一种采用离子液体进行烟气中CO2捕集的装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种以离子液体作为循环吸收剂，以低沸点的有机蒸汽作为循环汽提剂，采用超重力旋转床作为超重力再生和吸收装置，进行烟气中CO2捕集分离的装置及工艺，包括按照一定方式连接的贫富液换热器，富液加热器，超重力再生装置，气液换热器，冷凝器，气液分离器，背压阀，蒸汽发生器，贫液输送泵，贫液冷却器，超重力吸收装置，富液输送泵，除沫器。本发明专利技术的装置及工艺可以实现对烟气中CO2的有效捕集分离，具有脱碳效率高、再生能耗低、物耗低、设备体积小、环境友好等优点，适用于燃煤、燃气电厂等工业烟气中CO2的捕集分离。

A device and process for CO2 capture in flue gas using ionic liquids

The invention discloses a device and process for CO2 capture and separation in flue gas using ionic liquids as circulating absorbent, organic vapor with low boiling point as circulating stripping agent, high gravity rotating bed as high gravity regeneration and absorption device, including a poor-rich liquid heat exchanger, a Rich-liquid heater, a high gravity regeneration device, a gas-liquid heat exchanger and a condensation device connected in a certain way. Gas-liquid separator, back pressure valve, steam generator, lean liquid conveying pump, lean liquid cooler, high gravity absorption device, rich liquid conveying pump, demister. The device and process of the invention can achieve effective capture and separation of CO2 in flue gas, and has the advantages of high decarbonization efficiency, low regeneration energy consumption, low material consumption, small equipment volume and friendly environment, and is suitable for capture and separation of CO2 in industrial flue gas such as coal-fired, gas-fired power plants, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种采用离子液体进行烟气中CO2捕集的装置及工艺
本专利技术涉及一种以离子液体作为循环吸收剂，以低沸点的有机蒸汽作为循环汽提剂，采用超重力旋转床作为吸收解吸设备，从烟气中捕集分离CO2，并获得高纯度CO2产品气的装置及工艺。本专利技术具有脱碳效率高，再生能耗低，设备体积小，对环境友好等优点，适用于燃煤电厂，燃气电厂等工业过程烟气中CO2的捕集分离。
技术介绍
燃煤电厂烟气及其他工业领域大量排放的CO2，被认为是影响全球气候变化的一个重要因素，控制CO2气体排放，减缓气候变化已经成为我国可持续发展战略的重要组成部分。同时，CO2作为重要的基础化学品，在化工合成，食品贮存，制冷等领域应用广泛，需求量巨大。因此，燃煤及燃气电厂等工业过程烟气中CO2的捕集分离不仅能有效控制温室气体排放，还能获得重要的基础化学品，具有重要的环保价值和经济价值。目前，CO2的捕集技术和方法主要包括吸附分离法、膜分离法、低温分离法、溶剂吸收法等。其中，基于化学吸收法的碳捕集技术，CO2的脱除效率高且适合燃煤电厂烟气等CO2分压较低的操作条件。传统的化学吸收法以吸收塔为传质设备，烟气从吸收塔底部进入吸收塔，在塔内与由塔顶喷淋的吸收剂溶液逆向接触发生化学反应以达到脱除CO2的目的。该过程中气液相之间逆向接触流动的动力来源是重力场，因重力限制，液体下降速度较慢，同时，为了避免液泛和严重雾沫夹带，气相上升速度也较小，因此两相之间相对速度较小，传质受限。另外，化学吸收剂多采用碱性水溶液或有机胺水溶液，吸收液对设备腐蚀程度大，在解吸工艺高温条件下容易产生挥发性有机化合物(VOC)，造成吸收剂损失和二次污染。基于以上问题，本申请人(北京化工大学)在专利CN102580462B中结合了离子液体的优点和超重力旋转床的优势，公开专利技术了一种二氧化碳捕集分离的新方法，该方法使用无水的，不易挥发的离子液体作为吸收剂，可以有效避免二次污染，防止设备腐蚀，同时，选择超重力旋转床为吸收设备强化了气液传质效率，减小了离子液体黏度较高带来的不利影响。然而，原有的专利技术专利中离子液体吸收剂未能实现循环利用，CO2被捕集后未能从吸收剂中有效分离，因此不能获得高纯度的CO2产品。本专利技术则在原有专利技术的基础上进行了完善和改进，提出了一种新的采用离子液体进行烟气中CO2捕集的工艺系统，可以实现离子液体吸收剂循环利用，并能够获得高纯度的CO2产品。要实现上述目的，将CO2从吸收剂中有效分离是重要步骤。传统的CO2捕集分离工艺中，如热钾碱及有机胺吸收分离CO2的工艺，由于吸收剂是含水溶液，因此可以通过再沸器使吸收剂中的水汽化产生水蒸汽作为汽提气，汽提蒸汽在再生塔中与富液逆流接触，在热与蒸汽的作用下释放出CO2，释放的CO2经过冷凝与蒸汽分离，成为高纯度的CO2产品气；也可采用水蒸汽直接吹扫汽提的方法进行吸收剂再生，同时获得高纯度CO2产品气，如CN101549274A公开了一种直接采用水蒸汽作为吹扫汽提气进行热钾碱或有机胺吸收剂再生，同时获得高纯度CO2产品气的方法，该方法中水蒸汽解吸之后被冷凝下来，送回吸收液配置罐中实现循环利用。然而，这些传统的再生方法并不适用于采用离子液体进行CO2捕集的工艺。一方面，离子液体为电离状态的阴阳离子构成的不含水的吸收剂，其本身具有很低的蒸气压，几乎不挥发，无法通过传统热钾碱或有机胺吸收剂方法中的再沸器工艺产生蒸汽作为汽提气。而使用水蒸汽直接吹扫的方式进行汽提再生，部分水蒸汽在离子液体中冷凝，会降低吸收剂在吸收单元的捕集效果，同时，大幅提高整个工艺的能耗。另一方面，与水溶液吸收剂相比，离子液体通常具有较高的黏度，在传统的塔式设备中其流动缓慢甚至很难流动，传质和传热的效果差，再生效率低，能耗高。因此，提高吸收物在高粘度的离子液体中的扩散速度，降低再生过程的能耗，是实现采用离子液体进行CO2捕集工艺工业化的关键因素。本专利技术涉及的技术方案则解决了上述两个关键问题，首先采用超重力旋转床为核心再生设备，强化了CO2在高粘度离子液体中的扩散过程；其次，本专利技术采用沸点低，热容小的低沸点有机蒸汽作为汽提剂，在超重力旋转床中通入有机蒸汽吹扫离子液体吸收液，汽提其中的CO2，并通过冷凝分离再蒸发的过程，实现汽提工质的循环利用，同时大幅降低了CO2捕集过程的能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以超重力装置为核心设备，以离子液体作为吸收剂，捕集分离CO2的装置及工艺，其中包含有完整的解吸工艺方法，适用于燃煤电厂，燃气电厂等工业过程烟气中CO2的捕集分离。本专利技术提出了一种采用离子液体进行烟气中CO2捕集的装置，包括(1)贫富液换热器，(2)富液加热器，(3)超重力再生装置，(4)气液换热器，(5)冷凝器，(6)气液分离器，(7)背压阀，(8)蒸汽发生器，(9)贫液输送泵，(10)贫液冷却器，(11)超重力吸收装置，(12)富液输送泵，(13)除沫器。其中，所述(11)超重力吸收装置的液体出口经过(12)富液输送泵连接(1)贫富液换热器，(1)贫富液换热器出口之一经过(2)富液加热器与(3)超重力再生装置的液体进口相连，(3)超重力再生装置的液体出口经过(9)贫液输送泵连接(1)贫富液换热器，再经过(10)贫液冷却器连接(11)超重力吸收装置的液体进口，(11)超重力吸收装置的气体出口连接(13)除沫器，(13)除沫器液体出口连接(11)超重力吸收装置的出液管路，(3)超重力再生装置的气体出口连接(4)气液换热器，(4)气液换热器出口经过(5)冷凝器连接(6)气液分离器，(6)气液分离器气体出口连接(7)背压阀，(6)气液分离器液体出口经过(4)气液换热器，再连接(8)蒸汽发生器，(8)蒸汽发生器出口连接(3)超重力再生装置进气口。优选地，所述超重力再生装置(3)和超重力吸收装置(11)为超重力旋转床。本专利技术提供了使用上述装置捕集CO2的工艺，具体包括如下步骤：(1)降温除尘后的含CO2的工业烟气进入超重力吸收装置，与离子液体逆流接触，其中的CO2被离子液体吸收，脱碳后的烟气经过除沫器除去夹带出的液体，排出或送往下游工艺；(2)步骤(1)中吸收CO2后的离子液体通过富液输送泵进行输送，经过贫富液换热器和富液加热器的预热以后进入超重力再生装置进行解吸；(3)步骤(2)中吸收CO2后的离子液体在超重力再生装置中与来自蒸汽发生器的汽提蒸汽逆流接触，CO2从离子液体中转移至气相，随汽提蒸汽离开超重力再生装置；(4)步骤(3)中从超重力再生装置离开的混合气体先经过气液换热器回收其热量，再经过冷凝器进一步冷凝，之后通过气液分离器进行气液分离，分离出的液相进入气液换热器预热之后送往蒸汽发生器，以供再次产生蒸汽循环使用，CO2从气液分离器分离，通过背压阀送往下游工艺或收集；(5)步骤(3)中解吸之后的离子液体从超重力再生装置离开，通过贫液输送泵进行输送，经过贫富液换热器回收热量和贫液冷却器冷却之后送往吸收工段以供循环吸收使用。优选的，步骤(1)中，烟气温度、超重力吸收装置内温度、离子液体温度为15～60℃，最优选为25～40℃，吸收时系统的压力为0.1～0.5MPa；超重力吸收装置的超重力水平为50～1000，气液体积流量比为50：1～500：1；所用的吸收液为含碱性功能基团的离子液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用离子液体进行烟气中CO2捕集的装置，其特征在于：包括贫富液换热器(1)，富液加热器(2)，超重力再生装置(3)，气液换热器(4)，冷凝器(5)，气液分离器(6)，背压阀(7)，蒸汽发生器(8)，贫液输送泵(9)，贫液冷却器(10)，超重力吸收装置(11)，富液输送泵(12)，除沫器(13)，其中，所述超重力吸收装置(11)的液体出口经过富液输送泵(12)连接贫富液换热器(1)，贫富液换热器(1)出口之一经过富液加热器(2)与超重力再生装置(3)的液体进口相连，超重力再生装置(3)的液体出口经过贫液输送泵(9)连接贫富液换热器(1)，再经过贫液冷却器(10)连接超重力吸收装置(11)的液体进口，超重力吸收装置(11)的气体出口连接除沫器(13)，除沫器(13)液体出口连接超重力吸收装置(11)的出液管路，超重力再生装置(3)的气体出口连接气液换热器(4)，气液换热器(4)出口经过冷凝器(5)连接气液分离器(6)，气液分离器(6)气体出口连接背压阀(7)，气液分离器(6)液体出口经过气液换热器(4)，再连接蒸汽发生器(8)，蒸汽发生器(8)出口连接超重力再生装置(3)进气口。

【技术特征摘要】
1.一种采用离子液体进行烟气中CO2捕集的装置，其特征在于：包括贫富液换热器(1)，富液加热器(2)，超重力再生装置(3)，气液换热器(4)，冷凝器(5)，气液分离器(6)，背压阀(7)，蒸汽发生器(8)，贫液输送泵(9)，贫液冷却器(10)，超重力吸收装置(11)，富液输送泵(12)，除沫器(13)，其中，所述超重力吸收装置(11)的液体出口经过富液输送泵(12)连接贫富液换热器(1)，贫富液换热器(1)出口之一经过富液加热器(2)与超重力再生装置(3)的液体进口相连，超重力再生装置(3)的液体出口经过贫液输送泵(9)连接贫富液换热器(1)，再经过贫液冷却器(10)连接超重力吸收装置(11)的液体进口，超重力吸收装置(11)的气体出口连接除沫器(13)，除沫器(13)液体出口连接超重力吸收装置(11)的出液管路，超重力再生装置(3)的气体出口连接气液换热器(4)，气液换热器(4)出口经过冷凝器(5)连接气液分离器(6)，气液分离器(6)气体出口连接背压阀(7)，气液分离器(6)液体出口经过气液换热器(4)，再连接蒸汽发生器(8)，蒸汽发生器(8)出口连接超重力再生装置(3)进气口。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于超重力再生装置(3)和超重力吸收装置(11)为超重力旋转床。3.一种采用离子液体进行烟气中CO2捕集的工艺，其特征在于，本工艺包括如下步骤：(1)、降温除尘后的含CO2的工业烟气进入超重力吸收装置，与离子液体逆流接触，其中的CO2被离子液体吸收，脱碳后的烟气经过除沫器除去夹带出的液体，排出或送往下游工艺；(2)、步骤(1)中吸收CO2后的离子液体通过富液输送泵进行输送，经过贫富液换热器和富液加热器的预热以后进入超重力再生装置进行解吸；(3)、步骤(2)中吸收CO2后的离子液体在超重力再生装置中与来自蒸汽发生器的汽提蒸汽逆流接触，CO2从离子液体中转移至气相，随汽提蒸汽离开超重力再生装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，董宇宁，曾晓飞，陈建峰，初广文，邹海魁，孙宝昌，罗勇，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11