本实用新型涉及资源环境领域，具体涉及一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统。
背景技术：
目前，温室效应日趋严重，而二氧化碳是温室效应的主要成分，如何减少二氧化碳的排放已成为急需解决的问题。对于我国，二氧化碳年排放量已超100亿吨，其中约一半的排放量来自燃煤电厂燃烧后的排放，且基于我国以火力发电为主，所以二氧化碳在2030年前仍将以较高增速持续增长。火力发电厂产生的二氧化碳直接排放到大气中只能加剧温室效应，对全球气候及人类生活空间更是造成严重损害；二氧化碳虽然是主要的温室气体，但也是一种潜在的碳资源，具有极其广泛的用途，例如可以通过向油井中注入二氧化碳来提高石油的开采率，液态的二氧化碳更是一种天然的制冷工质；除此之外，它在食品工业中用来果蔬、鱼肉的保鲜，在化工工业中更是一种基础资源，因此能将排放的二氧化碳有效收集利用起来尤为重要，此时特别需要一种能将燃煤发电厂排放的二氧化碳收集液化的技术。
目前，国内外许多企业机构已经开始了对二氧化碳收集方面技术的研究，至2018年8月，全球共有37个大型ccus项目，其中有22个项目处于运行或建设阶段，综合捕集能办但均存在一些不足之处，比如瑞士两位工程师克里斯托福和伍兹布彻制造的二氧化碳捕捉设备directaircapture,该设备虽然能够从大气中捕捉二氧化碳，但由于大气中二氧化碳浓度较低，导致该设备效率低下。用mea溶液吸收二氧化碳是现阶段吸收二氧化碳比较成熟的工艺，但由于mea溶液在解析时需要110℃以上的高温，导致耗能较大，且收集到的物质为气相，不利于储存运输。而用膜分离法则面临着气体分离膜对气体的选择性差，容易被腐蚀等问题。
由此可见，用现有技术来捕集二氧化碳耗能大，效率较低，且存在捕集产物不易于运输，针对面临的问题及现有技术，创造一种用于捕集及液化燃煤电厂排放的二氧化碳的方法具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的问题是提供一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，可以减小排放到大气中的二氧化碳过多造成的有害影响，缓解温室效应，同时将系统产生的液态二氧化碳作为资源服务于我们生产生活。
本实用新型采用的技术方案为：
一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，包括二氧化碳化学方法捕集系统、低温液化系统和吸收剂回收重利用系统；所述二氧化碳化学方法捕集系统包括依次相连的二氧化碳吸收塔、氨气吸收塔和二氧化碳解吸塔；所述二氧化碳解吸塔将排出的废气通过低温液化系统将氨气与二氧化碳进行分离，并使氨气进入吸收剂回收重利用系统，重新在二氧化碳化学方法捕集系统中发挥作用。
进一步，所述二氧化碳吸收塔包括塔外氨水存储槽；所述塔外氨水存储槽与塔内的第一喷淋嘴相连；进气管道连接在二氧化碳吸收塔中部的进气口处；所述二氧化碳吸收塔的底部设置有第一塔内液体存储槽，所述第一塔内液体存储槽的底部设有倾斜的第一斜面，安装在第一斜面上的第一管道通向二氧化碳解吸塔内的第三塔内液体存储槽；所述二氧化碳吸收塔的顶部为第一出气口，所述第一出气口通过输气管道连接在氨气吸收塔中部的第二进气口上。
进一步，氨气吸收塔包括塔外水存储槽；所述塔外水存储槽与塔内的第二喷淋嘴相连；所述氨气吸收塔塔底设有第二塔内液体存储槽,所述第二塔内液体存储槽上方连接有进水管道，所述第二塔内液体存储槽的底部为第二斜面；所述第二斜面上设有第二管道，所述第二管道与二氧化碳吸收塔的塔外氨水存储槽相连；所述氨气吸收塔的塔顶为第二出气口；所述第二出气口上安装有第二电磁切断阀，在第二电磁切断阀于第二出气口之间横向安装有第一气体单向阀和第一电磁切断阀，并与第二进气口相连；所述第一电磁切断阀和第二电磁切断阀由安装在第二出气口处的壁挂式氨气检测传感器控制。
进一步，所述二氧化碳解吸塔内设有第三塔内液体存储槽，所述第三塔内液体存储槽分为两部分，通过液位控制器来检测并调节两部分的液位；再沸器和液体输送泵安装在二氧化碳解吸塔外部；塔顶的第三出气口外部安装有冷却器；二氧化碳解吸塔所连的管道与二氧化碳吸收塔外的氨水存储槽相连，用于将解析后溶质浓度较低的溶液再次输送到氨水存储槽中并再次利用。
进一步，二氧化碳吸收塔、氨气吸收塔和二氧化碳解吸塔的出气口下方均设有旋流除雾层，用于除去吸收塔内由于吸收过程产生的水蒸气。
进一步，所述低温液化系统包括气流干燥机、气体增压机、螺杆压缩机、冷凝器和蒸发器；所述气流干燥机分别与冷却器和气体增压机相连，所述气体增压机通过第一冷凝器连接在气液分离器一端气体入口处，所述气液分离器一端的气体出口处分别连接蒸发器的一端和螺杆压缩机，所述螺杆压缩机的通过第二冷凝器连接在蒸发器的另一端。
进一步，所述吸收剂回收重利用系统包括气液分离器、节流阀、液体单向阀、液氨储存槽、液氨蒸发器和第二气体单向阀；所述气液分离依次连接节流阀、液体单向阀、液氨储存槽和液氨蒸发器，并通过第二气体单向阀重新与塔外氨水存储槽连接。
本实用新型产生的有益效果是：
（1）由于燃煤电厂烟气中的二氧化碳浓度相比大气中的二氧化碳浓度更大，是目前二氧化碳捕集的较好源头，更易于降低二氧化碳捕集成本，提高效率；
（2）利用解吸温度更低的氨水吸收烟气中的二氧化碳，同时吸收净化二氧化碳吸收塔中的氨气，并高效地回收重利用了二氧化碳解吸塔中分解产生的氨气；
（3）有效结合捕集方法及液化方法，避免了现有技术只通过一种方法进行捕集造成的资源浪费。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型中二氧化碳吸收塔的结构示意图；
图3为本实用新型中氨气吸收塔的结构示意图；
图4是本实用新型中二氧化碳解吸塔的结构示意图；
图5为本实用新型中低温液化系统的结构示意图；
图中：3-进气管道、4-第一出气口、5-第一喷淋嘴、6-塔外氨水存储槽、7-第一吸收塔视窗、8-第一进气口、9-第一斜面、10-输气管道、12-第一管道、13-第二出气口、14-第二喷淋嘴、15-第二吸收塔视窗、16-第二进气口、17-塔外水存储槽、18-二氧化碳解吸塔、19-再沸器、20-液体输送泵、21-支撑座、22-循环冷却水出口、23-冷却器、24-循环冷却水进口、25-气体增压机、26-第一冷凝器、27-螺杆压缩机、28-第二冷凝器、29-热力膨胀阀、30-蒸发器、31-二氧化碳管道、32-液位控制器、33-第三塔内液体存储槽、34-二氧化碳吸收塔、35-氨气吸收塔、36-第一水泵、37-第一液体存储槽、38-第二斜面、39-第二塔内液体存储槽、40-第三出气口、41-进水管道、42-第二管道、43-第一旋流除雾层、44-第二旋流除雾层、45-第三旋流除雾层、46-氨气检测传感器、47-第一气体单向阀、48-第一电磁切断阀、49-第二电磁切断阀、50-第二水泵、51-气液分离器、52-第三管道、53-节流阀、54-液体单向阀、55-液氨储存槽、56-液氨蒸发器、57-第二气体单向阀、58-气流干燥机。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施事例中的附图，对本实用新型实施事例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实用新型是一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，包括二氧化碳化学方法捕集系统、低温液化系统和吸收剂回收重利用系统。如图1所示，二氧化碳化学方法捕集系统包括二氧化碳吸收塔、氨气吸收塔和二氧化碳解吸塔，并依次通过管道相连；低温液化系统包括干燥部分、增压部分、动力部分、热交换部分与压力调节部分；干燥部分为气流干燥机，增压部分为气体增压机，用于提高二氧化碳气体的压力，使其在一定温度下达到液相饱和点；动力部分为螺杆压缩机，用于压缩制冷工质，热交换部分包括冷凝器与蒸发器，压力调节部分为热力膨胀阀，安装于冷凝器和蒸发器之间。吸收剂回收重利用系统包括气液分离部分，压力调节部分，流向控制部分，液氨存储部分，液氨汽化部分。气液分离部分为气液分离器，压力调节部分为节流阀，流向控制部分为液体单向阀和气体单向阀，液氨存储部分为液氨储存槽，液氨汽化部分为液氨蒸发器。
如图2所示，二氧化碳吸收塔34包括塔外氨水存储槽6，驱动氨水流动的第一水泵36将塔外氨水存储槽6内的氨水通过管道从第一喷淋嘴5中喷出。第一喷淋嘴5设置在二氧化碳吸收塔34的中部并设置有多层，氨水和排放烟气中的二氧化碳发生反应，生成碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，使气态二氧化碳被固定。二氧化碳吸收塔34的底部设置有第一塔内液体存储槽37，用于存储反应生成的碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液。在第一塔内液体存储槽37的底部是具有5°倾斜的第一斜面9，用于在吸收塔放空时防止吸收液残留。塔内反应生成的富液通过第一管道12流入二氧化碳解吸塔18内的第三塔内液体存储槽33中待做下一步处理。进气管道3连接在二氧化碳吸收塔34中部的进气口8处。二氧化碳吸收塔34顶部为第一出气口4，该第一出气口4通过输气管道10连接在氨气吸收塔中部的第二进气口16处。位于二氧化碳吸收塔34的第一出气口4下方设有第一旋流除雾层43，以除去吸收塔内由于吸收过程产生的水蒸气。二氧化碳吸收塔34外部设有第一吸收塔视窗7。第一喷淋嘴5及与氨水存储槽6相连的管道为钢衬具有良好的抗腐蚀性。
如图3所示，氨气吸收塔35的结构与二氧化碳吸收塔34相似，包括塔外水存储槽17、驱动水流动的第二水泵50以及塔内设置的第二喷淋嘴14。第二喷淋嘴14设有多层，且通过第二水泵50与塔外水存储槽17相连；氨气吸收塔35塔底设有第二塔内液体存储槽39,第二塔内液体存储槽39上方连接有进水管道41，第二塔内液体存储槽39的底部为5°的第二斜面38。氨气吸收塔35的外部设有第二吸收塔视窗15，塔中部设置有第二进气口16，塔顶为第二出气口13及靠近塔顶的第二旋流除雾层44。第二出气口13处安装有壁挂式氨气检测传感器46，在氨气吸收塔氨气检测传感器46上方设置有由氨气检测传感器46控制的第一电磁切断阀48和第二电磁切断阀49，以及通过管道与第一电磁切断阀48相连的第一气体单向阀47。
本实用新型中采用在常温常压下吸收塔吸收的方法来净化氨气，由氨气检测传感器46控制的第二电磁切断阀49在吸收净化后的气体达到排放标准时打开，第一电磁切断阀48关闭；由氨气检测传感器46控制的第一电磁切断阀48在吸收净化后的气体没有达到排放标准时打开，第二电磁切断阀49关闭。通过管道与第一电磁切断阀48相连的第一气体单向阀始47终为打开状态，其作用为，气体只能从第一电磁切断阀48处流至输气管道10，而不会导致输气管道10中的气体在未经吸收净化之前直接排放到大气中，以此使排放的气体达到排放标准。在本实用新型中，选择水作为吸收剂，当在吸收剂水中溶质的浓度达到一定值时，对此溶液通入适量氨气，使其成为浓度为7%的氨水溶液，通过第二管道42输送到二氧化碳吸收塔34的塔外氨水存储槽6内。
如图4所示，二氧化碳解吸塔18内设有第三塔内液体存储槽33，顶部设有第三旋流除雾层45和第三出气口40。第三塔内液体存储槽33分为两部分，通过液位控制器32来检测并调节两部分的液位，防止一侧液位过高产生危险。再沸器19安装在二氧化碳解吸塔18外部，用于通过加热来分解碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，以此使二氧化碳重新变为气态。再沸器19上连接有液体输送泵20，用于对传输中的碳酸铵和碳酸氢铵提供压力和动力，使混合溶液持续稳定的流动。第三出气口40外部安装有冷却器23，该冷却器23用于将二氧化碳解吸塔18中产生的二氧化碳、氨气及水蒸气混合气体进行冷却，冷却器23上设有循环冷却水出口22及循环冷却水进口24，即该冷却器23采用水冷方式。二氧化碳解吸塔18所连的管道11与二氧化碳吸收塔外的氨水存储槽6相连，用于将解析后溶质浓度较低的溶液再次输送到氨水存储槽6中并再次利用。
本实用新型中的二氧化碳吸收塔34、氨气吸收塔35和二氧化碳解吸塔18均安装在支撑座21上，支撑座21采用普通的混凝土结构，具有较强的承载能力，以提高塔的高度，防止在运行时由于外部因素对塔造成损坏。
如图5所示，低温液化系统采用单级机械压缩制冷循环，制冷剂在液氨蒸发器56中进行了热交换，吸热成为气体。由二氧化碳解吸塔18产生的氨气与二氧化碳的混合气体通过干燥机58后，由增压机25增压到1.9mpa，用于提高二氧化碳气体及氨气的压力，使其在一定温度下达到液相饱和点，并进入第一冷凝器26；通过冷凝器26冷凝作用将气体冷却至30℃使氨气液化。液化后的液氨与纯净的二氧化碳通过气液分离器51分离，液氨进入第三管道52、经过节流阀53节流降压，之后通过液体单向阀54流入液氨储存槽55，液氨储存槽55流出的液氨经过液氨蒸发器56使液氨气化，气化后的氨气通过第二气体单向阀57进入氨水存储槽6，实现了对吸收剂溶质的回收重利用。
制冷工质r134a通过管道进入螺杆压缩机27，被压缩成高温高压的气体，经管道进入第二冷凝器28，被冷却成为制冷剂液体；制冷工质r134a液体进入热力膨胀阀29，在热力膨胀阀29的作用下，制冷工质r134a液体压力由冷凝压力降为蒸发压力，同时一部分制冷工质转化为蒸汽；另一部分液体制冷工质r134a进入蒸发器30冷媒管，进行热交换，完成一个制冷循环。从气液分离器51中分离出压力为1.9mpa的二氧化碳通过二氧化碳管道31进入制冷温度为-24℃的蒸发器30中，在温度为-24℃，压力为1.9mpa时，二氧化碳处于液相，从而得到高浓度的液体二氧化碳，并可将液体二氧化碳保存在耐压钢瓶中。
本实用新型在运行时，燃煤电厂排出的烟气经除尘冷却后进入二氧化碳吸收塔，二氧化碳在二氧化碳吸收塔中被吸收剂吸收，得到较高浓度的吸收液；未被吸收的气体及挥发的少量氨气通入氨气吸收塔中进行净化，净化后达到排放标准的气体排放到大气中，从二氧化碳吸收塔中得到的较高浓度的吸收液通入到解吸塔中进行二氧化碳的再生，从解吸塔中得到二氧化碳气体和氨气；将二氧化碳气体和氨气增压至1.9mpa并冷却至30℃后得到液氨和二氧化碳气体，液氨和二氧化碳气体进入气液分离器进行分离，得到的二氧化碳气体，通过管道输送到低温液化系统进行液化，液氨经过节流阀进行降压，降压后的液体通过液体单向阀进入液氨储存槽进行暂时存储，从液氨储存槽流出的液氨进入液氨气化器进行气化，得到的气体通过气体单向阀进入二氧化碳吸收塔外置的氨水存储槽中，从而实现氨的回收利用。
1.一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：包括二氧化碳化学方法捕集系统、低温液化系统和吸收剂回收重利用系统；所述二氧化碳化学方法捕集系统包括依次相连的二氧化碳吸收塔、氨气吸收塔和二氧化碳解吸塔；所述二氧化碳解吸塔将排出的废气通过低温液化系统将氨气与二氧化碳进行分离，并使氨气进入吸收剂回收重利用系统，重新在二氧化碳化学方法捕集系统中发挥作用。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：所述二氧化碳吸收塔包括塔外氨水存储槽；所述塔外氨水存储槽与塔内的第一喷淋嘴相连；进气管道连接在二氧化碳吸收塔中部的进气口处；所述二氧化碳吸收塔的底部设置有第一塔内液体存储槽，所述第一塔内液体存储槽的底部设有倾斜的第一斜面，安装在第一斜面上的第一管道通向二氧化碳解吸塔内的第三塔内液体存储槽；所述二氧化碳吸收塔的顶部为第一出气口，所述第一出气口通过输气管道连接在氨气吸收塔中部的第二进气口上。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：氨气吸收塔包括塔外水存储槽；所述塔外水存储槽与塔内的第二喷淋嘴相连；所述氨气吸收塔塔底设有第二塔内液体存储槽,所述第二塔内液体存储槽上方连接有进水管道，所述第二塔内液体存储槽的底部为第二斜面；所述第二斜面上设有第二管道，所述第二管道与二氧化碳吸收塔的塔外氨水存储槽相连；所述氨气吸收塔的塔顶为第二出气口；所述第二出气口上安装有第二电磁切断阀，在第二电磁切断阀于第二出气口之间横向安装有第一气体单向阀和第一电磁切断阀，并与第二进气口相连；所述第一电磁切断阀和第二电磁切断阀由安装在第二出气口处的壁挂式氨气检测传感器控制。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：所述二氧化碳解吸塔内设有第三塔内液体存储槽，所述第三塔内液体存储槽分为两部分，通过液位控制器来检测并调节两部分的液位；再沸器和液体输送泵安装在二氧化碳解吸塔外部；塔顶的第三出气口外部安装有冷却器；二氧化碳解吸塔所连的管道与二氧化碳吸收塔外的氨水存储槽相连，用于将解析后溶质浓度较低的溶液再次输送到氨水存储槽中并再次利用。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：所述二氧化碳吸收塔、所述氨气吸收塔和所述二氧化碳解吸塔的出气口下方均设有旋流除雾层，用于除去吸收塔内由于吸收过程产生的水蒸气。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：所述低温液化系统包括气流干燥机、气体增压机、螺杆压缩机、冷凝器和蒸发器；所述气流干燥机分别与冷却器和气体增压机相连，所述气体增压机通过第一冷凝器连接在气液分离器一端气体入口处，所述气液分离器一端的气体出口处分别连接蒸发器的一端和螺杆压缩机，所述螺杆压缩机通过第二冷凝器连接在蒸发器的另一端。
7.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统，其特征在于：所述吸收剂回收重利用系统包括气液分离器、节流阀、液体单向阀、液氨储存槽、液氨蒸发器和第二气体单向阀；所述气液分离依次连接节流阀、液体单向阀、液氨储存槽和液氨蒸发器，并通过第二气体单向阀重新与塔外氨水存储槽连接。
技术总结