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CN117919895A - 一种低成本的低浓度co2捕集系统及方法 - Google Patents

一种低成本的低浓度co2捕集系统及方法 Download PDF

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CN117919895A
CN117919895A CN202211264122.2A CN202211264122A CN117919895A CN 117919895 A CN117919895 A CN 117919895A CN 202211264122 A CN202211264122 A CN 202211264122A CN 117919895 A CN117919895 A CN 117919895A
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rich
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廖涛
王梓丞
吴燕
孙颖婷
马薛丽
马尧
张海帆
李淼
马俊章
王柳斌
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Petrochina Co Ltd
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Petrochina Co Ltd
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Abstract

本发明属于地面工程技术领域CCUS技术领域，具体涉及一种低成本、低浓度CO2的捕集系统及方法。其中，捕集系统包括依次连接的吸收塔、贫富液热交换器、再生塔和热交换器；所述热交换器设有富液进口Ⅰ、富液出口Ⅰ、高温蒸汽入口与蒸汽凝液出口；所述高温蒸汽为SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽。所述富液进口Ⅰ、富液出口Ⅰ分别与再生塔连接，SAGD采出液分离后的高温蒸汽通过所述高温蒸汽入口进入所述热交换器，与富液换热完成后得到的蒸汽凝液经蒸汽凝液出口输出。本次发明应用场景为流化床燃烧后气体的CO2捕集，采用醇胺法，针对CO2解吸的条件，以运行成本最低为目标进行流程的优化，以实现低成本、低浓度的CO2捕集。

Description

一种低成本的低浓度CO2捕集系统及方法
技术领域
本发明属于地面工程技术领域CCUS技术领域，具体涉及一种低成本的低浓度CO2的捕集系统及方法。
背景技术
新疆油田CO2排放源主要为油田注汽锅炉，排放的CO2均为低浓度，其中燃煤锅炉CO2排放浓度8％～12％、燃气锅炉CO2排放浓度3％～5％。从低浓度CO2捕集技术来看，目前常用的化学吸收剂包括无机吸收剂(碳酸钾、氨水等)、有机吸收剂(醇胺等)及混合吸收剂等。目前公认最经济的捕集方法为有机吸收剂醇胺溶剂捕集法，适用规模为10-100万吨/年，捕集成本为450-550元/吨；而采用MDEA溶液捕集，适用规模为10-100万吨/年，捕集成本为300-400元/吨。
低浓度CO2捕集法最主要的问题是捕集成本高，其中能耗成本占捕集成本的一半左右。因此，针对低浓度CO2捕集进行成本优化，可在两个方向上进行研究：一是对药剂本身性能(吸收率及解吸率、解吸能耗)进行改进、降低制造成本；二是通过工艺优化降低整个捕集流程的能耗。但是成本仍旧较高，需要进一步针对捕集流程中常用的蒸汽消耗占比较多这一问题进行优化，从而达到降低能耗的目的。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，本发明目的是一种低成本、低浓度CO2捕集工艺，实现低浓度(3％～12％)、低成本的CO2捕集，为CO2驱区域提供低成本碳源，同时降低油田开发碳排放，实现低碳原油的开采。
为了实现本发明的目的，采用的技术方案如下：
一种低成本、低浓度CO2捕集系统，包括依次连接的吸收塔、贫富液热交换器、再生塔和热交换器；
所述热交换器设有富液进口1、富液出口1、高温蒸汽入口与蒸汽凝液出口；所述高温蒸汽为SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽。
优选地，所述富液进口Ⅰ、富液出口Ⅰ分别与再生塔连接，SAGD采出液分离后的高温蒸汽通过所述高温蒸汽入口进入所述热交换器，与富液换热，换热完成后得到的蒸汽凝液经蒸汽凝液出口输出。
优选地，所述吸收塔的侧壁下部设有烟气入口，底部设有底部出口，底部出口、富液泵、贫富液热交换器依次连接，吸收塔的顶部设有净化气出口，侧壁上部设有贫液入口1，贫液入口1、贫液冷却器与贫富液热交换器依次连接。
优选地，所述贫富液热交换器设有富液入口Ⅱ、富液出口Ⅱ、贫液入口Ⅱ与贫液出口Ⅱ，所述再生塔侧壁上部设有富液入口Ⅲ，底部设有贫液出口Ⅲ，所述富液入口Ⅱ与富液泵相连，富液出口Ⅱ与富液入口Ⅲ相连，所述贫液入口Ⅱ与贫液泵相连，所述贫液泵与再生塔底部的贫液出口Ⅲ相连。
优选地，所述再生塔的顶部排气口与冷凝器相连。
本发明再一目的是提供一种低成本、低浓度CO2的捕集方法，采用上述捕集系统进行捕集，包括如下步骤：
(1)将含有CO2的气体输送到吸收塔，与吸收塔的贫液接触，得富液；
(2)将富液与贫液热交换，然后输送至再生塔，进入热交换器，与SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽进行热交换，富液中的CO2解析即得。
优选地，步骤(1)中所述气体先经除尘、预处理后再经风机、冷凝器输送到烟气入口进入吸收塔。
优选地，步骤(1)中所述的接触为逆流接触。
优选地，步骤(1)中所述的贫液为醇胺类吸收剂。
优选地，步骤(2)操作为将所述富液从吸收塔底部输送到富液泵，经富液泵输送到贫富液热交换器，与再生塔底部输出的贫液进行换热升温后进入再生塔上部，然后流入热交换器进行热交换，富液中的CO2解析即得。
优选地，步骤(2)所述富液中CO2解析后，将再生的CO2进入冷凝器冷却干燥即得。
优选地，步骤(2)所述富液中的CO2解析后得到再生的贫液，再生的贫液经贫液泵输送到贫富液换热器，与吸收塔输出的富液进行换热降温后，再经贫液冷凝器冷却进入吸收塔，完成醇胺溶液循环捕集CO2。
优选地，步骤(2)中所述高温蒸汽进行热交换后，得到的蒸汽凝液经缓冲罐缓冲后进入稠油联合站已建的除油罐或调储罐进行油水分离，缓冲罐分离出的气体进入伴生气处理站进行处理。
本发明再一目的是提供上述捕集系统或上述捕集方法在地面工程技术领域CCUS技术体系中低浓度CO2捕集中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.本发明应用场景为流化床燃烧后气体的CO2捕集，采用醇胺法，针对CO2解吸的条件，以运行成本最低为目标进行流程的优化，以实现低成本、低浓度的CO2捕集。
2.将SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽(0.5≤P≤0.6,150℃≤T≤160℃)引入解吸塔底部换热器中，作为热源与富液进行换热，从而大幅度降低运行成本。
3.简单高效：现有技术有利用管线和吸收塔、解吸塔传热，涉及到复杂的管道结构，导致成本增加，本发明直接引到塔底富液换热器，更加简单高效。
4.低成本的规模化捕集：通过持续引入SAGD区块采出液中分离出的无用高温蒸汽进行解吸，从而实现无用蒸汽的有效利用，可降低约一半的捕集成本；
附图说明
图1为本发明低成本、低浓度CO2捕集系统工艺流程图；
其中，1-烟气入口；2-吸收塔；3-底部出口；4-富液泵；5-贫富液热交换器；6-富液入口Ⅱ；7-富液出口Ⅱ；8-再生塔；9-富液入口Ⅲ；10-富液出口Ⅲ；11-热交换器；12-富液进口Ⅰ；13-富液出口Ⅰ；14-排气口；15-冷凝器；16-贫液出口Ⅲ；17-贫液泵；18-贫液入口Ⅱ；19-贫液冷却器；20-贫液入口Ⅰ；21-净化气出口；22-高温蒸汽入口；23-蒸汽凝液出口；A1-高温蒸汽；A2-蒸汽凝液。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明低成本、低浓度CO2捕集系统见图1所示，包括吸收塔2、富液泵4、贫富液热交换器5、贫液冷却器19、再生塔8和热交换器11；
吸收塔2的侧壁下部设有烟气入口1，底部设有底部出口3，顶部设有净化气出口21，侧壁上部设有贫液入口Ⅰ20，其中，底部出口3、富液泵4与贫富液热交换器5依次连接，侧壁上部的贫液入口Ⅰ20、贫液冷却器19与贫富液热交换器5依次连接；
贫富液热交换器设有富液入口Ⅱ6、富液出口Ⅱ7、贫液入口Ⅱ18与贫液出口Ⅱ21，所述再生塔侧壁上部设有富液入口Ⅲ，底部设有贫液出口Ⅲ；所述富液入口Ⅱ6与富液泵4相连，所述富液出口Ⅱ7与再生塔侧壁上部富液入口Ⅲ9相连；贫液入口Ⅱ18与贫液泵17相连，所述贫液泵17与再生塔底部的贫液出口Ⅲ16相连。
热交换器11设有富液进口Ⅰ12、富液出口Ⅰ13、高温蒸汽入口与蒸汽凝液出口；所述高温蒸汽为SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽；
再生塔的顶部设有排气口14，与冷凝器15相连。
本发明捕集系统工作的原理为：
(1)燃煤炉产生的烟道气经除尘、预处理后再经风机、冷凝器通过烟气入口1输送到吸收塔2底部，与吸收塔顶部自上而下喷淋的醇胺(M-CO2-C高效吸收剂)贫液逆流接触，进行气液两相的传热传质；
(2)吸收高炉煤气中CO2的醇胺富液溶液通过吸收塔2底部出口3由富液泵4输送到贫富液热换器5，与再生塔8塔底的贫液出口Ⅲ16输出并通过贫液泵17输入的高温贫液进行换热，待富液升温后从再生塔8的富液入口Ⅲ9进入再生塔8，经富液出口Ⅲ10进入热交换器11；
(3)将SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽A1(0.5≤P≤0.6,150℃≤T≤160℃)通过高温蒸汽入口22进入热交换器11中，作为热源与再生塔输出的富液进行换热，在高温的作用下，将富液加热至CO2解吸温度以上，实现富液中CO2的解吸；
(4)再生的CO2经再生塔8顶部排气口14进入冷凝器15冷却干燥压缩存储，以便后续利用；
(5)富液解析后得到再生的贫液，经贫液泵17输送到贫富液换热器5，与吸收塔2出来的低温富液进行换热降温后，再经贫液冷凝器19冷却进入吸收塔2，完成醇胺溶液循环捕集CO2。
(6)换热完成后得到的蒸汽凝液A2经缓冲罐缓冲后进入稠油联合站已建的除油罐或调储罐进行油水分离，缓冲罐分离出的气体进入伴生气处理站进行处理。
实施例2
低成本、低浓度CO2捕集方法采用图1系统，原料为流化床燃烧后气体的CO2捕集，CO2浓度为10.89％％，经图1工艺捕集后，测得捕集后的CO2浓度为99％。
目前，通过化学法吸收法捕集低浓度CO2的成本约300元/吨。采用本发明，通过持续引入SAGD区块采出液中分离出的无用高温蒸汽进行解吸，一方面可对SAGD的无用蒸汽进行有效利用，另一方面可省去现有工艺换热过程中使用热蒸汽的成本(每吨约110元)，从而实现捕集成本下降至190元/吨以内。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种低成本、低浓度CO2捕集系统，其特征在于，包括依次连接的吸收塔、贫富液热交换器、再生塔和热交换器；
所述热交换器设有富液进口Ⅰ、富液出口Ⅰ、高温蒸汽入口与蒸汽凝液出口；所述高温蒸汽为SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽。
2.根据权利要求1所述的捕集系统，其特征在于，所述富液进口Ⅰ、富液出口Ⅰ分别与再生塔连接，SAGD采出液分离后的高温蒸汽通过所述高温蒸汽入口进入所述热交换器，与富液换热，换热完成后得到的蒸汽凝液经蒸汽凝液出口输出。
3.根据权利要求1所述的捕集系统，其特征在于，所述吸收塔的侧壁下部设有烟气入口，底部设有底部出口，底部出口、富液泵、贫富液热交换器依次连接，吸收塔的顶部设有净化气出口，侧壁上部设有贫液入口1，贫液入口1、贫液冷却器与贫富液热交换器依次连接。
4.根据权利要求1所述的捕集系统，其特征在于，所述贫富液热交换器设有富液入口Ⅱ、富液出口Ⅱ、贫液入口Ⅱ与贫液出口Ⅱ，所述再生塔侧壁上部设有富液入口Ⅲ，底部设有贫液出口Ⅲ，所述富液入口Ⅱ与富液泵相连，富液出口Ⅱ与富液入口Ⅲ相连，所述贫液入口Ⅱ与贫液泵相连，所述贫液泵与再生塔底部的贫液出口Ⅲ相连。
5.根据权利要求1所述的捕集系统，其特征在于，所述再生塔的顶部排气口与冷凝器相连。
6.一种低成本、低浓度CO2的捕集方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的捕集系统进行捕集，包括如下步骤：
(1)将含有CO2的气体输送到吸收塔，与吸收塔的贫液接触，得富液；
(2)将富液与贫液热交换，然后输送至再生塔，进入热交换器，与SAGD采出液经蒸汽分离器分离出的高温蒸汽进行热交换，富液中的CO2解析即得。
7.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(1)中所述气体先经除尘、预处理后再经风机、冷凝器输送到烟气入口进入吸收塔。
8.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(1)中所述的接触为逆流接触。
9.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(1)中所述的贫液为醇胺类吸收剂。
10.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(2)操作为将所述富液从吸收塔底部输送到富液泵，经富液泵输送到贫富液热交换器，与再生塔底部输出的贫液进行换热升温后进入再生塔上部，然后流入热交换器进行热交换，富液中的CO2解析即得。
11.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(2)所述富液中CO2解析后，将再生的CO2进入冷凝器冷却干燥即得。
12.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(2)所述富液中的CO2解析后得到再生的贫液，再生的贫液经贫液泵输送到贫富液换热器，与吸收塔输出的富液进行换热降温后，再经贫液冷凝器冷却进入吸收塔，完成醇胺溶液循环捕集CO2。
13.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于，步骤(2)中所述高温蒸汽进行热交换后，得到的蒸汽凝液经缓冲罐缓冲后进入稠油联合站已建的除油罐或调储罐进行油水分离，缓冲罐分离出的气体进入伴生气处理站进行处理。
14.一种权利要求1-5任一项所述的捕集系统或权利要求6-13任一项所述的捕集方法在地面工程技术领域CCUS技术体系中低浓度CO2捕集中的应用。
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