一種聯(lián)合吸收的二氧化碳捕集與壓縮處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于脫碳與二氧化碳減排技術領域，適用于工業(yè)流程的中高壓富二氧化碳氣流的脫碳處理、或二氧化碳捕集以及為達到封存條件的二氧化碳壓縮處理，具體涉及一種聯(lián)合吸收的二氧化碳捕集與壓縮處理工藝。
【背景技術】
[0002]我國以煤為主的能源結構還將持續(xù)很長一段時間，經(jīng)濟快速發(fā)展導致大量二氧化碳(C02)排放。實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展，亟需推進C02捕集與封存技術的開發(fā)與應用。
[0003]碳捕集方式主要有三種:燃燒前碳捕集、富氧燃燒和燃燒后碳捕集。從技術投資、碳捕集能耗和效率等方面來說，燃燒前碳捕集是較優(yōu)的選擇，尤其適合潔凈煤利用技術，例如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)電廠。其特點是含C02氣流的壓力和C02濃度都很高，容易實施碳捕集。這種高壓富C02氣流，也常見于化工生產(chǎn)，例如合成氨與合成甲醇。
[0004]吸收法是目前最成熟，且廣泛應用的大規(guī)模C02分離技術。根據(jù)吸收原理和吸收劑的不同，吸收法可分為物理吸收法、化學吸收法。物理吸收劑對C02壓力較敏感，適合高壓高濃度0)2氣流的吸收分離，而化學吸收劑則適合低壓低濃度C02氣流的吸收分離。當前基于物理吸收開發(fā)的主流技術有Rectisol工藝(吸收劑為甲醇)、Purisol工藝(吸收劑為N-甲基吡咯烷酮，NMP)、Fluor工藝(吸收劑為碳酸丙烯酯，PC)和Selexol工藝(吸收劑為聚乙二醇二甲醚，DEPG)?；瘜W吸收主要為醇胺法，常用吸收劑有單乙醇胺(MEA)、2-胺基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、二乙醇胺(DEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)等；氨法吸收也有使用。
[0005]對于高壓富0)2氣流的碳捕集，當前主要使用物理吸收法。盡管高壓下C02在物理吸收劑中溶解度較高，但需要比較低的吸收溫度，且脫碳率要求較高時需要大量的吸收劑。0)2的解吸由減壓閃蒸實現(xiàn)，閃蒸后C0 2壓力往往為常壓甚至更低，造成了 C0 2壓力的損失，而在捕集之后，0)2需經(jīng)多級壓縮提高壓力才能達到封存條件。因此過度減壓意味著壓縮能耗的大幅提升。這是當前的應用和研究中很少考慮到的盲點，因為C02封存還沒有被廣泛關注。
[0006]化學吸收法常用于煙道氣中的碳捕集且脫碳率高，但熱解吸的再生能耗大。諸多研究者致力于傳統(tǒng)流程的改進，專利CN103961979A提出了一種多級分流再生的化學法C02捕集工藝，富液分為多股，回收貧液熱能后進入解吸塔的不同位置，一定程度上提高了再生度、降低了再沸器負荷。專利CN103463955A基于傳統(tǒng)0)2捕集工藝流程，整合分流解吸與熱栗精餾工藝，有效利用解吸塔頂蒸汽潛熱。專利CN103566712A則利用再生塔頂氣余熱驅(qū)動透平機發(fā)電的方式，降低再沸器的能耗。這些改進措施均能在一定程度上降低碳捕集的能耗，但由于化學吸收法本來的整體能耗就高，當0)2處理量特別大時，再生能耗所需更大，因而改進后的工藝也并不能滿足處理大規(guī)模高壓富C02氣流的需要。
[0007]因此，本發(fā)明結合物理吸收法和化學吸收法各自的特點，將二者聯(lián)合在同一碳捕集與壓縮處理工藝，發(fā)揮其優(yōu)點，回避其缺點，借助熱能和功的回收，實現(xiàn)低能耗處理大規(guī)模高壓富co2氣流的效果。通過檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明專利申請相同的公開專利或其他相關文獻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種聯(lián)合吸收的二氧化碳捕集與壓縮處理工藝，該工藝聯(lián)合了傳統(tǒng)的物理吸收法和化學吸收法C02捕集工藝，主要采取高壓吸收-中壓解吸的策略，將高壓富C02氣流的碳捕集分為兩個階段:起始的高壓高濃度C02的物理吸收和后續(xù)的中壓低濃度co2的化學吸收，分別對應物理捕集工藝和化學捕集工藝。通過工藝聯(lián)合，并回收熱能和功，降低C02捕集和壓縮的能耗，獲得達到封存條件的C0 2 (通常為1 IMPa至15MPa的液態(tài)C02)。本發(fā)明工藝碳捕集率高、能耗低，適宜大規(guī)模高壓富二氧化碳氣流的碳捕集與壓縮處理。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術解決方案是:
[0010]一種聯(lián)合吸收的二氧化碳捕集與壓縮處理裝置，其特征在于，包括脫硫裝置、物理捕集裝置、化學捕集裝置和二氧化碳壓縮冷卻裝置；所述脫硫裝置包括脫硫塔(1)、第一冷卻器(10)、第一溶液栗(9)、第一循環(huán)氣壓縮機(4)、加熱器(2)、第一閃蒸罐(3)和硫化氫分離器(5)，所述脫硫塔(1)的塔頂進口連接第一冷卻器(10)的出口，第一冷卻器(10)的進口連接第一溶液栗(9)的出口，脫硫塔(1)的塔頂出口連接物理吸收塔(7)的塔底進口，脫硫塔(1)的塔底進口連接第一循環(huán)氣壓縮機(4)的出口，脫硫塔(1)的塔底出口連接加熱器⑵的進口，加熱器⑵的出口連接第一閃蒸罐⑶的進口，第一閃蒸罐⑶的頂部出口連接第一循環(huán)氣壓縮機(4)的進口，第一閃蒸罐(3)的底部出口連接硫化氫分離器(5)的進口，硫化氫分離器(5)的底部出口連接第一換熱器(6)的進口 ；所述物理捕集裝置包括物理吸收塔(7)、第一換熱器(6)、分流器(8)、第一膨脹機(11)、第二閃蒸罐(12)、第二膨脹機(16)、第三閃蒸罐(17)、第二溶液栗(18)和第二冷卻器(19)，所述物理吸收塔(7)的塔頂出口連接第一換熱器(6)的進口，物理吸收塔(7)的塔底出口連接分流器⑶的進口，分流器(8)的出口分為兩路，一路連接第一溶液栗(9)的進口，另一路連接第一膨脹機(11)的進口，第一膨脹機(11)的出口連接第二閃蒸罐(12)的進口，第二閃蒸罐(12)的頂部出口管路設置至少一個循環(huán)氣壓縮機和至少一個冷卻器與物理吸收塔(7)的塔底進口連接，第二閃蒸罐(12)的底部出口連接第二膨脹機(16)的進口，第二膨脹機(16)的出口連接第三閃蒸罐(17)的進口，第三閃蒸罐(17)的底部出口連接第二溶液栗(18)的進口，第二溶液栗(18)的出口連接第二冷卻器(19)的進口，第二冷卻器(19)的出口連接物理吸收塔(7)的塔頂進口，第一換熱器￠)的熱物流出口連接物理吸收塔(7)的中部進口 ；所述化學捕集裝置包括化學吸收塔(24)、第二換熱器(25)、解吸塔(26)、第四閃蒸罐(27)、第三溶液栗(28)、第四冷卻器(29)、其他至少一個換熱器和至少一個膨脹機，第一換熱器(6)的冷物流出口連接至少一個換熱器和至少一個膨脹機(先換熱器，后膨脹機，交替放置)再與化學吸收塔(24)的塔底進口管路連接，化學吸收塔(24)的塔底出口連接第二換熱器(25)的進口，第二換熱器(25)的冷物流出口連接解吸塔(26)的塔頂進口，解吸塔(26)的塔頂出口連接第四閃蒸罐(27)的進口，解吸塔(26)的塔底出口連接第三溶液栗(28)的進口，第三溶液栗(28)的出口連接第二換熱器(25)的進口，第二換熱器(25)的熱物流出口管路連接至少一個換熱器再與第四冷卻器(29)的進口連接，第四冷卻器(29)的出口連接化學吸收塔(24)的塔頂進口 ；所述二氧化碳壓縮冷卻裝置包括至少四個壓縮機和至少四個冷卻器，第四閃蒸罐(27)的頂部出口連接至少一個壓縮機和至少一個冷卻器(先壓縮機，后冷卻器，交替放置)再與第三閃蒸罐(17)的頂部出口合并，合并后的管路連接至少三個壓縮機和三個冷卻器(先壓縮機，后冷卻器，交替放置)。
[0011]—種聯(lián)合吸收的二氧化碳捕集與壓縮處理工藝，系統(tǒng)由物理捕集工藝、化學捕集工藝和壓縮冷卻工藝聯(lián)合構成，聯(lián)合方式為:
[0012]1)物理捕集，脫硫。預處理后的含二氧化碳氣流首先進入物理捕集工藝，從脫硫塔