[发明专利]一种基于有机溶剂吸收-萃取再生循环的烟气二氧化碳捕集系统及方法

说明书

本发明涉及基于有机溶剂吸收‑萃取再生循环的烟气二氧化碳捕集系统，包括烟气预处理塔、吸收塔、萃取再生塔、解吸塔、水平衡塔及溶剂回收塔；烟气预处理塔顶部的烟气出口连接至吸收塔下部的烟气进口；吸收塔顶部的烟气出口连接至水平衡塔底部的烟气进口；水平衡塔顶部的烟气出口通过烟气管道连接至溶剂回收塔底部的烟气进口；吸收塔的富液出口连接至萃取再生塔底部的富液进口，萃取再生塔顶部的有机相出口通过冷却器连接至吸收塔上部的有机溶剂入口。本发明的有益效果是：本系统充分发挥了有机溶剂在吸收塔内CO₂吸收速率较快、富液在再生塔内CO₂循环容量大的优点，从而减小了吸收塔尺寸，降低了解吸塔的热耗，降低了碳捕集成本。

技术领域

本发明属于烟气二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种基于有机溶剂吸收-萃取再生循环的烟气二氧化碳捕集系统及方法。

背景技术

人为温室气体排放导致的全球气候变暖，是当今世界面临的重大挑战。作为我国最大固定排放源，燃煤电厂及工业烟气CO₂捕集是实现我国碳中和目标的重要选择。化学吸收法是现阶段唯一可大规模捕集烟气CO₂的技术路线。

稀释的弱碱水溶液最常用作烟气CO₂化学吸收技术的吸收剂，如质量浓度为20％-30％的乙醇胺(MEA)水溶液，已应用于百万吨级/年燃煤电厂烟气CO₂捕集工程装置。MEA吸收剂吸收CO₂后，送入解吸塔加热解吸CO₂，解吸CO₂后的MEA吸收剂经贫富液换热器回收热量后，送回CO₂吸收塔。但常规MEA水溶液(20％-30％)的CO₂吸收速率慢，为了实现90％的捕集率，CO₂吸收塔的设备尺寸较大，造成系统投资成本较高，极大限制了该技术的大规模应用。MEA水溶液(20％-30％)由于含水量高(70％-80％)，液相CO₂浓度较低，导致CO₂解吸过程中消耗大量热用于水的蒸发和升温，造成系统的运行能耗高。

近年来，国内外研究学者提出基于少水或非水的有机溶剂体系用作CO₂吸收剂有助于提高CO₂吸收速率。Yuan等(DOI:10.1016/j.ces.2018.02.026)的实验测量结果表明，30％MEA/66％NMP有机溶剂体系由于CO₂物理溶解度比常规30％MEA/水体系相比较高，CO₂吸收速率可提高4倍。

有机溶剂体系由于极性减弱，在吸收CO₂后自萃取而易发生分相现象，导致吸收剂对CO₂的吸收速率和吸收容量发生较大的变化。中国发明专利(CN108079746B)公开了基于高浓度混合胺的有机溶剂前提下，用作CO₂吸收剂，如总质量浓度为70％-80％的乙醇胺/二乙氨基乙醇体系，其在吸收CO₂后发生液液分相，形成有机相和水溶液相，水溶液相的CO₂吸收容量提高30％-60％。进一步地，Liu等(DOI:10.1016/j.cej.2020.126503)通过实验研究发现，CO₂气体在有机相中的物理溶解度比水溶液相高2-7倍，导致有机相的CO₂吸收速率比水溶液相快3-5倍，而吸收后的CO₂自发转移并富集在水溶液相，导致水溶液相的CO₂循环容量要高出2-5倍，极大减少了所需再生溶液量，能有效降低再生能耗。