二氧化碳解析塔出气余热回收系统及方法与流程

本发明属于二氧化碳制备，具体涉及一种二氧化碳解析塔出气余热回收系统及方法。

背景技术：

1、溶剂吸收法是目前工业上主流的二氧化碳制备方法，而在二氧化碳减排的大趋势下，二氧化碳捕集与封存项目相对于传统湿法脱硫中高昂的湿法脱硫原料的石灰石采购成本，也更多的利用溶剂吸收法捕捉二氧化碳。溶剂吸收法一般利用co2吸收塔制备二氧化碳后再利用co2解析塔将co2析出。在co2解析塔的co2析出过程中，解析液会伴随co2一同蒸发出来，使得解析出的co2气体中伴随着大量的溶解剂蒸汽。

2、为了去除这部分溶解剂蒸汽，提高co2气体纯度，传统的方式是依靠大量冷却循环水将带有溶解剂蒸汽的二氧化碳气体进行冷却，由于溶解剂冷凝温度更高，溶解剂首先冷凝析出，从而得到高纯度的co2气体。然而，在此过程中，大量的水资源被消耗；同时溶解剂蒸汽携带的大量潜热在冷凝过程中耗散掉，无法得到有效利用；并且溶解剂冷凝过程中释放的大量潜热都通过循环冷却水带走，最终通过冷却塔耗散到环境中，导致此部分余热的浪费。

3、为解决该技术问题，公开号为cn113374552a的中国发明专利申请公开了一种胺法捕集二氧化碳解析塔能量利用的装置系统，该系统包括依次连接的吸收塔系统、胺液系统和解析塔系统；所述解析塔系统与有机朗肯循环发电系统相连，解析塔排出的夹杂二氧化碳的水蒸气进入以低沸点有机物作为工质的闭式朗肯循环发电系统进行发电，被闭式朗肯循环发电系统吸收热量后的夹杂二氧化碳的水蒸气进入到回流液收集装置，气态二氧化碳和回流液在此分开，回流液通过回流液输送装置集中返回到解析塔，二氧化碳气体则通过管道被输送到二氧化碳压缩提纯装置中。

4、上述能源利用系统的不足之处在于：(1)co2解析塔中的溶解剂通常都是有机溶剂，当伴随着co2气体的溶解剂蒸汽在进入有机朗肯循环发电系统中后，或多或少会对有机朗肯循环发电系统产生腐蚀，影响设备使用寿命；(2)有机朗肯循环发电系统对co2解析塔出气的处理效率较低，余热回收效率低。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是提供一种二氧化碳解析塔出气余热回收系统；

2、本发明的另一发明目的是提供二氧化碳解析塔出气余热回收方法；

3、该二氧化碳解析塔出气余热回收系统及方法对二氧化碳解析塔出气产生的混合蒸汽中的溶解剂蒸汽及时分离出系统，避免对系统产生腐蚀；同时还能高效回收co2解析塔出气的余热。

4、为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

5、一种二氧化碳解析塔出气余热回收系统，包括：

6、第一换热器，该第一换热器用于将二氧化碳解析塔出气与低温第一工质换热以获得高温第一工质；

7、较高品位蒸汽制备组件，该较高品位蒸汽制备组件用于利用该高温第一工质制备中压蒸汽或高品位蒸汽。

8、本发明先采用第一换热器将二氧化碳解析塔出气与低温第一工质换热，在使二氧化碳解析塔出气中的溶解剂蒸汽冷凝析出的同时，获得高温第一工质；而后再使用较高品位蒸汽制备组件提升高温第一工质的品位，获得中压蒸汽或高品位蒸汽；不仅有效回收了二氧化碳解析塔出气携带的大量潜热，大大提升了余热回收效率，有效降低二氧化碳解析塔向环境的热量排放(排放到环境中的热量可减少40％以上)；而且二氧化碳解析塔出气只在第一换热器中通流，二氧化碳解析塔出气中含有的可能存在腐蚀性的溶解剂只与第一换热器接触，因此，只需做好第一换热器中二氧化碳解析塔出气流通部件的防腐蚀措施即可，避免了溶解剂对整个系统造成腐蚀而影响设备使用寿命。

9、本发明的余热回收系统中第一工质可循环使用，用于回收二氧化碳解析塔出气的潜热的第一工质的使用量可比现有技术降低40％以上。

10、在上述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统中，所述的较高品位蒸汽制备组件包括：

11、第二类吸收式热泵，该第二类吸收式热泵与第一换热器之间形成有第一工质循环回路，该第二类吸收式热泵还具有中压蒸汽出口和第二工质第一入口，第二工质自该第二工质第一入口进入第二类吸收式热泵并在第二类吸收式热泵中吸热后形成中压蒸汽；

12、冷却组件，该冷却组件与第二类吸收式热泵之间形成有冷却工质循环回路。

13、第二类吸收式热泵利用第一换热器回收的热量对第二工质加热以制备中压蒸汽；而第一工质循环回路可以及时将高温第一工质输送至第二类吸收式热泵，同时将换热后降温形成的低温第一工质输送至第一换热器再次加热。保证对余热及时回收的同时还实现了第一工质的循环利用。

14、在上述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统中，所述的第一换热器的壳程具有低温第一工质入口和高温第一工质出口，所述的第二类吸收式热泵具有高温第一工质入口和低温第一工质出口；

15、该高温第一工质入口与该高温第一工质出口通过管路相连通，该低温第一工质出口与该低温第一工质入口通过管路相连通，所述管路上设有用于驱使第一工质在第一工质循环回路中通流的第一工质循环泵。

16、低温第一工质从第一换热器的低温第一工质入口进入第一换热器进行换热产生了高温第一工质，该高温第一工质从第一换热器的高温第一工质出口流出并由第一工质循环泵向第二类吸收式热泵的高温第一工质入口送入；在第二类吸收式热泵中的高温第一工质经过换热后变为低温第一工质，第二类吸收式热泵中的低温第一工质从低温第一工质出口由第一工质循环泵向第一换热器的低温第一工质入口输送。

17、在上述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统中，所述的第一换热器的管程具有二氧化碳解析塔出气入口、第一溶解剂凝液出口和低纯度二氧化碳出口；该第一溶解剂凝液出口处于第一换热器的底部，该低纯度二氧化碳出口处于第一换热器的顶部。

18、由于出气中的大部分溶解剂会在第一换热器中冷凝，为了及时将溶解剂凝液析出，减少可能对设备的影响，第一溶解剂凝液出口处于第一换热器的底部，以便第一时间将溶解剂凝液送出第一换热器；而为了尽可能提高蒸汽中二氧化碳浓度，低纯度二氧化碳出口设置于第一换热器的顶部。

19、作为优选，二氧化碳解析塔出气入口设置在第一换热器的下半段上，以为溶解剂的冷凝提供充足的时间。

20、本发明采用第一换热器的管程为二氧化碳解析塔出气入口、溶解剂提供通流通道，便于在长期使用后更换可能被溶解剂腐蚀的管程。

21、二氧化碳解析塔出气在第一换热器仅经过一次换热，其潜热可能未被完全回收，且夹杂在二氧化碳中的溶解剂蒸汽也可能未完全冷凝，导致二氧化碳纯度不高。为了进一步提高二氧化碳纯度、充分回收二氧化碳解析塔出气的潜热，所述的较高品位蒸汽制备组件还包括第二换热器，该第二换热器用于将来自第一换热器的低纯度二氧化碳与第二工质换热，并将换热后的第二工质送入第二类吸收式热泵。

22、第二换热器将低纯度二氧化碳中的溶解剂进一步冷凝析出，将低纯度二氧化碳携带的潜热和溶解剂冷凝产生的热量均被第二换热器回收；第二工质在第二换热器进行预热可以缩短第二类吸收式热泵对第二工质的加热时间，提高第二类吸收式热泵制热效率。

23、在上述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统中，所述的第二换热器的壳程具有第二工质第二入口和第二工质第二出口，该第二工质第二入口通过管路与第二工质储罐相连通，该管路上设有第二工质输送泵；该第二工质第二出口通过管路与第二类吸收式热泵的第二工质第一入口相连通；

24、所述的第二换热器的管程具有低纯度二氧化碳入口、第二溶解剂凝液出口和高纯度二氧化碳出口，该第二溶解剂凝液出口处于第二换热器的底部，该高纯度二氧化碳出口处于第二换热器的顶部。

25、第二工质储罐中的第二工质由第二工质输送泵向第二换热器的第二工质第二入口送入，第二工质在第二换热器内预热至60-80℃，再从第二工质第二出口中向第二类吸收式热泵的第二工质第一入口送入；同时为了将低纯度二氧化碳中的溶解剂尽可能的分离，第二溶解剂凝液出口和高纯度二氧化碳出口分别设置于第二换热器的底部和顶部。

26、第二类吸收式热泵获得的是温度在175℃以下、压力在0.1-0.35mpa之间的中压蒸汽，当待加热物料对加热温度要求较低时，可以直接利用该中压蒸汽与之换热，若待加热物料对加热温度要求较高时，则需要对该中压间蒸汽进一步增加升温。

27、因此，作为优选，在上述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统中，所述的较高品位蒸汽制备组件还包括第一压缩机，该第一压缩机与第二类吸收式热泵的中压蒸汽出口相连，用于对中压蒸汽实施增压升温操作以获得高品位蒸汽。

28、上述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统还包括第三换热器，该第三换热器用于将来自第二类吸收式热泵的中压蒸汽或来自第一压缩机的高品位蒸汽与待加热物料换热以分别获得低温第二工质和被加热物料；

29、所述的第三换热器具有第二工质出口，该第二工质出口与第二工质第一入口或第二工质第二入口通过第二工质回流管路相连通以将低温第二工质送回第二类吸收式热泵或第二换热器。

30、通过设置第三换热器，第二工质在完成待加热物料的换热完成后，继续在较高品位蒸汽制备组件内循环，形成闭环运行以降低对第二工质资源的消耗。

31、本发明还提供了另一种制取较高品位蒸汽的方式，即：所述的高品位蒸汽制备组件包括第二压缩机，该第二压缩机用于对高温第一工质实施增压升温操作以获得高品位蒸汽；

32、所述的第一换热器的壳程具有低温第一工质入口和高温第一工质出口，所述的第二压缩机与该高温第一工质出口相连通；

33、所述的第一换热器的管程具有二氧化碳解析塔出气入口、第一溶解剂凝液出口和低纯度二氧化碳出口；

34、所述的高品位蒸汽制备组件还包括第四换热器，该第四换热器用于将来自第一换热器的低纯度二氧化碳与第一工质换热，并将换热后的第一工质自低温第一工质入口送入第一换热器；

35、所述的二氧化碳解析塔出气余热回收系统还包括第五换热器，该第五换热器用于将来自第二压缩机的高品位蒸汽与待加热物料换热，并将换热后的第一工质自低温第一工质入口送入第一换热器。

36、上述的较高品位蒸汽制取结构中，仅引入了一种工质，即在第一工质与二氧化碳解析塔出气换热后，直接采用第二压缩机压缩以制取高品位蒸汽；这种结构虽然简单，但要求第一工质在与二氧化碳解析塔出气换热后是呈气态的，对二氧化碳解析塔出气的温度要求较高，或要求第一工质的汽化温度相对较低。

37、一种二氧化碳解析塔出气余热回收方法，包括：

38、将二氧化碳解析塔出气与第一工质换热以使二氧化碳解析塔出气中的溶解剂冷凝并获得高温第一工质的步骤；

39、将高温第一工质或与高温第一工质换热后的第二工质增压升温以获得中压蒸汽或高品位蒸汽的步骤；

40、将所述的中压蒸汽或高品位蒸汽作为热源使用的步骤。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

42、(1)本发明先采用第一换热器将二氧化碳解析塔出气与低温第一工质换热，在使二氧化碳解析塔出气中的溶解剂蒸汽冷凝析出的同时，获得高温第一工质；而后再使用较高品位蒸汽制备组件提升高温第一工质的品位，获得中压蒸汽或高品位蒸汽；不仅有效回收了二氧化碳解析塔出气携带的大量潜热，大大提升了余热回收效率，有效降低二氧化碳解析塔向环境的热量排放(排放到环境中的热量可减少40％以上)；而且二氧化碳解析塔出气只在第一换热器中通流，二氧化碳解析塔出气中含有的可能存在腐蚀性的溶解剂只与第一换热器接触，因此，只需做好第一换热器中二氧化碳解析塔出气流通部件的防腐蚀措施即可，避免了溶解剂对整个系统造成腐蚀而影响设备使用寿命。

43、(2)本发明的余热回收系统中第一工质可循环使用，用于回收二氧化碳解析塔出气的潜热的第一工质的使用量可比现有技术降低40％以上。

44、(3)本发明中，第二类吸收式热泵利用第一换热器回收的热量对第二工质加热以制备中压蒸汽；而第一工质循环回路可以及时将高温第一工质输送至第二类吸收式热泵，同时将换热后降温形成的低温第一工质输送至第一换热器再次加热。保证对余热及时回收的同时还实现了第一工质的循环利用。

45、(4)本发明中，由于出气中的大部分溶解剂会在第一换热器中冷凝，为了及时将溶解剂凝液析出，减少可能对设备的影响，第一溶解剂凝液出口处于第一换热器的底部，以便第一时间将溶解剂凝液送出第一换热器；而为了尽可能提高蒸汽中二氧化碳浓度，低纯度二氧化碳出口设置于第一换热器的顶部。

46、(5)本发明采用第一换热器的管程为二氧化碳解析塔出气入口、溶解剂提供通流通道，便于在长期使用后更换可能被溶解剂腐蚀的管程。

47、(6)第二换热器将低纯度二氧化碳中的溶解剂进一步冷凝析出，将低纯度二氧化碳携带的潜热和溶解剂冷凝产生的热量均被第二换热器回收；第二工质在第二换热器进行预热可以缩短第二类吸收式热泵对第二工质的加热时间，提高第二类吸收式热泵制热效率。

48、(7)第二工质储罐中的第二工质由第二工质输送泵向第二换热器的第二工质第二入口送入，第二工质在第二换热器内预热至60-80℃，再从第二工质第二出口中向第二类吸收式热泵的第二工质第一入口送入；同时为了将低纯度二氧化碳中的溶解剂尽可能的分离，第二溶解剂凝液出口和高纯度二氧化碳出口分别设置于第二换热器的底部和顶部。

49、(8)本发明中，通过设置第三换热器，第二工质在完成待加热物料的换热完成后，继续在较高品位蒸汽制备组件内循环，形成闭环运行以降低对第二工质资源的消耗。

50、(9)本发明另一种制取较高品位蒸汽的方式中，仅引入了一种工质，即在第一工质与二氧化碳解析塔出气换热后，直接采用第二压缩机压缩以制取高品位蒸汽；这种结构虽然简单，但要求第一工质在与二氧化碳解析塔出气换热后是呈气态的，对二氧化碳解析塔出气的温度要求较高，或要求第一工质的汽化温度相对较低。