CN110683545A - 一种工业烟气二氧化碳捕集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业烟气二氧化碳捕集系统，该系统通过采用换热、除水、压缩、预冷、回冷和深冷流程实现烟气中CO2的低能耗捕集，可根据产品需求得到高纯度液态或固态CO2产品。动力循环中工质的冷凝过程和吸收式制冷中工质的发生过程集成于发生器中实现，减少了设备投资成本和操作费用，其中动力循环系统回收高温烟气余热，为捕集系统提供部分电能，动力循环中工质冷凝放热驱动吸收式制冷对烟气预冷；结合不凝气的回冷过程进一步降低烟气温度，减少用于二氧化碳捕集的低温制冷机功耗，实现了工业生产中CO2减排过程。

Description

一种工业烟气二氧化碳捕集系统
技术领域
本发明涉及工业设备节能减排领域，尤其涉及一种工业烟气二氧化碳捕集系统。
背景技术
工业烟气作为CO2的主要排放源，其涉及冶金、电力、化工、机械和内燃机等多个领域，针对电厂、钢铁厂和化工厂等大型CO2来源的二氧化碳捕集与封存技术被认为是减少温室气体排放的可行途径。
二氧化碳捕集与封存技术能够有效地降低化石能源利用中的碳排放量，为解决经济发展与环境保护间的关系提供了新的可能。CO2捕集技术一般分为：燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧技术。燃烧后捕集指的是采用适当的方法在烟气中捕集CO2的过程，且燃烧后捕集系统可以直接添加到现有的工业设备系统中，而不需要进行过多改造过程；燃烧前捕集是利用煤气化、天然气重整或水煤气变换反应将化石燃料转化为CO2和H2的混合气，燃烧后可较为容易地将CO2分离出来；在富氧燃烧技术中，利用空分系统获得富氧气体与燃料充分燃烧，烟气的CO2浓度较高，能够有效地实现CO2捕集过程。
目前燃烧后捕集技术主要有：吸收法(包括物理吸收和化学吸收)、吸附法、膜分离法和低温分离法。吸收法由于其相对成熟的技术使其成为目前工业设备减排的主要手段之一，但吸收剂再生过程的能耗较高。吸附法和膜分离法相比于吸收法，分离二氧化碳的能耗较低，但存在得到的二氧化碳纯度较低等问题。低温碳捕集法基于混合气体中不同组分的熔沸点差异实现各组分的分离过程，得到的CO2纯度高，不需要额外的吸收剂和其他化学过程，且低温碳捕集技术建立在相对成熟的工业过程基础之上，如压缩和制冷过程，易于扩展到工业规模利用。然而要实现CO2的冷凝或凝华过程，烟气冷却过程的能耗往往较高。
由于工业烟气的余热具有较高的利用价值，可借助动力循环实现对于烟气热能的利用，工业烟气作为动力循环系统的热源，动力循环系统输出功为捕集系统提供部分电能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业烟气二氧化碳捕集系统，通过高效利用烟气余热和耦合吸收式制冷系统有效降低工业烟气中CO2捕集过程能耗的工艺。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明的一种工业烟气二氧化碳捕集系统，包括：
工业设备，所述的工业设备的排烟口通过烟气二氧化碳捕集管道依次连接管壳式烟气换热器的壳程、除水装置、压缩机、管壳式蒸发器的壳程、板式烟气回冷器的第一管路，低温制冷机提供冷源的管壳式捕集换热器的壳程以及板式烟气回冷器的第二管路；
沉浸式发生器，所述的沉浸式发生器的管程的出口通过动力循环管线依次连接动力循环工质泵、管壳式烟气换热器的管程、膨胀机以及沉浸式发生器的管程的进口；所述的沉浸式发生器的气体壳程出口通过制冷剂气体管线依次连接喷淋式冷凝器的管程、板式过冷器的第一管路、第一节流阀、管壳式蒸发器的管程、板式过冷器的第二管路以及吸收器；
板式溶液热交换器，所述的板式溶液热交换器的第一管路进口通过第一连接管线连接沉浸式发生器的液体壳程出口；板式溶液热交换器的第一管路出口通过第二连接管线依次连接节流阀、吸收器、吸收式制冷工质泵以及板式溶液热交换器的第二管路的进口，所述的板式溶液热交换器的第二管路的出口通过第三连接管线与沉浸式发生器的液体壳程进口连通。
本发明的有益效果是：本发明集成了CO2捕集系统、动力循环系统和吸收式制冷系统。动力循环中工质的冷凝过程和吸收式制冷中工质的发生过程集成于发生器4中实现，降低了冷却水消耗，动力循环回收高温烟气余热，为捕集系统提供部分电量，动力循环中工质冷凝放热驱动吸收式制冷对烟气预冷。同时结合不凝气的回冷过程，实现了工业设备烟气中CO2的低能耗捕集。根据产品需求调整压缩机7出口压力和低温制冷机11的制冷温度，可选择得到高纯度液态或固态CO2产品。
附图说明
图1是本发明的一种工业烟气二氧化碳捕集系统的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明的一种工业烟气二氧化碳捕集系统，包括：
工业设备1，所述的工业设备1的排烟口通过烟气二氧化碳捕集管道依次连接管壳式烟气换热器2的壳程、除水装置6、压缩机7、管壳式蒸发器8的壳程、板式烟气回冷器9的第一管路，低温制冷机11提供冷源的管壳式捕集换热器10的壳程以及板式烟气回冷器9的第二管路，使得从管壳式捕集换热器10壳程出口流出的不凝性气体进入板式烟气回冷器9的第二管路后排出。
沉浸式发生器4，所述的沉浸式发生器4的管程的出口通过动力循环管线依次连接动力循环工质泵5、管壳式烟气换热器2的管程、膨胀机3以及沉浸式发生器4的管程的进口；所述的沉浸式发生器4的气体壳程出口通过制冷剂气体管线依次连接喷淋式冷凝器15的管程、板式过冷器16的第一管路、第一节流阀17-1、管壳式蒸发器8的管程、板式过冷器16的第二管路以及吸收器12，实现循环过程。
板式溶液热交换器14，所述的板式溶液热交换器14的第一管路进口通过第一连接管线连接沉浸式发生器4的液体壳程出口；板式溶液热交换器14的第一管路出口通过第二连接管线依次连接节流阀17-2、吸收器12、吸收式制冷工质泵13以及板式溶液热交换器14的第二管路的进口，所述的板式溶液热交换器14的第二管路的出口通过第三连接管线与沉浸式发生器4的液体壳程进口连通。
所述工业烟气二氧化碳捕集流程为：工业设备1正常运行时，工业设备烟气在动力循环系统的管壳式烟气换热器2中的壳程中与动力循环工质换热后，进入除水装置6去除烟气中的水分，经压缩机7调整压力后进入管壳式蒸发器8的壳程中预冷，随后进入板式烟气回冷器9中的第一管路、以及由低温制冷机11提供冷源的捕集换热器10的壳程，在捕集换热器10的壳程中实现CO2的捕集过程，从捕集换热器10的壳程出口流出的不凝性气体进入板式烟气回冷器9的第二管路后排出。通过调整压缩机7出口压力和低温制冷机11的制冷温度，可选择得到高纯度液态或固态的CO2产品。
所述动力循环流程为：动力循环工质在沉浸式发生器4的管束中放热冷凝成为液体后，经动力循环工质泵5进入管壳式烟气换热器2中的管程，与烟气进行换热后成为过热蒸气，而后进入膨胀机3膨胀做功，膨胀机3外接发电机，得到的电能为捕集系统提供部分电量。工质膨胀后回到沉浸式发生器4的管束中液化实现循环做功过程。
所述吸收式制冷流程为：在沉浸式发生器4中的浓溶液受热后，制冷剂挥发，得到制冷剂蒸气，发生终了时浓溶液变为稀溶液。稀溶液离开沉浸式发生器4后进入板式溶液热交换器14中，与从吸收式制冷工质泵13来的过冷液体换热，随后经第二节流阀17-2减压膨胀，随后进入吸收器12中，与从管壳式蒸发器8来的制冷剂蒸气相遇并混合，将混合过程中的热量传递至外界冷却水，混合过程中制冷剂与吸收剂组成的溶液浓度逐渐升高直至饱和液状态，随后经吸收式制冷工质泵13加压变为过冷液体，进入到板式溶液热交换器14中，实现吸收式制冷内部热量交换，之后过冷液体进入沉浸式发生器4中，实现浓溶液的再生过程。从沉浸式发生器4中得到的制冷剂气体，进入喷淋式冷凝器15的管程中等压冷凝为液体。在流经第一节流阀17-1之前先通过板式过冷器16，被从管壳式蒸发器8返回的低温蒸气所过冷，达到较低的温度。过冷后的液体通过第一节流阀17-1膨胀降压，然后进入管壳式蒸发器8中吸收烟气中的热量，实现制冷过程。从管壳式蒸发器8中出来的低温蒸气返回板式过冷器16将喷淋式冷凝器15来的液态工质过冷，随后进入吸收器12中，实现循环过程。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种工业烟气二氧化碳捕集系统，其特征在于包括：
工业设备，所述的工业设备的排烟口通过烟气二氧化碳捕集管道依次连接管壳式烟气换热器的壳程、除水装置、压缩机、管壳式蒸发器的壳程、板式烟气回冷器的第一管路，低温制冷机提供冷源的管壳式捕集换热器的壳程以及板式烟气回冷器的第二管路；
沉浸式发生器，所述的沉浸式发生器的管程的出口通过动力循环管线依次连接动力循环工质泵、管壳式烟气换热器的管程、膨胀机以及沉浸式发生器的管程的进口；所述的沉浸式发生器的气体壳程出口通过制冷剂气体管线依次连接喷淋式冷凝器的管程、板式过冷器的第一管路、第一节流阀、管壳式蒸发器的管程、板式过冷器的第二管路以及吸收器；
板式溶液热交换器，所述的板式溶液热交换器的第一管路进口通过第一连接管线连接沉浸式发生器的液体壳程出口；板式溶液热交换器的第一管路出口通过第二连接管线依次连接节流阀、吸收器、吸收式制冷工质泵以及板式溶液热交换器的第二管路的进口，所述的板式溶液热交换器的第二管路的出口通过第三连接管线与沉浸式发生器的液体壳程进口连通。
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