产出的H2还可以用于销售，带来一定的经济收益。本发明提供的二氧化碳捕集方法具有良好的环境效益与经济效益，市场前景十分广阔。

Description

一种二氧化碳捕集方法
技术领域
本发明属于环保领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集方法。
背景技术
碳捕集利用与封存(CCUS)技术是我国应对气候变化、保障能源安全和促成可持续发展的重要手段。在CCUS最重要的二氧化碳捕集这一环节当中，化学吸收法是目前最成熟应用最多的工艺技术，传统的化学吸收法通常仅以有机胺作为吸收剂，面临成本高、二氧化碳捕集率低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二氧化碳捕集方法，该方法具有较高的二氧化碳捕集率，且可以副产H2，经济性良好。
本发明提供了一种二氧化碳捕集方法，包括以下步骤：
将含有CO2的原烟气从吸收塔底部送入吸收塔；所述吸收塔自下而上被分隔为有机胺喷淋吸收段、水洗段和KOH喷淋吸收段，所述有机胺喷淋吸收段与水洗段之间设置有第一隔板，所述水洗段与KOH喷淋吸收段之间设置有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板上均设置有升气帽；
进入吸收塔底部的所述原烟气首先在所述有机胺喷淋吸收段与有机胺吸收液逆流接触，逆流接触的过程中原烟气中的CO2被有机胺吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向吸收塔的塔底，烟气继续向上流动，通过设置在所述第一隔板上的升气帽进入所述水洗段；烟气在所述水洗段经水洗涤，洗涤后的水被所述第一隔板截留，洗涤后的烟气继续向上流动，通过设置在所述第二隔板上的升气帽进入所述KOH喷淋吸收段；烟气在所述KOH喷淋吸收段与KOH吸收液逆流接触，逆流接触的过程中烟气中残存的CO2被KOH吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向所述第二隔板并被第二隔板截留，烟气继续向上流动，从吸收塔塔顶的净烟气出口排出；
所述吸收塔塔底的富液排出吸收塔，随后进入热解吸塔中进行富液再生，再生过程中产生的产品CO2从热解吸塔排出，再生后得到贫液作为吸收液返回所述有机胺喷淋吸收段中循环使用；
所述第二隔板截留的富液排出吸收塔，随后进入电化学再生装置中进行电解处理；电解处理过程中，所述电化学再生装置的正极产生CO2与O2的混合气，负极产生H2，同时进入到装置内的富液被还原为KOH溶液；所述混合气进入第一气液分离装置中进行气液分离，分离得到的气相返回所述有机胺喷淋吸收段中循环处理，分离得到的液相返回到所述电化学再生装置中；所述H2和KOH溶液均进入第二气液分离装置中进行气液分离，分离得到的气相即为产品氢，分离得到的液相作为吸收液返回所述KOH喷淋吸收段中循环使用。
优选的，所述第一隔板截留的水排出吸收塔，随后作为洗涤用水返回所述水洗段中循环使用。
优选的，从所述吸收塔塔底排出的富液与待返回所述有机胺喷淋吸收段的贫液通过换热器进行换热。
优选的，所述有机胺喷淋吸收段和水洗段均设置有填料层。
优选的，所述原烟气中的CO2浓度为10～15％，更优选为12％；所述有机胺吸收液中有机胺的浓度为20～40wt％，更优选为30wt％；所述有机胺喷淋吸收段的CO2捕集率为85～95％，更优选为90％。
优选的，所述水洗段的水温为25～35℃，更优选为30℃。
优选的，所述KOH吸收液中KOH的浓度为20～40wt％，更优选为30wt％；所述KOH喷淋吸收段的进烟气CO2浓度为1～1.5％，更优选为1.2％；所述KOH喷淋吸收段的CO2捕集率为85～95％，更优选为90％。
优选的，所述热解吸塔的解吸温度为100～150℃，更优选为120℃；所述产品CO2中CO2的浓度≥90％，更优选为95％。
优选的，所述电化学再生装置包括：阳极室，阴极室，分别设置于阳极室和阴极室中的电极，和设置于阳极室和阴极室之间的交换膜。电化学再生装置包括，阳极室、阴极室、交换膜、电极以及仪表。
优选的，所述电化学再生装置的电解温度为30～50℃，更优选为40℃；所述电化学再生装置的电流密度为1000～1500A/mm，更优选为1250A/mm。
与现有技术相比，本发明提供了一种二氧化碳捕集方法。该方法包括以下步骤：将含有CO2的原烟气从吸收塔底部送入吸收塔；所述吸收塔自下而上被分隔为有机胺喷淋吸收段、水洗段和KOH喷淋吸收段，所述有机胺喷淋吸收段与水洗段之间设置有第一隔板，所述水洗段与KOH喷淋吸收段之间设置有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板上均设置有升气帽；进入吸收塔底部的所述原烟气首先在所述有机胺喷淋吸收段与有机胺吸收液逆流接触，逆流接触的过程中原烟气中的CO2被有机胺吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向吸收塔的塔底，烟气继续向上流动，通过设置在所述第一隔板上的升气帽进入所述水洗段；烟气在所述水洗段经水洗涤，洗涤后的水被所述第一隔板截留，洗涤后的烟气继续向上流动，通过设置在所述第二隔板上的升气帽进入所述KOH喷淋吸收段；烟气在所述KOH喷淋吸收段与KOH吸收液逆流接触，逆流接触的过程中烟气中残存的CO2被KOH吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向所述第二隔板并被第二隔板截留，烟气继续向上流动，从吸收塔塔顶的净烟气出口排出；所述吸收塔塔底的富液排出吸收塔，随后进入热解吸塔中进行富液再生，再生过程中产生的产品CO2从热解吸塔排出，再生后得到贫液作为吸收液返回所述有机胺喷淋吸收段中循环使用；所述第二隔板截留的富液排出吸收塔，随后进入电化学再生装置中进行电解处理；电解处理过程中，所述电化学再生装置的正极产生CO2与O2的混合气，负极产生H2，同时进入到装置内的富液被还原为KOH溶液；所述混合气进入第一气液分离装置中进行气液分离，分离得到的气相返回所述有机胺喷淋吸收段中循环处理，分离得到的液相返回到所述电化学再生装置中；所述H2和KOH溶液均进入第二气液分离装置中进行气液分离，分离得到的气相即为产品氢，分离得到的液相作为吸收液返回所述KOH喷淋吸收段中循环使用。本发明在传统有机胺捕集二氧化碳的工艺基础上增加了KOH工艺段，形成了全新的双化学吸收循环二氧化碳捕集工艺。相较于传统的单有机胺工艺，本发明提供的方法可以将二氧化碳的捕集率提高至99％以上，同时KOH工艺段产出的H2还可以用于销售，带来一定的经济收益。本发明提供的二氧化碳捕集方法具有良好的环境效益与经济效益，市场前景十分广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的二氧化碳捕集方法的工艺流程图。
附图标记说明：1为吸收塔，2为热解吸塔，3为换热器，4为电化学再生装置，5为第一气液分离装置，6为第二气液分离装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种二氧化碳捕集方法，工艺流程如图1所示，具体过程包括：
原烟气从吸收塔1的底部进入吸收塔1；吸收塔1自下而上被分隔为有机胺喷淋吸收段、水洗段和KOH喷淋吸收段，所述有机胺喷淋吸收段与水洗段之间设置有第一隔板，所述水洗段与KOH喷淋吸收段之间设置有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板上均设置有升气帽，所述有机胺喷淋吸收段和水洗段均设置有填料层；
进入吸收塔1底部的原烟气首先在有机胺喷淋吸收段与有机胺吸收液逆流接触，逆流接触的过程中原烟气中的CO2被有机胺吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向吸收塔1的塔底，烟气继续向上流动，通过设置在第一隔板上的升气帽进入水洗段；烟气在水洗段经水洗涤，洗涤后的水被第一隔板截留，洗涤后的烟气继续向上流动，通过设置在第二隔板上的升气帽进入KOH喷淋吸收段；烟气在所述KOH喷淋吸收段与KOH吸收液逆流接触，逆流接触的过程中烟气中残存的CO2被KOH吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向第二隔板并被第二隔板截留，烟气继续向上流动，从吸收塔1塔顶的净烟气出口排出；
吸收塔1塔底的富液排出吸收塔1，流经换热器3与贫液换热后进入热解吸塔2中进行富液再生，再生过程中产生的产品CO2从热解吸塔2排出，再生后得到贫液流经换热器3与富液换热后作为吸收液返回有机胺喷淋吸收段中循环使用；
第一隔板截留的水排出吸收塔1，随后作为洗涤用水返回水洗段中循环使用；
第二隔板截留的富液排出吸收塔，随后进入电化学再生装置4中进行电解处理；电解处理过程中，电化学再生装置4的正极产生CO2与O2的混合气，负极产生H2，同时进入到装置内的富液被还原为KOH溶液；CO2与O2的混合气进入第一气液分离装置5中进行气液分离，分离得到的气相返回有机胺喷淋吸收段中循环处理，分离得到的液相返回到电化学再生装置4中；H2和KOH溶液均进入第二气液分离装置6中进行气液分离，分离得到的气相即为产品氢，分离得到的液相(KOH溶液)作为吸收液返回KOH喷淋吸收段中循环使用；
在上述实施例中，所述原烟气中的CO2浓度为12％；所述有机胺吸收液为30wt％的MDEA溶液；所述有机胺喷淋吸收段的CO2捕集率为90％；
在上述实施例中，所述水洗段的水温为30℃；
在上述实施例中，所述KOH吸收液中KOH的浓度为30wt％；所述KOH喷淋吸收段的进烟气CO2浓度为1.2％；所述KOH喷淋吸收段的CO2捕集率为90％；
在上述实施例中，所述热解吸塔的解吸温度为120℃；所述产品CO2中CO2的浓度为95％；
在上述实施例中，所述电化学再生装置包括：阳极室，阴极室，分别设置于阳极室和阴极室中的电极，和设置于阳极室和阴极室之间的交换膜；所述电化学再生装置的电解温度为40℃；所述电化学再生装置的电流密度为1250A/mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二氧化碳捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有CO2的原烟气从吸收塔底部送入吸收塔；所述吸收塔自下而上被分隔为有机胺喷淋吸收段、水洗段和KOH喷淋吸收段，所述有机胺喷淋吸收段与水洗段之间设置有第一隔板，所述水洗段与KOH喷淋吸收段之间设置有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板上均设置有升气帽；
进入吸收塔底部的所述原烟气首先在所述有机胺喷淋吸收段与有机胺吸收液逆流接触，逆流接触的过程中原烟气中的CO2被有机胺吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向吸收塔的塔底，烟气继续向上流动，通过设置在所述第一隔板上的升气帽进入所述水洗段；烟气在所述水洗段经水洗涤，洗涤后的水被所述第一隔板截留，洗涤后的烟气继续向上流动，通过设置在所述第二隔板上的升气帽进入所述KOH喷淋吸收段；烟气在所述KOH喷淋吸收段与KOH吸收液逆流接触，逆流接触的过程中烟气中残存的CO2被KOH吸收液捕集，捕集CO2后形成的富液向下流向所述第二隔板并被第二隔板截留，烟气继续向上流动，从吸收塔塔顶的净烟气出口排出；
所述吸收塔塔底的富液排出吸收塔，随后进入热解吸塔中进行富液再生，再生过程中产生的产品CO2从热解吸塔排出，再生后得到贫液作为吸收液返回所述有机胺喷淋吸收段中循环使用；
所述第二隔板截留的富液排出吸收塔，随后进入电化学再生装置中进行电解处理；电解处理过程中，所述电化学再生装置的正极产生CO2与O2的混合气，负极产生H2，同时进入到装置内的富液被还原为KOH溶液；所述混合气进入第一气液分离装置中进行气液分离，分离得到的气相返回所述有机胺喷淋吸收段中循环处理，分离得到的液相返回到所述电化学再生装置中；所述H2和KOH溶液均进入第二气液分离装置中进行气液分离，分离得到的气相即为产品氢，分离得到的液相作为吸收液返回所述KOH喷淋吸收段中循环使用。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第一隔板截留的水排出吸收塔，随后作为洗涤用水返回所述水洗段中循环使用。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，从所述吸收塔塔底排出的富液与待返回所述有机胺喷淋吸收段的贫液通过换热器进行换热。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述有机胺喷淋吸收段和水洗段均设置有填料层。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述原烟气中的CO2浓度为10～15％；所述有机胺吸收液中有机胺的浓度为20～40wt％；所述有机胺喷淋吸收段的CO2捕集率为85～95％。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述水洗段的水温为25～35℃。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述KOH吸收液中KOH的浓度为20～40wt％；所述KOH喷淋吸收段的进烟气CO2浓度为1～1.5％；所述KOH喷淋吸收段的CO2捕集率为85～95％。
8.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述热解吸塔的解吸温度为100～150℃；所述产品CO2中CO2的浓度≥90％。
9.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述电化学再生装置包括：阳极室，阴极室，分别设置于阳极室和阴极室中的电极，和设置于阳极室和阴极室之间的交换膜。
10.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述电化学再生装置的电解温度为30～50℃；所述电化学再生装置的电流密度为1000～1500A/mm。
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