CN113175687A - 一种烟气二氧化碳捕集提纯系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种烟气二氧化碳捕集提纯系统及方法，涉及烟气污染物净化处理领域。解决了现有对低浓度烟气中二氧化碳捕集时，采用物理分离方法存在能耗高，化学吸收法存在环境污染的问题。本发明对烟气依次通过冷水换热器组和第二制冷剂换热器进行两次降温后，通过二氧化碳分离器对低浓度二氧化碳烟气进行低温物理分离碳二氧化碳，分离出液态二氧化碳和混合气体，并对混合气体中残留的二氧化碳气体进一步提纯，从而实现低浓度二氧化碳烟气的提纯。本发明主要对烟气污染物净化处理。

Description

一种烟气二氧化碳捕集提纯系统及方法
技术领域
本发明涉及烟气污染物净化处理领域。
背景技术
二氧化碳是造成温室效应等环境问题的主要气体，其主要来源于工业生产中化石燃料的燃烧，随着全球气候问题频发，世界各国都对二氧化碳排放提出了更严格的要求，碳捕集技术是目前最直接的控制二氧化碳排放的方法，并且能够实现大规模工业应用。
目前，最常用二氧化碳捕集方法是化学吸收法，但是对于低浓度二氧化碳烟气中的碳捕集，化学吸收法存在着捕集设备庞大、再生能耗高等问题，此外，化学试剂的使用会对环境造成影响；而低温物理分离方法也能实现高浓度二氧化碳烟气中的碳捕集，但是捕集低浓度烟气的二氧化碳会消耗大量能源，不适用于大规模捕集。因此，以上问题亟需解决。
发明内容
本发明目的是为了解决现有对低浓度烟气中二氧化碳捕集时，采用物理分离方法存在能耗高，化学吸收法存在环境污染的问题，提供了一种烟气二氧化碳捕集提纯系统及方法。
一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，包括第一空气压缩机、第二空气压缩机、冷水换热器组、第一制冷剂换热器、第二制冷剂换热器、二氧化碳分离器、气体热交换器、凝华器、升华器、第一调压阀、第二调压阀、第一增压泵、第二增压泵、二氧化碳储罐和精馏塔；
第一空气压缩机的进气口用于接收烟气；
第一空气压缩机输出的烟气依次通过冷水换热器组进行第一次换热降温、第一制冷剂换热器进行第二次换热降温后，送至二氧化碳分离器；
二氧化碳分离器，用于对烟气中的二氧化碳进行分离，输出的液态二氧化碳和混合气体；
二氧化碳分离器输出的液态二氧化碳通过第一增压泵泵入二氧化碳储罐，二氧化碳储罐输出的液态二氧化碳通过第二制冷剂换热器进行降温后，送至精馏塔；
精馏塔，用于对液态二氧化碳进行精馏提纯，生成提纯后的液态二氧化碳；
其中，在二氧化碳储罐与第二制冷剂换热器之间的管路上设有第二调压阀；
二氧化碳分离器输出的混合气体通过第二空气压缩机压缩后，再通过气体热交换器降温后，送至凝华器；
凝华器，用于对混合气体中残留的二氧化碳气体和杂质气体进行凝华分离，其中，
凝华器使混合气体中残留的二氧化碳气体凝华后，送至升华器升华成气体后，经第一调压阀升压变成二氧化碳液体后，通过第二增压泵泵入到二氧化碳储罐；
凝华器使混合气体中的杂质气体，以气态的形式返回至气体热交换器对其气体热交换器接收的混合气体降温后，排出。
采用所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统实现的提纯方法，该方法包括如下步骤：
首先、启动第一空气压缩机、第二空气压缩机、凝华器和升华器；
其次、第一空气压缩机将烟气进行压缩后依次送至冷水换热器组和第一制冷剂换热器分别进行第一次换热降温和第二次换热降温后，送至二氧化碳分离器；
二氧化碳分离器用于对烟气中的二氧化碳进行分离，输出液态二氧化碳和混合气体；其中，
二氧化碳分离器输出的液态二氧化碳通过第一增压泵泵入二氧化碳储罐；
二氧化碳分离器输出的混合气体通过第二空气压缩机压缩后，送至气体热交换器进行降温后，再送至凝华器；凝华器对混合气体中残留的二氧化碳气体和杂质气体进行凝华分离；凝华器使混合气体中残留的二氧化碳气体凝华后，送至升华器升华成气体后，再经第一调压阀升压变成二氧化碳液体后，通过第二增压泵泵入到二氧化碳储罐；
二氧化碳储罐输出的液态二氧化碳通过第二制冷剂换热器进行降温后，送至精馏塔进行提纯后，生成提纯后的液态二氧化碳，从而实现对烟气二氧化碳的提纯；
同时，凝华器还使混合气体中的杂质气体，以气态的形式返回至气体热交换器对其气体热交换器接收的混合气体降温后，排出。
优选的是，提纯系统还包括烟气余热回收单元和烟气干燥单元；
烟气干燥单元，用于对烟气进行干燥后，再送至第一空气压缩机；
烟气余热回收单元，用于向冷水换热器组通入冷却水对烟气进行降温，通过冷却水回收烟气余热后，并将其回收烟气余热后的冷却水进行回收。
优选的是，冷水换热器组包括第一冷水换热器和第二冷水换热器；
烟气余热回收单元包括低温水储罐、高温水储罐和第三制冷剂换热器；
烟气干燥单元包括气液分离器和储水罐；
第一冷水换热器设置在第一空气压缩机与第一制冷剂换热器之间的管路上；
低温水储罐，用于给第一冷水换热器和第一冷水换热器提供冷却水，经第一冷水换热器和第一冷水换热器换热后的冷却水均送至高温水储罐的进水口；其中，在低温水储罐的出水口设置有阀门V1，在高温水储罐的进水口处设有阀门V2；
高温水储罐输出的换热后的冷却水经第三制冷剂换热器制冷后送至低温水储罐；
第二冷水换热器对烟气进行降温后送至气液分离器，气液分离器用于对降温后的烟气进行气液分离，分离出的液体和干燥的烟气，其中，将气液分离器分离出的液体存储至储水罐，将气液分离器分离出的干燥的烟气送至第一空气压缩机。
优选的是，提纯系统还包括压缩气体储能单元和发电单元；
压缩气体储能单元，用于对气体热交换器输出的杂质气体进行回收；
发电单元利用高温水储罐输出的换热后的冷却水，对压缩气体储能单元输出的杂质气体进行加热，并利用加热后的杂质气体进行气体做功发电后排出；而对杂质气体进行加热后的冷却水送至烟气余热回收单元。
优选的是，压缩气体储能单元包括第一压缩气体储罐、第二压缩气体储罐、阀门V4至V7；
发电单元包括第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机、第一热水换热器、第二热水换热器和第三热水换热器；
气体热交换器的杂质气体输出口与第一压缩气体储罐的进气口连通，第一压缩气体储罐的出气口与第一热水换热器的进气口连通，第一热水换热器的出气口与第一膨胀机进气口连通，第一膨胀机出气口与第二热水换热器的进气口连通，第二热水换热器的出气口与第二膨胀机的进气口连通，第二膨胀机的出气口与第三热水换热器的进气口连通，第三热水换热器的出气口与第三膨胀机的进气口连通，第三膨胀机的出气口用于排出做功后的杂质气体；
第一压缩气体储罐的进气口和出气口处分别设有阀门V4和阀门V5；
第二压缩气体储罐的进气口和出气口处分别设有阀门V6和阀门V7；
高温水储罐的出液口与第一热水换热器的进液口、第二热水换热器的进液口和第三热水换热器的进液口同时连通，第一热水换热器的出液口与第二热水换热器的出液口、第三热水换热器的出液口和第三制冷剂换热器的进液口连通；
其中，高温水储罐的出液口处设有阀门V8，第三制冷剂换热器的进液口处设有阀门V9。
优选的是，低温水储罐的储液温度范围为20℃至30℃，高温水储罐的储液温度范围为110℃至130℃。
优选的是，第一膨胀机、第二膨胀机和第三膨胀机的进气口压力大于或等于4Mpa；
第一热水换热器、第二热水换热器和第三热水换热器输出的杂质气体温度大于或等于105℃。
优选的是，二氧化碳分离器的分离温度范围为-50至-55℃，升华器的分离温度范围为分离温度范围为-100℃至-80℃。
优选的是，第一空气压缩机的出口压力范围为3Mpa至3.5Mpa，第二空气压缩机出口压力范围为4Mpa至5Mpa；第一增压泵、第二增压泵的增压范围为0.5Mpa至1.5Mpa。
本发明带来的有益效果：
本发明提出的烟气二氧化碳提纯系统可针对低浓度二氧化碳烟气的无污染、低耗能的低温物理分离碳二氧化碳，不会对环境造成污染，且在保证碳捕集率的前提下能够大幅降低碳捕集能耗。其中，低浓度二氧化碳烟气是指在浓度低于30％的烟气。
本发明提出的烟气二氧化碳提纯系统，在保证提纯二氧化碳的纯度和回收率的前提下，通过换热器提高能源利用率，并对烟气进行干燥处理，回收烟气中的水分；分离二氧化碳的同时将剩余高压气体进行储存；通过气体入口阀的调节，储存的高压气体通过膨胀做功实现能量的释放，完成能源的储存释放过程。
发明了所述的烟气二氧化碳提纯系统，在保证碳捕集率的前提下能够大幅降低碳捕集能耗，同时系统还具备烟气干燥及余热回收、气体压缩储能等功能，实现了烟气的综合处理。
本发明能够尾部低温烟气除水，实现有效降低排烟温度低温余热回收和烟气中洁净水回收利用，在常规燃烧条件下形成干燥烟气压缩分离并提纯二氧化碳，同时实现了剩余干燥烟气高效压缩储能，有效提升可再生能源利用率，达到节能、节水和温室气体减排的目标。
与其他系统相比，该系统具有优势有：
1.烟气中水分回收率达95％以上。
2.二氧化碳回收率为90％左右，纯度在99.9％以上。
3.能够回收大部分热能，并且具备储能功能，100MW机组使用此系统处理烟气，净耗电量为17MW左右。
附图说明
图1是具体实施方式一所述一种烟气二氧化碳捕集提纯系统的结构示意图；
图2是烟气余热回收单元和烟气干燥单元的结构示意图；
图3是具体实施方式四所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，包括第一空气压缩机1-1、第二空气压缩机1-2、冷水换热器组2、第一制冷剂换热器3-1、第二制冷剂换热器3-2、二氧化碳分离器4、气体热交换器5、凝华器6、升华器7、第一调压阀8-1、第二调压阀8-2、第一增压泵9-1、第二增压泵9-2、二氧化碳储罐10和精馏塔11；
第一空气压缩机1-1的进气口用于接收烟气；
第一空气压缩机1-1输出的烟气依次通过冷水换热器组2进行第一次换热降温、第一制冷剂换热器3-1进行第二次换热降温后，送至二氧化碳分离器4；
二氧化碳分离器4，用于对烟气中的二氧化碳进行分离，输出的液态二氧化碳和混合气体；
二氧化碳分离器4输出的液态二氧化碳通过第一增压泵9-1泵入二氧化碳储罐10，二氧化碳储罐10输出的液态二氧化碳通过第二制冷剂换热器3-2进行降温后，送至精馏塔11；
精馏塔11，用于对液态二氧化碳进行精馏提纯，生成提纯后的液态二氧化碳；
其中，在二氧化碳储罐10与第二制冷剂换热器3-2之间的管路上设有第二调压阀8-2；
二氧化碳分离器4输出的混合气体通过第二空气压缩机1-2压缩后，再通过气体热交换器5降温后，送至凝华器6；
凝华器6，用于对混合气体中残留的二氧化碳气体和杂质气体进行凝华分离，其中，
凝华器6使混合气体中残留的二氧化碳气体凝华后，送至升华器7升华成气体后，经第一调压阀8-1升压变成二氧化碳液体后，通过第二增压泵9-2泵入到二氧化碳储罐10；
凝华器6使混合气体中的杂质气体，以气态的形式返回至气体热交换器5对其气体热交换器5接收的混合气体降温后，排出。
本实施方式所述的烟气二氧化碳提纯系统可针对低浓度二氧化碳烟气的无污染、低耗能的低温物理分离碳二氧化碳，不会对环境造成污染，且在保证碳捕集率的前提下能够大幅降低碳捕集能耗。其中，低浓度二氧化碳烟气是指在浓度低于30％的烟气。
发明先对烟气依次通过冷水换热器组2和第二制冷剂换热器3-2进行两次降温后，通过二氧化碳分离器4对低浓度二氧化碳烟气进行低温物理分离碳二氧化碳，分离出液态二氧化碳和混合气体，并对混合气体中残留的二氧化碳气体进一步提纯，从而实现低浓度二氧化碳烟气的提纯。
二氧化碳分离器4输出的混合气体包括残留的二氧化碳气体和杂质气体。
具体应用时，本发明对第一空气压缩机1-1输出的烟气依次通过冷水换热器组2进行第一次换热降温、第一制冷剂换热器3-1进行第二次换热降温，其中，通过冷冷水换热器组2进行第一次换热降温，能够降低烟气温度，回收热量，有效降低通过第一制冷剂换热器3-1进行第二次换热降温所需制冷量，降低能耗。通过空气压缩机增加混合气体压力，提高二氧化碳液化分离温度，从而降低制冷能耗。
具体实施方式二：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，提纯系统还包括烟气余热回收单元和烟气干燥单元；
烟气干燥单元，用于对烟气进行干燥后，再送至第一空气压缩机1-1；
烟气余热回收单元，用于向冷水换热器组2通入冷却水对烟气进行降温，通过冷却水回收烟气余热后，并将其回收烟气余热后的冷却水进行回收。
本实施方式中，通过烟气干燥单元对烟气进行干燥可以回收烟气中的大部分水分，进行回收利用，对于缺水地区发电机组建设以及发电机组运行成本的降低具有重要意义；烟气余热回收单元可对烟气余热进行回收，从而降低锅炉总热损失。
具体实施方式三：下面结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式二所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，冷水换热器组2包括第一冷水换热器2-1和第二冷水换热器2-2；
烟气余热回收单元包括低温水储罐13、高温水储罐14和第三制冷剂换热器3-3；
烟气干燥单元包括气液分离器15和储水罐16；
第一冷水换热器2-1设置在第一空气压缩机1-1与第一制冷剂换热器3-1之间的管路上；
低温水储罐13，用于给第一冷水换热器2-1和第一冷水换热器2-2提供冷却水，经第一冷水换热器2-1和第一冷水换热器2-2换热后的冷却水均送至高温水储罐14的进水口；其中，在低温水储罐13的出水口设置有阀门V1，在高温水储罐14的进水口处设有阀门V2；
高温水储罐14输出的换热后的冷却水经第三制冷剂换热器3-3制冷后送至低温水储罐13；
第二冷水换热器2-2对烟气进行降温后送至气液分离器15，气液分离器15用于对降温后的烟气进行气液分离，分离出的液体和干燥的烟气，其中，将气液分离器15分离出的液体存储至储水罐16，将气液分离器15分离出的干燥的烟气送至第一空气压缩机1-1。
本实施方式提供了烟气干燥单元和烟气余热回收单元的具体结构，该结构简单，便于实现；且通过低温水储罐13输出冷却水，对烟气直接进行换热的方法，冷却冷凝烟气中的水分，相比于液体吸收和膜分离等其他方法，易于大规模操作，降低了烟气干燥成本，同时回收了烟气中的大量显热和潜热。
具体实施方式四：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式二或三所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，提纯系统还包括压缩气体储能单元和发电单元；
压缩气体储能单元，用于对气体热交换器5输出的杂质气体进行回收；
发电单元利用高温水储罐14输出的换热后的冷却水，对压缩气体储能单元输出的杂质气体进行加热，并利用加热后的杂质气体进行气体做功发电后排出；而对杂质气体进行加热后的冷却水送至烟气余热回收单元。
本实施方式中，提纯系统通过增设压缩气体储能单元和发电单元来对烟气中除二氧化碳之外的杂质气体进行回收，因其杂质气体还还有较高压力，通过对杂质气体的回收进行做功发电，实现资源的循环利用。
具体实施方式五：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式四所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，压缩气体储能单元包括第一压缩气体储罐17、第二压缩气体储罐18、阀门V4至V7；
发电单元包括第一膨胀机19-1、第二膨胀机19-2、第三膨胀机19-3、第一热水换热器20-1、第二热水换热器20-2和第三热水换热器20-3；
气体热交换器5的杂质气体输出口与第一压缩气体储罐17的进气口连通，第一压缩气体储罐17的出气口与第一热水换热器20-1的进气口连通，第一热水换热器20-1的出气口与第一膨胀机19-1进气口连通，第一膨胀机19-1出气口与第二热水换热器20-2的进气口连通，第二热水换热器20-2的出气口与第二膨胀机19-2的进气口连通，第二膨胀机19-2的出气口与第三热水换热器20-3的进气口连通，第三热水换热器20-3的出气口与第三膨胀机19-3的进气口连通，第三膨胀机19-3的出气口用于排出做功后的杂质气体；
第一压缩气体储罐17的进气口和出气口处分别设有阀门V4和阀门V5；
第二压缩气体储罐18的进气口和出气口处分别设有阀门V6和阀门V7；
高温水储罐14的出液口与第一热水换热器20-1的进液口、第二热水换热器20-2的进液口和第三热水换热器20-3的进液口同时连通，第一热水换热器20-1的出液口与第二热水换热器20-2的出液口、第三热水换热器20-3的出液口和第三制冷剂换热器3-3的进液口连通；
其中，高温水储罐14的出液口处设有阀门V8，第三制冷剂换热器3-3的进液口处设有阀门V9。
本实施方式中，压缩气体储能技术能够实现能源的储存和释放，在储能阶段能够将气体热交换器5输出的杂质气体以气体的形式进行储存；释能阶段，能够将高压气体通入膨胀机内膨胀发电，实现能量的转化，提高能源的利用率。
具体实施方式六：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式三所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，低温水储罐13的储液温度范围为20℃至30℃，高温水储罐14的储液温度范围为110℃至130℃。
具体实施方式七：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式五所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，第一膨胀机19-1、第二膨胀机19-2和第三膨胀机19-3的进气口压力大于或等于4Mpa；
第一热水换热器20-1、第二热水换热器20-2和第三热水换热器20-3输出的杂质气体温度大于或等于105℃。
具体实施方式八：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式二所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，二氧化碳分离器4的分离温度范围为-50至-55℃，升华器7的分离温度范围为分离温度范围为-100℃至-80℃。
具体实施方式九：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式二所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统作进一步说明，第一空气压缩机1-1的出口压力范围为3Mpa至3.5Mpa，第二空气压缩机1-2出口压力范围为4Mpa至5Mpa；第一增压泵9-1、第二增压泵9-2的增压范围为0.5Mpa至1.5Mpa。
具体实施方式十：下面结合图1说明本实施方式，采用本实施方式一所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统实现的提纯方法，该方法包括如下步骤：
首先、启动第一空气压缩机1-1、第二空气压缩机1-2、凝华器6和升华器7；
其次、第一空气压缩机1-1将烟气进行压缩后依次送至冷水换热器组2和第一制冷剂换热器3-1分别进行第一次换热降温和第二次换热降温后，送至二氧化碳分离器4；
二氧化碳分离器4用于对烟气中的二氧化碳进行分离，输出液态二氧化碳和混合气体；其中，
二氧化碳分离器4输出的液态二氧化碳通过第一增压泵9-1泵入二氧化碳储罐10；
二氧化碳分离器4输出的混合气体通过第二空气压缩机1-2压缩后，送至气体热交换器5进行降温后，再送至凝华器6；凝华器6对混合气体中残留的二氧化碳气体和杂质气体进行凝华分离；凝华器6使混合气体中残留的二氧化碳气体凝华后，送至升华器7升华成气体后，再经第一调压阀8-1升压变成二氧化碳液体后，通过第二增压泵9-2泵入到二氧化碳储罐10；
二氧化碳储罐10输出的液态二氧化碳通过第二制冷剂换热器3-2进行降温后，送至精馏塔11进行提纯后，生成提纯后的液态二氧化碳，从而实现对烟气二氧化碳的提纯；
同时，凝华器6还使混合气体中的杂质气体，以气态的形式返回至气体热交换器5对其气体热交换器5接收的混合气体降温后，排出。
实际应用：
以100MW机组烟气处理为例；
具体参见图3，储能、二氧化碳捕集提纯阶段：
首先、打开低温水储罐13的出水口处阀门V1，打开高温水储罐14的进水口处阀门V2，打开第一压缩气体储罐17的进气口处阀门V4，关闭第二压缩气体储罐18的进气口处阀门V6，关闭第一压缩气体储罐17的出气口处阀门V5，冷流体从低温水储罐13流经第一冷水换热器2-1和第一冷水换热器2-2后进入高温水储罐14，低温水储罐13内温度为20℃，高温水储罐14内温度为121℃；
其次、启动第一空气压缩机1-1和第二空气压缩机1-2，打开烟气入口阀门V3，烟气经过第二冷水换热器2-2进行降温换热后进入气液分离器15，分离出的液态水进入储水罐16，液态水回收率在95％以上；干燥后的气体进入第一空气压缩机1-1，压缩气体经过第一冷水换热器2-1、第一制冷剂换热器3-1后进入二氧化碳分离器4，二氧化碳分离器4分离压力为3.5Mpa，分离温度为-55℃，气相部分进入第二空气压缩机1-2后经过气体热交换器5后进入凝华器6进行二氧化碳分离器，分离压力为4.5Mpa，分离温度为-98℃，分离后的气相部分经过气体热交换器5回收冷量后进入第一压缩气体储罐17。
启动第一增压泵9-1、第二增压泵9-2，分离出的液态二氧化碳通过第一增压泵9-1、第二增压泵9-2，加压后通过第二调压阀8-2调压、第二制冷剂换热器3-2降温后进入精馏塔11进行精馏，从精馏塔底部收集高纯度二氧化碳，二氧化碳浓度为99.9％以上。
具体参见图3，储能、释能、二氧化碳捕集提纯阶段：
首先、打开低温水储罐13的出水口处阀门V1，打开高温水储罐14的进水口处阀门V2，打开第一压缩气体储罐17的进气口处阀门V4，打开第二压缩气体储罐18的进气口处阀门V6，关闭第二压缩气体储罐18的出气口处阀门V7，打开高温水储罐14的出液口处设有阀门V8，第三制冷剂换热器3-3的进液口处的阀门V9，冷流体从低温水储罐13流经第一冷水换热器2-1和第一冷水换热器2-2后进入高温水储罐14，热流体从高温水储罐14流经第一热水换热器20-1、第二热水换热器20-2和第三热水换热器20-3后进入高温水储罐14，低温水储罐13内温度为20℃，高温水储罐14内温度为121℃；
其次、启动第一空气压缩机1-1、第二空气压缩机1-2，打开烟气入口阀门V1，烟气经过第二冷水换热器2-2进行降温换热后进入气液分离器15，分离出的液态水进入储水罐16，液态水回收率在95％以上；干燥后的气体进入第一空气压缩机1-1，压缩气体经过第一冷水换热器2-1、第一制冷剂换热器3-1后进入二氧化碳分离器4，二氧化碳分离器4分离压力为3.5Mpa，分离温度为-64℃，气相部分进入第二空气压缩机1-2后经过气体热交换器5后进入凝华器6进行二氧化碳分离器，分离压力为4.5Mpa，分离温度为-98℃，分离后的气相部分经过气体热交换器5回收冷量后进入第一压缩气体储罐17。
启动第一增压泵9-1、第二增压泵9-2，分离出的液态二氧化碳通过第一增压泵9-1、第二增压泵9-2，加压后通过第二调压阀8-2调压、第二制冷剂换热器3-2降温后进入精馏塔11进行精馏，从精馏塔底部收集高纯度二氧化碳，二氧化碳浓度为99.9％以上。
打开阀门V5，压缩气体从第一压缩气体储罐17内排出，依次通过第一热水换热器20-1、第二热水换热器20-2和第三热水换热器20-3加热后进入第一膨胀机19-1、第二膨胀机19-2、第三膨胀机19-3做功，气体排出压力为0.1Mpa，冷却水经过第三制冷剂换热器3-3与外网换热后回到低温水储罐13。
与其他系统相比，本发明所述一种烟气二氧化碳捕集提纯系统具有优势有：
1.烟气中水分回收率达95％以上。
2.二氧化碳回收率为90％左右，纯度在99.9％以上。
3.能够回收大部分热能，并且具备储能功能，100MW机组使用此系统处理烟气，净耗电量为17MW左右。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，包括第一空气压缩机(1-1)、第二空气压缩机(1-2)、冷水换热器组(2)、第一制冷剂换热器(3-1)、第二制冷剂换热器(3-2)、二氧化碳分离器(4)、气体热交换器(5)、凝华器(6)、升华器(7)、第一调压阀(8-1)、第二调压阀(8-2)、第一增压泵(9-1)、第二增压泵(9-2)、二氧化碳储罐(10)和精馏塔(11)；
第一空气压缩机(1-1)的进气口用于接收烟气；
第一空气压缩机(1-1)输出的烟气依次通过冷水换热器组(2)进行第一次换热降温、第一制冷剂换热器(3-1)进行第二次换热降温后，送至二氧化碳分离器(4)；
二氧化碳分离器(4)，用于对烟气中的二氧化碳进行分离，输出的液态二氧化碳和混合气体；
二氧化碳分离器(4)输出的液态二氧化碳通过第一增压泵(9-1)泵入二氧化碳储罐(10)，二氧化碳储罐(10)输出的液态二氧化碳通过第二制冷剂换热器(3-2)进行降温后，送至精馏塔(11)；
精馏塔(11)，用于对液态二氧化碳进行精馏提纯，生成提纯后的液态二氧化碳；
其中，在二氧化碳储罐(10)与第二制冷剂换热器(3-2)之间的管路上设有第二调压阀(8-2)；
二氧化碳分离器(4)输出的混合气体通过第二空气压缩机(1-2)压缩后，再通过气体热交换器(5)降温后，送至凝华器(6)；
凝华器(6)，用于对混合气体中残留的二氧化碳气体和杂质气体进行凝华分离，其中，
凝华器(6)使混合气体中残留的二氧化碳气体凝华后，送至升华器(7)升华成气体后，经第一调压阀(8-1)升压变成二氧化碳液体后，通过第二增压泵(9-2)泵入到二氧化碳储罐(10)；
凝华器(6)使混合气体中的杂质气体，以气态的形式返回至气体热交换器(5)对其气体热交换器(5)接收的混合气体降温后，排出。
2.根据权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，提纯系统还包括烟气余热回收单元和烟气干燥单元；
烟气干燥单元，用于对烟气进行干燥后，再送至第一空气压缩机(1-1)；
烟气余热回收单元，用于向冷水换热器组(2)通入冷却水对烟气进行降温，通过冷却水回收烟气余热后，并将其回收烟气余热后的冷却水进行回收。
3.根据权利要求2所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，冷水换热器组(2)包括第一冷水换热器(2-1)和第二冷水换热器(2-2)；
烟气余热回收单元包括低温水储罐(13)、高温水储罐(14)和第三制冷剂换热器(3-3)；
烟气干燥单元包括气液分离器(15)和储水罐(16)；
第一冷水换热器(2-1)设置在第一空气压缩机(1-1)与第一制冷剂换热器(3-1)之间的管路上；
低温水储罐(13)，用于给第一冷水换热器(2-1)和第一冷水换热器(2-2)提供冷却水，经第一冷水换热器(2-1)和第一冷水换热器(2-2)换热后的冷却水均送至高温水储罐(14)的进水口；其中，在低温水储罐(13)的出水口设置有阀门V1，在高温水储罐(14)的进水口处设有阀门V2；
高温水储罐(14)输出的换热后的冷却水经第三制冷剂换热器(3-3)制冷后送至低温水储罐(13)；
第二冷水换热器(2-2)对烟气进行降温后送至气液分离器(15)，气液分离器(15)用于对降温后的烟气进行气液分离，分离出的液体和干燥的烟气，其中，将气液分离器(15)分离出的液体存储至储水罐(16)，将气液分离器(15)分离出的干燥的烟气送至第一空气压缩机(1-1)。
4.根据权利要求2或3所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，提纯系统还包括压缩气体储能单元和发电单元；
压缩气体储能单元，用于对气体热交换器(5)输出的杂质气体进行回收；
发电单元利用高温水储罐(14)输出的换热后的冷却水，对压缩气体储能单元输出的杂质气体进行加热，并利用加热后的杂质气体进行气体做功发电后排出；而对杂质气体进行加热后的冷却水送至烟气余热回收单元。
5.根据权利要求4所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，压缩气体储能单元包括第一压缩气体储罐(17)、第二压缩气体储罐(18)、阀门V4至V7；
发电单元包括第一膨胀机(19-1)、第二膨胀机(19-2)、第三膨胀机(19-3)、第一热水换热器(20-1)、第二热水换热器(20-2)和第三热水换热器(20-3)；
气体热交换器(5)的杂质气体输出口与第一压缩气体储罐(17)的进气口连通，第一压缩气体储罐(17)的出气口与第一热水换热器(20-1)的进气口连通，第一热水换热器(20-1)的出气口与第一膨胀机(19-1)进气口连通，第一膨胀机(19-1)出气口与第二热水换热器(20-2)的进气口连通，第二热水换热器(20-2)的出气口与第二膨胀机(19-2)的进气口连通，第二膨胀机(19-2)的出气口与第三热水换热器(20-3)的进气口连通，第三热水换热器(20-3)的出气口与第三膨胀机(19-3)的进气口连通，第三膨胀机(19-3)的出气口用于排出做功后的杂质气体；
第一压缩气体储罐(17)的进气口和出气口处分别设有阀门V4和阀门V5；
第二压缩气体储罐(18)的进气口和出气口处分别设有阀门V6和阀门V7；
高温水储罐(14)的出液口与第一热水换热器(20-1)的进液口、第二热水换热器(20-2)的进液口和第三热水换热器(20-3)的进液口同时连通，第一热水换热器(20-1)的出液口与第二热水换热器(20-2)的出液口、第三热水换热器(20-3)的出液口和第三制冷剂换热器(3-3)的进液口连通；
其中，高温水储罐(14)的出液口处设有阀门V8，第三制冷剂换热器(3-3)的进液口处设有阀门V9。
6.根据权利要求3所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，低温水储罐(13)的储液温度范围为20℃至30℃，高温水储罐(14)的储液温度范围为110℃至130℃。
7.根据权利要求5所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，第一膨胀机(19-1)、第二膨胀机(19-2)和第三膨胀机(19-3)的进气口压力大于或等于4Mpa；
第一热水换热器(20-1)、第二热水换热器(20-2)和第三热水换热器(20-3)输出的杂质气体温度大于或等于105℃。
8.根据权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，二氧化碳分离器(4)的分离温度范围为-50至-55℃，升华器(7)的分离温度范围为分离温度范围为-100℃至-80℃。
9.根据权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统，其特征在于，第一空气压缩机(1-1)的出口压力范围为3Mpa至3.5Mpa，第二空气压缩机(1-2)出口压力范围为4Mpa至5Mpa；第一增压泵(9-1)、第二增压泵(9-2)的增压范围为0.5Mpa至1.5Mpa。
10.采用权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集提纯系统实现的提纯方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
首先、启动第一空气压缩机(1-1)、第二空气压缩机(1-2)、凝华器(6)和升华器(7)；
其次、第一空气压缩机(1-1)将烟气进行压缩后依次送至冷水换热器组(2)和第一制冷剂换热器(3-1)分别进行第一次换热降温和第二次换热降温后，送至二氧化碳分离器(4)；
二氧化碳分离器(4)用于对烟气中的二氧化碳进行分离，输出液态二氧化碳和混合气体；其中，
二氧化碳分离器(4)输出的液态二氧化碳通过第一增压泵(9-1)泵入二氧化碳储罐(10)；
二氧化碳分离器(4)输出的混合气体通过第二空气压缩机(1-2)压缩后，送至气体热交换器(5)进行降温后，再送至凝华器(6)；凝华器(6)对混合气体中残留的二氧化碳气体和杂质气体进行凝华分离；凝华器(6)使混合气体中残留的二氧化碳气体凝华后，送至升华器(7)升华成气体后，再经第一调压阀(8-1)升压变成二氧化碳液体后，通过第二增压泵(9-2)泵入到二氧化碳储罐(10)；
二氧化碳储罐(10)输出的液态二氧化碳通过第二制冷剂换热器(3-2)进行降温后，送至精馏塔(11)进行提纯后，生成提纯后的液态二氧化碳，从而实现对烟气二氧化碳的提纯；
同时，凝华器(6)还使混合气体中的杂质气体，以气态的形式返回至气体热交换器(5)对其气体热交换器(5)接收的混合气体降温后，排出。
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