[发明专利]一种从工业尾气中分离回收二氧化碳的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及工业尾气净化及二氧化碳捕集及循环利用技术，具体为一种从工业尾气中分离回收二氧化碳的工艺。

背景技术

随着人类工业活动的增加，大量化石燃料（石油、天然气、煤）被使用，虽然促进了世界经济的快速发展，但造成能源短缺和日益严重的生态环境问题。能源是世界经济发展的命脉，而化石燃料又在能源利用中占主导地位。化石燃料的燃烧是目前最大的大气环境污染源，也是最大的二氧化碳温室气体排放源。因此为了控制二氧化碳的排放，二氧化碳捕集技术可以整合到工业生产中，捕集分离尾气中的二氧化碳。研究工业尾气二氧化碳的排放控制和分离回收技术对于应对全球变暖、温室效应问题具有重要意义。

目前可供选择的二氧化碳捕集技术有很多，但从工业实用性和经济性的角度来说，仅有很少的方法可以使用。现在被公认为是适合短中期商业开发的二氧化碳捕集技术主要有三种，即燃烧前捕获、富氧燃烧捕获和燃烧后捕获。二氧化碳的捕获分离技术大致可分为低温精馏法、膜分离法、吸收法、吸附法等，其中吸收法按吸收原理不同可分为化学吸收法、物理吸收法，但都存在一定的不足之处。从目前技术进展来看，吸收法是最成熟、应用最广泛的二氧化碳分离技术，且对二氧化碳的吸收效果好，分离回收的二氧化碳纯度高达99.9%以上，缺点是成本较高。

针对目前传统脱碳流程能耗大这一问题，近年来，诸多研究者致力于传统流程的改进。2005年Chang 和Shih开发了中间冷却吸收解吸流程，即通过较高的填料高度和较低的烟道气温度来增加富液二氧化碳负载。Rochelle研究小组开发了吸收多压解吸流程，该系统是将解吸塔与一个9级压缩机的前两级结合起来，此外还开发了带有蒸汽压缩的吸收解吸流程。此外诸多研究者还开发了吸收真空解吸流程、吸收多压分流解吸流程、带有蒸汽再压缩的吸收多压解吸流程等。上述流程虽在某种程度上降低了热能消耗，但是蒸汽再压缩，多级压缩等流程仍存在压缩功耗高等问题，整体上并未降低运行能耗。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种从工业尾气中分离回收二氧化碳的工艺，该工艺基于传统二氧化碳捕集工艺流程，整合分流解吸与热泵精馏工艺，有效利用解吸塔顶蒸汽潜热，极大降低系统运行过程中能量的消耗，工艺流程简单，运行成本低，还可获得高纯度的二氧化碳产品，减少温室气体排放。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种从工业尾气中分离回收二氧化碳的工艺，包括吸收塔和解吸塔，具体工艺步骤为：

1）预处理后的工业尾气进入吸收塔（1）底部，在吸收塔内自下向上与从吸收塔（1）顶部进入的吸收液逆流接触，二氧化碳被吸收液吸收，得到富液；净化后的脱碳尾气由吸收塔（1）塔顶直接排出；所述吸收液为质量浓度为20%-50%的单乙醇胺溶液，吸收液温度为30℃-50℃；

2）所述富液从吸收塔（1）底部流出通过富液泵（3）后经分流器（4）分为第一股富液和第二股富液两部分，其中第二股富液占富液的摩尔百分含量为4%-20%；第一股富液经管道I（16）送至贫富换热器（5）换热后，从解吸塔（2）顶喷淋进入；第二股富液经管道II（17）在第一换热器（6）中被加热后经管道III（18）由解吸塔中下部进入解吸塔（2）中解吸，解吸液温度为115℃-125℃，解吸后得到带有水蒸汽的二氧化碳以及贫液；

3）所述贫液由解吸塔底管道IV（19）流出，经再沸器（11）换热后通过管道V（20）进入贫富换热器（5）中与第一股富液换热，然后依次经混合器（12）、补充罐（13）、贫液泵（14）和贫液冷却器（15）后从吸收塔顶部进入吸收塔循环利用；

4）在上述传统工艺基础之上，本工艺充分利用解吸塔顶蒸汽潜热，即利用高度集成手段—热泵技术。所述带有水蒸汽的二氧化碳由解吸塔（2）顶部流出，经压缩机（10）压缩，进入第一换热器（6）中与第二股富液换热后经第一冷却器（8）、分离器（9）分离得到水和二氧化碳，水从分离器底部流出，进入混合器（12）中回用，二氧化碳从分离器顶部排出进入精制工序。

步骤1）中所述工业尾气中二氧化碳的摩尔含量优选为在0.1%~50%。

步骤1）中所述工业尾气的进料压力优选为0.8-1.2个大气压。

步骤2）中第二股富液占富液的质量百分含量优选为4%-20%。

步骤2）中第二股富液优选由解吸塔第1~12块理论板进入解吸塔解吸。

步骤2）中第二股富液更优选由解吸塔第2~12块理论板进入解吸塔解吸。

步骤4）中压缩机压力优选为20KPa -100KPa。