[发明专利]二氧化碳分离和捕获装置及其操作方法

说明书

技术领域

这里所描述的一些实施例涉及二氧化碳分离和捕获装置以及操作该装置的方法。

发明内容

关于捕获二氧化碳，二氧化碳捕获和储存技术近来作为防止涉及在全球规模范围内的全球变暖问题的有效措施而受到关注。尤其地，与热电厂和工艺废气相关的、使用水溶液捕获二氧化碳的方法已经得到研究。例如，已经公开了一种二氧化碳捕获装置，该装置包括：吸收塔，其被构造成通过使吸收液体吸收含二氧化碳的气体来产生富液体；以及再生塔，其被构造成加热从吸收塔中所排出的富液体，从而释放二氧化碳和蒸汽，从蒸汽中分离出二氧化碳，以及使所产生的贫液体返回到吸收塔中。在这种二氧化碳捕获装置中，通过再生热交换器，使用热的贫液体对冷的富液体进行预热，以及该冷的富液体被供给到再生塔，因此释放二氧化碳所需要的能量总量减小了。

但是，由于富液体和贫液体以液相流过再生热交换器，在这些吸收液体之间的传热特性较差。当出于在再生塔处减小能量输入总量的目的，富液体的温度借助于再生热交换器被升高到接近再生塔的工作温度时，在富液体和贫液体之间的温度差在再生热交换器的出口附近变得较小。更加具体地说，把热量从贫液体传递到富液体中的驱动力在再生热交换器的出口附近变得较小。因此，需要较大的再生热交换器来保证较宽的加热区域。相反，当再生热交换器出口附近的富液体和贫液体之间的温度差较大时，再生塔处的富液体的温度升高变得更大，这提高了在再生塔处的能量输入总量。

为了解决这些问题，使用板式再生热交换器，这种热交换器紧凑并且具有较好的传热特性。还可以想到的是，把富液体侧的压力设定得较小、以从富液体中产生蒸汽（水蒸汽）和二氧化碳气体，同时它的温度朝向再生热交换器的出口被升高。在这种情况下，借助在蒸汽产生期间的蒸发潜热和在从富液体中产生二氧化碳气体期间的离解热量，可以从贫液体实现额外的热量回收。因此，即使在富液体的温度没有升高到接近再生塔的工作温度时，在再生塔处的能量输入总量也可以得到抑制。由于在富液体和贫液体之间的温度差不必形成得较小，因此再生热交换器内的加热区域的增大可以得到抑制。

但是，当板式再生热交换器内的富液体变成气体和液体的两相流时（在该两相流中液体和气体混合起来），其在一些板之间的若干通道内的流动速度变得不均匀。当两相流中的气体成分的比例增大时，板式再生热交换器的传热平面被干燥。其结果是，再生热交换器的传热性能恶化和它的工作变得不稳定。另一方面，当富液体在再生热交换器处的温度上升较小、从而抑制了气体的产生时，来自贫液体的热量回收不充分，从而导致减小再生塔处的能量输入总量的效果变得较小。

附图说明

图1是第一实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图；

图2是第二实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图；

图3是第三实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图；

图4是第四实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图；

图5是第五实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图；

图6是第六实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图；以及

图7是第七实施例的二氧化碳分离和捕获装置的示意结构图。

具体实施方式

现在参照附图来解释实施例。

在一个实施例中，二氧化碳分离和捕获装置包括：吸收塔，其中含二氧化碳的气体被引入到该吸收塔中，该吸收塔被构造来允许气体与用于吸收二氧化碳的吸收液体相接触，并且排出富液体（rich liquid），该富液体是吸收了二氧化碳的吸收液体；再生塔，其被构造来加热吸收液体从而使吸收液体释放了含二氧化碳的气体，并且排出贫液体（lean liquid），该贫液体的溶解的二氧化碳浓度小于富液体中的溶解的二氧化碳浓度；以及第一和第二再生热交换器，其被构造成借助使用贫液体来加热富液体。第一再生热交换器是板式热交换器，通过使用从第二再生热交换器所排出的贫液体来加热从吸收塔中所排出的富液体，并且排出成液相的富液体。第二再生热交换器是壳管式热交换器，借助使用从再生塔中所排出的贫液体来加热从第一再生热交换器中所排出的成液相的富液体，以及使富液体产生蒸汽并且释放二氧化碳气体。从第一再生热交换器中所排出的贫液体被供给到吸收塔，以及从第二再生热交换器中所排出的富液体、蒸汽和二氧化碳气体被供给到再生塔。

（第一实施例）