CN117101405A - 船舶尾气co2捕集及存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船舶尾气CO2捕集及存储系统，包括废气锅炉、文丘里预处理塔、第一喷射反应器、第二喷射反应器、吸收剂级间冷却器、吸收剂增压泵、富液输送泵、解吸塔、第一闪蒸罐、贫液输送泵、真空泵、贫液冷却器、蒸汽冷凝器、气液分离器、CO2冷凝系统、液化CO2存储舱、燃油锅炉、第二闪蒸罐和冷却水供给泵。该船舶尾气CO2捕集及存储系统能够提高醇胺吸收剂与CO2气体的传质速率，提高CO2气体的吸收效率，减小CO2吸收装置的设备体积，同时实现系统的能量循环利用，降低系统的能耗。

Description

船舶尾气CO2捕集及存储系统
技术领域
本发明涉及船舶尾气处理技术领域，尤其是涉及一种船舶尾气CO2捕集及存储系统。
背景技术
为了减少船舶尾气中CO2的排放，船舶尾气CO2捕集系统逐渐成为船舶未来重要的设备之一。
碳捕集技术主要包括燃烧前碳捕集技术、富氧燃烧技术和燃烧后碳捕集技术，其中燃烧后碳捕集技术只需在尾气出口后端增设捕集设备，对原有系统改变最少，能够适用于各类船舶尾气的碳捕集，具有良好的船舶适用性。目前，具有工业应用技术水平的燃烧后碳捕集技术主要包括化学吸收法、物理吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等；针对船舶尾气压力低、CO2含量低的工况，与其他技术路线相比，醇胺化学吸收法具有较高的技术成熟度和适用性(即目前醇胺化学吸收法是最适用于低浓度、低压的船舶尾气CO2捕集的技术)。
但是，针对于醇胺吸收法而言，受醇胺吸收剂与CO2的反应速率、反应热量等因素影响，导致基于传统醇胺吸收法的CO2捕集系统设备尺寸大、系统能耗高，对于安装空间有限、燃料资源稀缺的船舶工况而言，还不能具有很好的匹配性。目前的CO2捕集系统的缺点主要包括：
(1)CO2吸收设备体积大：由于醇胺溶剂存在与CO2反应速度较慢、易发泡等缺点，使得传统的CO2吸收塔设计流速较低，导致吸收塔尺寸大、设备高，不利于其在船舶上的安装。
(2)系统能耗高：一方面，在传统的CO2解吸工艺中，需要大量的热量输入以产生高温蒸汽，高温蒸汽用于溶剂加热、CO2解吸反应和CO2汽提，其中CO2汽提的蒸汽耗量大，且该部分蒸汽被低温水冷却，导致热量损耗大，使得CO2捕集系统整体能耗高；另一方面，系统中的CO2压缩设备、液化设备电耗较高，而这些电耗会部分转换成热量被冷却水带走，导致能源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种船舶尾气CO2捕集及存储系统，能够提高醇胺吸收剂与CO2气体的传质速率，提高CO2气体的吸收效率，减小CO2吸收装置的设备体积，同时实现系统的能量循环利用，降低系统的能耗。
本发明提供一种船舶尾气CO2捕集及存储系统，包括废气锅炉、文丘里预处理塔、第一喷射反应器、第二喷射反应器、吸收剂级间冷却器、吸收剂增压泵、富液输送泵、解吸塔、第一闪蒸罐、贫液输送泵、真空泵、贫液冷却器、蒸汽冷凝器、气液分离器、CO2冷凝系统、液化CO2存储舱、燃油锅炉、第二闪蒸罐和冷却水供给泵；
所述废气锅炉的尾气进口用于与船舶尾气管道连通，所述废气锅炉的尾气出口与所述文丘里预处理塔的气体进口连通，所述文丘里预处理塔的液体进口用于与海水管路连通；所述文丘里预处理塔底部的气体出口与所述第一喷射反应器的被吸入流体进口连通，所述第一喷射反应器的气体出口与所述第二喷射反应器的被吸入流体进口连通，所述第二喷射反应器的气体出口通往大气，所述第二喷射反应器的液体出口与所述吸收剂级间冷却器的高温流体入口连通，所述吸收剂级间冷却器的高温流体出口与所述吸收剂增压泵的入口连通，所述吸收剂增压泵的出口与所述第一喷射反应器的工作流体入口连通；由此，船舶尾气能够分别在第一喷射反应器和第二喷射反应器中与醇胺吸收剂进行两次逆流接触吸收，形成吸收有CO2的满CO2负载的醇胺富液。其中，吸收剂级间冷却器能够对醇胺吸收剂进行降温，以提高醇胺吸收剂对CO2的吸收效率；
所述第一喷射反应器的液体出口与所述富液输送泵的入口连通，所述富液输送泵的出口与所述解吸塔内的喷淋装置连通；所述燃油锅炉的蒸汽出口与所述解吸塔底部的蒸汽入口连通，所述解吸塔内的喷淋装置位于所述解吸塔的蒸汽入口上方；燃油锅炉提供的高温蒸汽能够与喷淋装置喷洒的吸收有CO2的醇胺吸收剂在解吸塔内逆流接触，高温蒸汽为CO2的解吸提供热能；在此期间，CO2将会与醇胺吸收剂分离，产生低CO2负载的醇胺贫液和纯CO2气体，实现CO2的分离，同时，部分高温蒸汽将会被冷凝成高温水随高温醇胺贫液流至解吸塔底部，另一部分高温蒸汽作为气提蒸汽将携带CO2气体向塔顶流动；
所述解吸塔顶部的气体出口与所述蒸汽冷凝器的热流体入口连通，所述蒸汽冷凝器的热流体出口与所述气液分离器的入口连通，所述气液分离器的气体出口与所述CO2冷凝系统的入口连通，所述CO2冷凝系统用于将CO2气体冷凝液化为CO2液体，所述CO2冷凝系统的出口与所述液化CO2存储舱的入口连通，从而将冷凝后的CO2液体储存在液化CO2存储舱中；
所述解吸塔底部的液体出口与所述第一闪蒸罐的入口连通，所述第一闪蒸罐的液体出口与所述贫液输送泵的入口连通，所述贫液输送泵的出口与所述贫液冷却器的热流体进口连通，所述贫液冷却器的热流体出口与所述第二喷射反应器的工作流体入口连通；醇胺吸收剂能够在第一喷射反应器、第二喷射反应器和解吸塔之间循环流动，所述第一闪蒸罐的气体出口与所述真空泵的入口连通，所述真空泵的出口与所述第二闪蒸罐的入口连通；
所述第二闪蒸罐的液体出口与所述冷却水供给泵的入口连通，所述冷却水供给泵的出口分别与所述吸收剂级间冷却器的冷流体进口、所述贫液冷却器的冷流体进口及所述蒸汽冷凝器的冷流体进口连通，所述吸收剂级间冷却器的冷流体出口、所述贫液冷却器的冷流体出口及所述蒸汽冷凝器的冷流体出口均与所述第二闪蒸罐的入口连通，从而实现系统内能量的循环利用，降低系统热量损失。
进一步地，所述解吸塔内的喷淋装置包括第一喷淋组件和第二喷淋组件，所述第一喷淋组件位于所述第二喷淋组件上方，第一喷淋组件位于解吸塔内的顶部位置，第二喷淋组件位于解吸塔内的中部位置，所述船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括贫富液换热器；
所述富液输送泵的出口分为两路，所述富液输送泵的一路出口与所述第一喷淋组件连通，所述富液输送泵的另一路出口与所述贫富液换热器的冷流体入口连通，所述贫富液换热器的冷流体出口与所述第二喷淋组件连通；所述贫液输送泵的出口与所述贫富液换热器的热流体进口连通，所述贫富液换热器的热流体出口与所述贫液冷却器的热流体进口连通。
进一步地，所述解吸塔内还设有填料，所述填料位于所述第二喷淋组件下方，且所述填料位于所述解吸塔的蒸汽入口上方，填料用于增加醇胺富液与高温蒸汽的接触时间和接触面积，从而促进醇胺富液中CO2的解吸反应。
进一步地，所述解吸塔内还设有至少两个折流板，所述折流板位于所述第一喷淋组件和所述第二喷淋组件之间，至少两个折流板上下间隔设置，相邻的所述折流板之间形成有折流通道。
进一步地，上下相邻的两个折流板中，位于上方的折流板为第一折流板，位于下方的折流板为第二折流板，第一折流板的左端与解吸塔的内壁相连，第一折流板的右端与解吸塔的内壁之间设有间隙，第二折流板的右端与解吸塔的内壁相连，第二折流板的左端与解吸塔的内壁之间设有间隙，从而在相邻的折流板之间形成来回弯折的折流通道。
进一步地，折流板的数量为多个，多个折流板以第一折流板-第二折流板-第一折流板-第二折流板…的形式从上至下依次交替设置，从而形成来回弯折的折流通道。
进一步地，所述CO2冷凝系统包括CO2压缩机、CO2冷却器、CO2干燥器和制冷循环系统，CO2压缩机用于对CO2气体进行增压，CO2冷却器用于对CO2气体进行冷却降温，CO2干燥器用于去除CO2气体中的水蒸汽；所述气液分离器的气体出口与所述CO2压缩机的进口连通，所述CO2压缩机的出口与所述CO2冷却器的热流体进口连通，所述CO2冷却器的热流体出口与所述CO2干燥器的入口连通，所述CO2干燥器的出口与所述制冷循环系统的入口连通，所述制冷循环系统用于将CO2气体冷凝液化为CO2液体，所述制冷循环系统的出口与所述液化CO2存储舱的入口连通；所述冷却水供给泵的出口还与所述CO2冷却器的冷流体进口连通，所述CO2冷却器的冷流体出口与所述第二闪蒸罐的进口连通。
进一步地，所述制冷循环系统包括CO2冷凝器、制冷压缩机、制冷循环冷凝器和制冷循环膨胀阀，制冷剂能够在CO2冷凝器、制冷压缩机、制冷循环冷凝器和制冷循环膨胀阀之间循环流动；所述CO2干燥器的出口与所述CO2冷凝器的热流体进口连通，所述CO2冷凝器的热流体出口与所述液化CO2存储舱的入口连通；
所述冷却水供给泵的出口还与所述制冷循环冷凝器的冷流体进口连通，所述制冷循环冷凝器的冷流体出口与所述第二闪蒸罐的进口连通；所述制冷循环冷凝器的制冷剂出口与所述制冷循环膨胀阀的入口连通，所述制冷循环膨胀阀的出口与所述CO2冷凝器的制冷剂入口连通，所述CO2冷凝器的制冷剂出口与所述制冷压缩机的入口连通，所述制冷压缩机的出口与所述制冷循环冷凝器的制冷剂入口连通。从而利用第二闪蒸罐的低温冷却水对制冷剂进行降温，并回收制冷剂的热量，实现热量的内循环。
进一步地，第二闪蒸罐的液体出口与冷却水供给泵的入口相连，冷却水供给泵的出口分为五路，第一路出口与吸收剂级间冷却器的冷流体进口相连，第二路出口与贫液冷却器的冷流体进口相连，第三路出口与蒸汽冷凝器的冷流体进口相连，第四路出口与CO2冷却器的冷流体进口相连，第五路出口与制冷循环冷凝器的冷流体进口相连。吸收剂级间冷却器的冷流体出口、贫液冷却器的冷流体出口、蒸汽冷凝器的冷流体出口、CO2冷却器的冷流体出口及制冷循环冷凝器的冷流体出口均与真空泵出口汇合后再与第二闪蒸罐的进口相连。
进一步地，所述船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括冷凝水增压泵和水力真空泵，所述第二闪蒸罐的气体出口与所述水力真空泵的被引射流体进口连通；所述气液分离器的液体出口与所述冷凝水增压泵的入口连通，所述冷凝水增压泵的出口与所述水力真空泵的工作流体进口连通，所述水力真空泵的出口与所述燃油锅炉的补水口连通。
进一步地，所述船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括热泵循环系统，所述热泵循环系统包括水加热器、热泵循环压缩机、热泵循环蒸发器和热泵循环膨胀阀；所述水力真空泵的出口与所述水加热器的冷流体进口连通，所述水加热器的冷流体出口与所述燃油锅炉的补水口连通；
所述水加热器的换热介质出口与所述热泵循环膨胀阀的入口连通，所述热泵循环膨胀阀的出口与所述热泵循环蒸发器的换热介质入口连通，所述热泵循环蒸发器的换热介质出口与所述热泵循环压缩机的入口连通，所述热泵循环压缩机的出口与所述水加热器的换热介质入口连通；所述文丘里预处理塔底部的液体出口与所述热泵循环蒸发器的低位热源进口连通，所述热泵循环蒸发器的低位热源出口直接通往大海，从而吸收文丘里预处理塔中海水的余热。
进一步地，所述冷凝水增压泵的出口还与所述废气锅炉的补水口连通，所述废气锅炉的蒸汽出口与所述解吸塔底部的蒸汽入口连通。
进一步地，废气锅炉的蒸汽出口与燃油锅炉的蒸汽出口汇合后再与解吸塔底部的蒸汽入口连通。
进一步地，所述液化CO2存储舱的气相出口与所述CO2冷凝系统的入口连通。
进一步地，液化CO2存储舱的气相出口与气液分离器的气相出口汇合后再与CO2压缩机的进口连通。
本发明提供的船舶尾气CO2捕集及存储系统，采用喷射反应器(包括第一喷射反应器和第二喷射反应器)代替传统吸收塔作为CO2吸收设备，喷射反应器具有自吸能力，能够实现对尾气的主动吸入，对尾气入口压力要求较低，对船舶发动机、锅炉等设备的背压无影响，有利于发动机和燃油锅炉等设备的运行。同时，喷射反应器对尾气流速无要求，且在喷射器喉部流体具有高流速，产生剧烈扰动，可促进醇胺吸收剂与CO2气体混合，增强醇胺吸收剂与CO2的传质速率，从而加快CO2吸收速率；在喷射器喉部的高流速会导致压力降低，使得部分液体出现空化现象，空泡的溃灭会在局部范围产生高温高压，进一步促进醇胺吸收剂与CO2的反应速率。因此，喷射反应器能够有效降低CO2吸收装置的体积。
同时，本发明利用多级喷射反应器(包括第一喷射反应器和第二喷射反应器)作为CO2吸收设备，通过喷射反应器串联，可实现不同CO2捕集率设计，同时将CO2吸收设备拆分为多个喷射反应器，可根据船舶空间条件布置安装，降低设备的安装难度。同时，尾气依次通过第一喷射反应器和第二喷射反应器，贫液吸收剂依次通过第二喷射反应器、第一喷射反应器，醇胺吸收剂与尾气形成逆流接触，实现低负载醇胺吸收剂与低浓度CO2接触反应，提高低浓度CO2的捕集效率。
同时，本发明利用第二闪蒸罐将系统中的换热器冷源进行收集，并通过水力真空泵将第二闪蒸罐维持在某一稳定真空状态，吸收热量后升温的换热器冷源将在第二闪蒸罐中发生闪蒸，部分冷却水将气化，从而吸收冷却水热量，使得第二闪蒸罐内未气化的冷却水温度将维持在闪蒸罐真空压力下对应的饱和温度，达到冷却水设计供给温度，实现冷却水无外界冷源介入降温，从而降低系统热量损失。
同时，本发明利用真空泵将第一闪蒸罐维持在一定真空度，解吸塔底部液体出口的高温醇胺贫液吸收剂将在第一闪蒸罐中产生闪蒸，部分水将在真空下气化，气化的蒸汽将进入第二闪蒸罐，该部分蒸汽用于弥补第二闪蒸罐液体气化导致的冷却水损失，实现系统冷却水循环物料平衡。同时，由于第一闪蒸罐内压力低，高温贫液在第一闪蒸罐中会促进CO2进一步解吸，降低贫液中CO2负载，有利于醇胺吸收剂在第二喷射反应器和第一喷射反应器中与CO2反应，从而进一步地提高CO2的吸收速率。
因此，本发明不仅能够提高醇胺吸收剂与CO2气体的传质速率，进而提高CO2气体的吸收效率，减小CO2吸收装置的设备体积，同时能够实现系统的能量循环利用，降低系统的能耗。
附图说明
图1为本发明实施例中船舶尾气CO2捕集及存储系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的船舶尾气CO2捕集及存储系统，包括废气锅炉1、文丘里预处理塔2、第一喷射反应器3、第二喷射反应器4、吸收剂级间冷却器5、吸收剂增压泵6、富液输送泵7、解吸塔9、第一闪蒸罐10、贫液输送泵11、真空泵12、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、气液分离器15、CO2冷凝系统100、液化CO2存储舱24、燃油锅炉29、第二闪蒸罐31和冷却水供给泵32。
废气锅炉1的尾气进口用于与船舶尾气管道(图未标号)连通，废气锅炉1的尾气出口与文丘里预处理塔2的气体进口连通，文丘里预处理塔2的液体进口用于与海水管路(图未标号)连通。文丘里预处理塔2底部的出口分为气体出口和液体出口两路，文丘里预处理塔2底部的气体出口与第一喷射反应器3的被吸入流体进口连通，第一喷射反应器3的出口分为气体出口和液体出口两路，第一喷射反应器3的气体出口与第二喷射反应器4的被吸入流体进口连通；第二喷射反应器4的出口同样分为气体出口和液体出口两路，第二喷射反应器4的气体出口通往大气(由于经过两级吸收处理，故经第二喷射反应器4吸收后的CO2气体含量较低，能够直接通往大气；当然，在其它实施例中，第二喷射反应器4的气体出口也可以与其他装置连通)，第二喷射反应器4的液体出口与吸收剂级间冷却器5的高温流体入口连通，吸收剂级间冷却器5的高温流体出口与吸收剂增压泵6的入口连通，吸收剂增压泵6的出口与第一喷射反应器3的工作流体入口连通。由此，船舶尾气能够分别在第一喷射反应器3和第二喷射反应器4中与醇胺吸收剂进行两次逆流接触吸收，形成吸收有CO2的满CO2负载的醇胺富液。其中，吸收剂级间冷却器5能够对醇胺吸收剂进行降温，以提高醇胺吸收剂对CO2的吸收效率。
第一喷射反应器3的液体出口与富液输送泵7的入口连通，富液输送泵7的出口与解吸塔9内的喷淋装置连通；燃油锅炉29的蒸汽出口与解吸塔9底部的蒸汽入口90连通，解吸塔9内的喷淋装置位于解吸塔9的蒸汽入口90上方。燃油锅炉29提供的高温蒸汽能够与喷淋装置喷洒的吸收有CO2的醇胺吸收剂在解吸塔9内逆流接触(即喷淋装置喷洒的吸收有CO2的醇胺吸收剂在解吸塔9内由上至下流动，高温蒸汽在解吸塔9内由下至上流动)，高温蒸汽为CO2的解吸提供热能；在此期间，CO2将会与醇胺吸收剂分离，产生低CO2负载的醇胺贫液和纯CO2气体，实现CO2的分离，同时，部分高温蒸汽将会被冷凝成高温水随高温醇胺贫液流至解吸塔9底部，另一部分高温蒸汽作为气提蒸汽将携带CO2气体向塔顶流动。
解吸塔9顶部的气体出口与蒸汽冷凝器14的热流体入口连通，蒸汽冷凝器14的热流体出口与气液分离器15的入口连通，气液分离器15的气体出口与CO2冷凝系统100的入口连通，CO2冷凝系统100用于将CO2气体冷凝液化为CO2液体(当然，CO2冷凝系统100还用于对CO2气体进行干燥除水等)，CO2冷凝系统100的出口与液化CO2存储舱24的入口连通，从而将冷凝后的CO2液体储存在液化CO2存储舱24中。
解吸塔9底部的液体出口与第一闪蒸罐10的入口连通，第一闪蒸罐10的液体出口与贫液输送泵11的入口连通，贫液输送泵11的出口与贫液冷却器13的热流体进口连通，贫液冷却器13的热流体出口与第二喷射反应器4的工作流体入口连通；贫液冷却器13能够对来自第一闪蒸罐10的醇胺吸收剂进行降温，以提高醇胺吸收剂对CO2的吸收效率。醇胺吸收剂能够在第一喷射反应器3、第二喷射反应器4和解吸塔9之间循环流动。第一闪蒸罐10的气体出口与真空泵12的入口连通，真空泵12的出口与第二闪蒸罐31的入口连通。
第二闪蒸罐31的液体出口与冷却水供给泵32的入口连通，冷却水供给泵32的出口分别与吸收剂级间冷却器5的冷流体进口、贫液冷却器13的冷流体进口及蒸汽冷凝器14的冷流体进口连通，吸收剂级间冷却器5的冷流体出口、贫液冷却器13的冷流体出口及蒸汽冷凝器14的冷流体出口均与第二闪蒸罐31的入口连通，从而实现系统内能量的循环利用，降低系统热量损失。
本发明实施例提供的船舶尾气CO2捕集及存储系统，采用喷射反应器(包括第一喷射反应器3和第二喷射反应器4；喷射式反应器的具体结构及原理可参现有技术，在此不赘述)代替传统吸收塔作为CO2吸收设备，喷射反应器具有自吸能力，能够实现对尾气的主动吸入，对尾气入口压力要求较低，对船舶发动机、锅炉等设备的背压无影响，有利于发动机和燃油锅炉29等设备的运行。同时，喷射反应器对尾气流速无要求，且在喷射器喉部流体具有高流速，产生剧烈扰动，可促进醇胺吸收剂与CO2气体混合，增强醇胺吸收剂与CO2的传质速率，从而加快CO2吸收速率；在喷射器喉部的高流速会导致压力降低，使得部分液体出现空化现象，空泡的溃灭会在局部范围产生高温高压，进一步促进醇胺吸收剂与CO2的反应速率。因此，喷射反应器能够有效降低CO2吸收装置的体积。
同时，本发明利用多级喷射反应器(包括第一喷射反应器3和第二喷射反应器4)作为CO2吸收设备，通过喷射反应器串联，可实现不同CO2捕集率设计，同时将CO2吸收设备拆分为多个喷射反应器，可根据船舶空间条件布置安装，降低设备的安装难度。同时，尾气依次通过第一喷射反应器3和第二喷射反应器4，贫液吸收剂依次通过第二喷射反应器4、第一喷射反应器3，醇胺吸收剂与尾气形成逆流接触，实现低负载醇胺吸收剂与低浓度CO2接触反应，提高低浓度CO2的捕集效率。
同时，本发明利用第二闪蒸罐31将系统中的换热器冷源进行收集，并通过水力真空泵33将第二闪蒸罐31维持在某一稳定真空状态，吸收热量后升温的换热器冷源将在第二闪蒸罐31中发生闪蒸，部分冷却水将气化，从而吸收冷却水热量，使得第二闪蒸罐31内未气化的冷却水温度将维持在闪蒸罐真空压力下对应的饱和温度，达到冷却水设计供给温度，实现冷却水无外界冷源介入降温，从而降低系统热量损失。
同时，本发明利用真空泵12将第一闪蒸罐10维持在一定真空度，解吸塔9底部液体出口的高温醇胺贫液吸收剂将在第一闪蒸罐10中产生闪蒸，部分水将在真空下气化，气化的蒸汽将进入第二闪蒸罐31，该部分蒸汽用于弥补第二闪蒸罐31液体气化导致的冷却水损失，实现系统冷却水循环物料平衡。同时，由于第一闪蒸罐10内压力低，高温贫液在第一闪蒸罐10中会促进CO2进一步解吸，降低贫液中CO2负载，有利于醇胺吸收剂在第二喷射反应器4和第一喷射反应器3中与CO2反应，从而进一步地提高CO2的吸收速率。
因此，本发明不仅能够提高醇胺吸收剂与CO2气体的传质速率，进而提高CO2气体的吸收效率，减小CO2吸收装置的设备体积，同时能够实现系统的能量循环利用，降低系统的能耗。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，解吸塔9内的喷淋装置包括第一喷淋组件91和第二喷淋组件92(喷淋组件包括喷淋管路及设置于喷淋管路上的喷嘴等，吸收有CO2的醇胺吸收剂能够经喷嘴均匀地喷洒在解吸塔9内，从而促进解吸反应)，第一喷淋组件91位于第二喷淋组件92上方(在本实施例中，第一喷淋组件91位于解吸塔9内的顶部位置，第二喷淋组件92位于解吸塔9内的中部位置)，船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括贫富液换热器8；
富液输送泵7的出口分为两路，富液输送泵7的一路出口与第一喷淋组件91连通，富液输送泵7的另一路出口与贫富液换热器8的冷流体入口连通，贫富液换热器8的冷流体出口与第二喷淋组件92连通；贫液输送泵11的出口与贫富液换热器8的热流体进口连通，贫富液换热器8的热流体出口与贫液冷却器13的热流体进口连通。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，解吸塔9内还设有填料93，填料93位于第二喷淋组件92下方，且填料93位于解吸塔9的蒸汽入口90上方，填料93用于增加醇胺富液与高温蒸汽的接触时间和接触面积，从而促进醇胺富液的解吸反应。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，解吸塔9内还设有至少两个折流板94，折流板94位于第一喷淋组件91和第二喷淋组件92之间；至少两个折流板94上下间隔设置，相邻的折流板94之间形成有折流通道95。具体地，在本实施例中，上下相邻的两个折流板94中，位于上方的折流板94为第一折流板，位于下方的折流板94为第二折流板，第一折流板的左端与解吸塔9的内壁相连，第一折流板的右端与解吸塔9的内壁之间设有间隙，第二折流板的右端与解吸塔9的内壁相连，第二折流板的左端与解吸塔9的内壁之间设有间隙，从而在相邻的折流板94之间形成来回弯折的折流通道95。图1中示意为两个折流板94，实际上可以设置更多个折流板94，多个折流板94以第一折流板-第二折流板-第一折流板-第二折流板…的形式从上至下依次交替设置。
具体地，当第一喷射反应器3底部的满负载CO2的醇胺富液被富液输送泵7增压后，分为两路进入解吸塔9内，一路通过贫富液换热器8加热升温(具体地，该路醇胺富液被解吸塔9底部出口的高温醇胺贫液在贫富液换热器8中加热升温)后从解吸塔9内的第二喷淋组件92中喷出，同时，燃油锅炉29产生的高温蒸汽从解吸塔9底部的蒸汽入口90进入解吸塔9内，高温蒸汽与醇胺富液在通过填料93时会增加接触面积和时间，实现富液升温，并为CO2解吸提供热能。在此期间，CO2将会与醇胺吸收剂分离，产生低CO2负载的醇胺贫液和纯CO2气体，实现CO2分离；同时，部分高温蒸汽将会被冷凝成高温水随高温醇胺贫液流至解吸塔9底部，另一部分高温蒸汽将作为气提蒸汽将携带CO2气体向塔顶流动。另一路被富液输送泵7增压后的醇胺富液，将从解吸塔9顶部的第一喷淋组件91喷出，低温富液与携带CO2气体的高温气体蒸汽在折流板94之间形成的折流通道95中对流换热，使得低温富液升温，并发生CO2解吸反应；在此期间，低温富液将成为高温贫液流向解吸塔9底部，部分蒸汽由于放热被冷凝成高温淡水流向塔底，剩余高温蒸汽将CO2气体带出解吸塔9，此步骤可回收部分蒸汽热量。
解吸塔9底部的高温醇胺贫液流入第一闪蒸罐10中，由于第一闪蒸罐10内具有一定真空度，高温醇胺溶液将发生闪蒸，部分高温水气化成水蒸汽，醇胺吸收剂温度有所降低。同时，第一闪蒸罐10中的高温贫液由于压力降低再次发生解吸反应，释放部分CO2气体，进一步降低醇胺贫液的CO2负载，有利于醇胺贫液吸收CO2。第一闪蒸罐10产生的水蒸汽和CO2将被真空泵12抽离，以维持第一闪蒸罐10内的真空度和醇胺吸收剂的醇胺浓度。未闪蒸的高温醇胺贫液被贫液输送泵11增压后送至贫富液换热器8为醇胺富液加热，贫液温度降低，以此回收部分贫液余热，初步降温后的贫液再通过贫液冷却器13，被来自第二闪蒸罐31的低温冷却水进行冷却，将温度降低至适合醇胺与CO2发生中和反应的温度，降温后的醇胺贫液将作为第二喷射反应器4的工作流体进入喷射器部分，为喷射器产生真空，以吸入第一喷射反应器3中的较低CO2浓度尾气，实现醇胺吸收剂内循环。
通过设置为上述结构，不仅能够提高醇胺吸收剂对CO2的吸收速率和吸收量，而且能够促进醇胺富液在解吸塔9内进行解吸反应，并实现醇胺吸收剂的循环使用，同时能够回收蒸汽热量和醇胺溶液的热量，降低系统的能耗。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，CO2冷凝系统100包括CO2压缩机17、CO2冷却器18、CO2干燥器19和制冷循环系统101，CO2压缩机17用于对CO2气体进行增压，CO2冷却器18用于对CO2气体进行冷却降温，CO2干燥器19用于去除CO2气体中的水蒸汽，制冷循环系统101用于将CO2气体冷凝液化为CO2液体。气液分离器15的气体出口与CO2压缩机17的进口连通，CO2压缩机17的出口与CO2冷却器18的热流体进口连通，CO2冷却器18的热流体出口与CO2干燥器19的入口连通，CO2干燥器19的出口与制冷循环系统101的入口连通，制冷循环系统101的出口与液化CO2存储舱24的入口连通；冷却水供给泵32的出口还与CO2冷却器18的冷流体进口连通，CO2冷却器18的冷流体出口与第二闪蒸罐31的进口连通。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，制冷循环系统101包括CO2冷凝器20、制冷压缩机21、制冷循环冷凝器22和制冷循环膨胀阀23，制冷剂能够在CO2冷凝器20、制冷压缩机21、制冷循环冷凝器22和制冷循环膨胀阀23之间循环流动。CO2干燥器19的出口与CO2冷凝器20的热流体进口连通，CO2冷凝器20的热流体出口与液化CO2存储舱24的入口连通；
冷却水供给泵32的出口还与制冷循环冷凝器22的冷流体进口连通，制冷循环冷凝器22的冷流体出口与第二闪蒸罐31的进口连通；制冷循环冷凝器22的制冷剂出口与制冷循环膨胀阀23的入口连通，制冷循环膨胀阀23的出口与CO2冷凝器20的制冷剂入口连通，CO2冷凝器20的制冷剂出口与制冷压缩机21的入口连通，制冷压缩机21的出口与制冷循环冷凝器22的制冷剂入口连通。从而利用第二闪蒸罐31的低温冷却水对制冷剂进行降温，并回收制冷剂的热量，实现热量的内循环。
具体地，解吸塔9顶部排出的水蒸汽和CO2混合气体进入蒸汽冷凝器14，由来自第二闪蒸罐31的低温冷却水进行降温，降温后的水蒸汽将被冷凝成高温淡水，而CO2维持气态。气液混合物流入气液分离器15内后，高温淡水与CO2气体分离，高温淡水被冷凝水增压泵16抽出气液分离器15，CO2气体由CO2压缩机17抽出气液分离器15，并对CO2气体进行增压，增压后的高温高压CO2进入CO2冷却器18被来自第二闪蒸罐31的低温冷却水降温，再进入除水器19中去除CO2气体中的水蒸汽，除水后的高压低温CO2气体进入制冷循环系统101中的CO2冷凝器20，实现CO2气体降温液化，并排入液化CO2存储舱24内进行储存。
具体地，在本实施例中，第二闪蒸罐31的液体出口与冷却水供给泵32的入口相连，冷却水供给泵32的出口分为五路，第一路出口与吸收剂级间冷却器5的冷流体进口相连，第二路出口与贫液冷却器13的冷流体进口相连，第三路出口与蒸汽冷凝器14的冷流体进口相连，第四路出口与CO2冷却器18的冷流体进口相连，第五路出口与制冷循环冷凝器22的冷流体进口相连。吸收剂级间冷却器5的冷流体出口、贫液冷却器13的冷流体出口、蒸汽冷凝器14的冷流体出口、CO2冷却器18的冷流体出口及制冷循环冷凝器22的冷流体出口均与真空泵12出口汇合后再与第二闪蒸罐31的进口相连。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括冷凝水增压泵16和水力真空泵33，第二闪蒸罐31的气体出口与水力真空泵33的被引射流体进口连通。气液分离器15的液体出口与冷凝水增压泵16的入口连通，冷凝水增压泵16的出口与水力真空泵33的工作流体进口连通，水力真空泵33的出口与燃油锅炉29的补水口连通。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括热泵循环系统200，热泵循环系统200包括水加热器25、热泵循环压缩机26、热泵循环蒸发器27和热泵循环膨胀阀28；换热介质能够在水加热器25、热泵循环压缩机26、热泵循环蒸发器27和热泵循环膨胀阀28之间循环流动。水力真空泵33的出口与水加热器25的冷流体进口连通，水加热器25的冷流体出口与燃油锅炉29的补水口连通。
水加热器25的换热介质出口与热泵循环膨胀阀28的入口连通，热泵循环膨胀阀28的出口与热泵循环蒸发器27的换热介质入口连通，热泵循环蒸发器27的换热介质出口与热泵循环压缩机26的入口连通，热泵循环压缩机26的出口与水加热器25的换热介质入口连通；文丘里预处理塔2底部的液体出口与热泵循环蒸发器27的低位热源进口连通，热泵循环蒸发器27的低位热源出口直接通往大海(当然，在其它实施例中，热泵循环蒸发器27的低位热源出口也可以与其他装置连通)，从而吸收文丘里预处理塔2中海水的余热(该海水的余热来源于尾气的热量)。
具体地，吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22的低温冷却水与高温介质换热后温度升高，温度升高后冷却水混合后再与真空泵12排出的水蒸汽、CO2混合后产生高温水/CO2气液混合流体，气液混合流体进入第二闪蒸罐31内，由于第二闪蒸罐31内具有一定真空度，高温冷却水将发生闪蒸，部分高温水将气化，气化过程会吸收高温水内部热量，使得高温冷却水温度降低，未闪蒸的冷却水将成为低温冷却水。低温冷却水经冷却水供给泵32增压后输送至吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22等换热器，实现冷却水内循环。
冷凝水增压泵16将气液分离器15中的高温冷凝水增压后作为水力真空泵33的工作流体，高温冷凝水进入水力真空泵33后，会产生负压，以此吸走第二闪蒸罐31中的水蒸汽和CO2气体，并将高温冷凝水、水蒸汽和CO2气体混合后输送至水加热器25。在此过程中，水蒸汽将被液化，形成水、CO2混合流体；水、CO2混合流体将在水加热器25中被热泵循环系统200回收的海水余热加热，加热后的水、CO2混合流体进入燃油锅炉29，并被燃油锅炉29中的燃烧器30(燃油锅炉29中设有燃烧器30)燃烧产生的热量加热成高温蒸汽，高温蒸汽进入解吸塔9内进行CO2气体的解吸反应，实现蒸汽内循环。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，冷凝水增压泵16的出口还与废气锅炉1的补水口连通，废气锅炉1的蒸汽出口与解吸塔9底部的蒸汽入口90连通(具体地，废气锅炉1的蒸汽出口与燃油锅炉29的蒸汽出口汇合后再与解吸塔9底部的蒸汽入口90连通)。
具体地，当废气锅炉1中的蒸汽产量过剩时，过剩的蒸汽将与燃油锅炉29产生的蒸汽混合后进入解吸塔9，同时根据废气锅炉1中的蒸汽消耗量降低燃烧器30的负荷，以此降低燃油锅炉29中燃油的消耗。此时冷凝水增压泵16出口的高温冷凝水将有一部分排往废气锅炉1，该水量与废气锅炉1输送至解吸塔9的蒸汽质量相等，以实现废气锅炉1的蒸汽内循环。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，液化CO2存储舱24的气相出口与CO2冷凝系统100的入口连通。具体地，液化CO2存储舱24的气相出口与气液分离器15的气相出口汇合后再与CO2压缩机17的进口连通。
具体地，当液化CO2存储舱24中的压力和温度升高至一定程度时(一般是由于液态的CO2气化引起)，通过液化CO2存储舱24的蒸发气排出管道(图未标号)与CO2压缩机17连通，将液化CO2存储舱24内的CO2气体再次经过加压、液化后返回至液化CO2存储舱24内。
进一步地，在本实施例中，各管路上还设有相应的控制阀门(图未示)，以控制相应的管路的通断。
如图1所示，本发明实施例的船舶尾气CO2捕集及存储系统主要的工作流程如下：
1、当船舶需要进行CO2捕集时，船舶发动机产生的高温尾气先进入废气锅炉1中，废气锅炉1中的水被高温尾气加热成高温蒸汽，尾气温度降低。通过废气锅炉1的尾气仍保持着较高的温度，尾气再进入文丘里预处理塔2中；同时，常温海水也被喷入文丘里预处理塔2中，由于文丘里预处理塔2的喉部直径较小，尾气在文丘里预处理塔2的喉部的流速较高，能够促使海水雾化成小直径水滴，进而促进尾气中的颗粒污染物成核聚集，提升尾气颗粒物的去除能力，提高尾气的清洁度。同时，海水与尾气接触，将尾气温度降低至有利于CO2与醇胺吸收剂反应的温度。尾气和海水在文丘里预处理塔2的底部分离，升温后的海水经热泵循环系统200中的热泵循环蒸发器27回收余热后排往大海。
降温后的清洁尾气被第一喷射反应器3吸入，在第一喷射反应器3的喷射器部分，尾气中的CO2(此时尾气中的CO2浓度较高)与CO2负载较高的醇胺半富液进行充分混合并发生反应，形成满CO2负载的醇胺富液和较低CO2浓度的尾气，在第一喷射反应器3的腔体底部，满CO2负载的醇胺富液与较低CO2浓度的尾气分离。较低CO2浓度的尾气从第一喷射反应器3的气体出口被第二喷射反应器4吸入，在第二喷射反应器4的喷射器部分，较低CO2浓度的尾气与低温低CO2负载的醇胺贫液进行充分混合并发生反应，形成较高CO2负载的醇胺半富液和满足排放要求的低CO2浓度的尾气，在第二喷射反应器4的腔体底部，较高CO2负载的醇胺半富液与满足排放要求的低CO2浓度的尾气分离，低CO2浓度的尾气从第二喷射反应器4气体出口被排往大气，较高CO2负载的醇胺半富液从第二喷射反应器4底部液体出口排出。由于CO2与醇胺吸收剂发生中和反应，其反应热会导致醇胺吸收剂温度升高，阻碍CO2与醇胺吸收剂进一步发生中和反应；因此，第二喷射反应器4底部排出的较高CO2负载的醇胺半富液将在吸收剂级间冷却器5中被来自第二闪蒸罐31中的低温冷却水降温，降温后的较高CO2负载的醇胺半富液被吸收剂增压泵6增压后作为引射流体进入第一喷射反应器3中，并在第一喷射反应器3的喷射器部分通过压力能转化成动能的原理产生负压，用以吸入尾气。
第一喷射反应器3底部的满负载CO2的醇胺富液被富液输送泵7增压后，分为两路进入解吸塔9内，一路通过贫富液换热器8加热升温(具体地，该路醇胺富液被解吸塔9底部出口的高温醇胺贫液在贫富液换热器8中加热升温)后从解吸塔9内的第二喷淋组件92中喷出，同时，燃油锅炉29产生的高温蒸汽从解吸塔9底部的蒸汽入口90进入解吸塔9内，高温蒸汽与醇胺富液在通过填料93时会增加接触面积和时间，实现富液升温，并为CO2解吸提供热能。在此期间，CO2将会与醇胺吸收剂分离，产生低CO2负载的醇胺贫液和纯CO2气体，实现CO2分离；同时，部分高温蒸汽将会被冷凝成高温水随高温醇胺贫液流至解吸塔9底部，另一部分高温蒸汽将作为气提蒸汽将携带CO2气体向塔顶流动。另一路被富液输送泵7增压后的醇胺富液，将从解吸塔9顶部的第一喷淋组件91喷出，低温富液与携带CO2气体的高温气体蒸汽在折流板94之间形成的折流通道95中对流换热，使得低温富液升温，并发生CO2解吸反应；在此期间，低温富液将成为高温贫液流向解吸塔9底部，部分蒸汽由于放热被冷凝成高温淡水流向塔底，剩余高温蒸汽将CO2气体带出解吸塔9，此步骤可回收部分蒸汽热量。
解吸塔9底部的高温醇胺贫液流入第一闪蒸罐10中，由于第一闪蒸罐10内具有一定真空度，高温醇胺溶液将发生闪蒸，部分高温水气化成水蒸汽，醇胺吸收剂温度有所降低。同时，第一闪蒸罐10中的高温贫液由于压力降低再次发生解吸反应，释放部分CO2气体，进一步降低醇胺贫液的CO2负载，有利于醇胺贫液吸收CO2。第一闪蒸罐10产生的水蒸汽和CO2将被真空泵12抽离，以维持第一闪蒸罐10内的真空度和醇胺吸收剂的醇胺浓度。未闪蒸的高温醇胺贫液被贫液输送泵11增压后送至贫富液换热器8为醇胺富液加热，贫液温度降低，以此回收部分贫液余热，初步降温后的贫液再通过贫液冷却器13，被来自第二闪蒸罐31的低温冷却水进行冷却，将温度降低至适合醇胺与CO2发生中和反应的温度，降温后的醇胺贫液将作为第二喷射反应器4的工作流体进入喷射器部分，为喷射器产生真空，以吸入第一喷射反应器3中的较低CO2浓度尾气，实现醇胺吸收剂内循环。
解吸塔9顶部排出的水蒸汽和CO2混合气体进入蒸汽冷凝器14，由来自第二闪蒸罐31的低温冷却水进行降温，降温后的水蒸汽将被冷凝成高温淡水，而CO2维持气态。气液混合物流入气液分离器15内后，高温淡水与CO2气体分离，高温淡水被冷凝水增压泵16抽出气液分离器15，CO2气体由CO2压缩机17抽出气液分离器15，并对CO2气体进行增压，增压后的高温高压CO2进入CO2冷却器18被来自第二闪蒸罐31的低温冷却水降温，再进入除水器19中去除CO2气体中的水蒸汽，除水后的高压低温CO2气体进入制冷循环系统101中的CO2冷凝器20，实现CO2气体降温液化，并排入液化CO2存储舱24内进行储存。
第二闪蒸罐31中进入吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22后的低温冷却水与高温介质换热后，冷却水的温度升高，温度升高后的冷却水在混合后(即从吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22中流出的冷却水混合在一起)再与真空泵12排出的水蒸汽和CO2混合后产生高温水/CO2气液混合流体，气液混合流体进入第二闪蒸罐31内，由于第二闪蒸罐31内具有一定真空度，高温冷却水将发生闪蒸，部分高温水将气化，气化过程会吸收高温水内部热量，使得高温冷却水温度降低，未闪蒸的冷却水将成为低温冷却水。低温冷却水经冷却水供给泵32增压后输送至吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22等换热器，实现冷却水内循环。
冷凝水增压泵16将气液分离器15中的高温冷凝水增压后作为水力真空泵33的工作流体，高温冷凝水进入水力真空泵33后，会产生负压，以此吸走第二闪蒸罐31中的水蒸汽和CO2气体，并将高温冷凝水、水蒸汽和CO2气体混合后输送至水加热器25。在此过程中，水蒸汽将被液化，形成水、CO2混合流体；水、CO2混合流体将在水加热器25中被热泵循环系统200回收的海水余热加热，加热后的水、CO2混合流体进入燃油锅炉29，并被燃油锅炉29中的燃烧器30(燃油锅炉29中设有燃烧器30)燃烧产生的热量加热成高温蒸汽，高温蒸汽进入解吸塔9内进行CO2气体的解吸反应，实现蒸汽内循环。
2、当废气锅炉1中的蒸汽产量过剩时，过剩的蒸汽将与燃油锅炉29产生的蒸汽混合后进入解吸塔9，同时根据废气锅炉1中的蒸汽消耗量降低燃烧器30的负荷，以此降低燃油锅炉29中燃油的消耗。此时冷凝水增压泵16出口的高温冷凝水将有一部分排往废气锅炉1，该水量与废气锅炉1输送至解吸塔9的蒸汽质量相等，以实现废气锅炉1的蒸汽内循环。
3、当液化CO2存储舱24中的压力和温度升高至一定程度时(一般是由于液态的CO2气化引起)，通过液化CO2存储舱24的蒸发气排出管道与CO2压缩机17连通，将液化CO2存储舱24内的CO2气体再次经过加压、液化后返回至液化CO2存储舱24内。
本发明实施例提供的船舶尾气CO2捕集及存储系统，不仅能够提高醇胺吸收剂与CO2气体的传质速率，进而提高CO2气体的吸收效率，减小CO2吸收装置的设备体积，同时能够实现系统的能量循环利用，仅需提供醇胺吸收剂与CO2反应后的富液升温热量和CO2解吸热量，不需要提供产生汽提CO2所需要的蒸汽的热量，同时能够实现部分机械设备消耗的电能转化的热能、尾气余热能的回收利用，极大程度上降低了外界能源输入需求，降低系统的能耗。该船舶尾气CO2捕集及存储系统的优点包括：
1、本发明实施例提供的船舶尾气CO2捕集及存储系统，采用喷射反应器(包括第一喷射反应器3和第二喷射反应器4)代替传统吸收塔作为CO2吸收设备，喷射反应器具有自吸能力，能够实现对尾气的主动吸入，对尾气入口压力要求较低，对船舶发动机、锅炉等设备的背压无影响，有利于发动机和燃油锅炉29等设备的运行。同时，喷射反应器对尾气流速无要求，且在喷射器喉部流体具有高流速，产生剧烈扰动，可促进醇胺吸收剂与CO2气体混合，增强醇胺吸收剂与CO2的传质速率，从而加快CO2吸收速率；在喷射器喉部的高流速会导致压力降低，使得部分液体出现空化现象，空泡的溃灭会在局部范围产生高温高压，进一步促进醇胺吸收剂与CO2的反应速率。因此，喷射反应器能够有效降低CO2吸收装置的体积。
2、本发明利用多级喷射反应器(包括第一喷射反应器3和第二喷射反应器4)作为CO2吸收设备，通过喷射反应器串联，可实现不同CO2捕集率设计，同时将CO2吸收设备拆分为多个喷射反应器，可根据船舶空间条件布置安装，降低设备的安装难度。同时，尾气依次通过第一喷射反应器3和第二喷射反应器4，贫液吸收剂依次通过第二喷射反应器4、第一喷射反应器3，醇胺吸收剂与尾气形成逆流接触，实现低负载醇胺吸收剂与低浓度CO2接触反应，提高低浓度CO2的捕集效率。
3、本发明利用第二闪蒸罐31将系统中所有的换热器(包括吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22)的冷源进行收集，并通过水力真空泵33将第二闪蒸罐31内维持在某一稳定的真空状态，吸收热量后升温的换热器冷源将在第二闪蒸罐31中发生闪蒸，部分冷却水将气化，从而吸收冷却水热量，该热量为吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22对外释放的热量，且热量来源为燃油锅炉29，使得第二闪蒸罐31内未气化的冷却水温度将维持在第二闪蒸罐31内真空压力下对应的饱和温度，达到冷却水设计供给温度，实现冷却水无外界冷源介入降温。同时，水力真空泵33将气液分离器15中分离出来的水与第二闪蒸罐31中气化产生的蒸汽汇合，汇合后，蒸汽将由于压力升高而液化，液化释放的蒸汽潜热将会随着液体被带入燃油锅炉29，该气化潜热为吸收剂级间冷却器5、贫液冷却器13、蒸汽冷凝器14、CO2冷却器18和制冷循环冷凝器22对外释放的热量，从而实现系统热量的内循环，降低系统热量损失。
4、本发明利用真空泵12将第一闪蒸罐10维持在一定真空度，解吸塔9底部液体出口的高温醇胺贫液吸收剂将在第一闪蒸罐10中产生闪蒸，部分水将在真空下气化，气化的蒸汽将进入第二闪蒸罐31，该部分蒸汽用于弥补第二闪蒸罐31液体气化导致的冷却水损失，实现系统冷却水循环物料平衡。同时，由于第一闪蒸罐10内压力低，高温贫液在第一闪蒸罐10中会促进CO2进一步解吸，降低贫液中CO2负载，有利于醇胺吸收剂在第二喷射反应器4和第一喷射反应器3中与CO2反应，从而进一步地提高CO2的吸收速率。
5、本发明利用CO2冷凝器20、制冷压缩机21、制冷循环冷凝器22和制冷循环膨胀阀23组成制冷循环系统101，通过CO2压缩机17将CO2气体增压，并通过制冷循环将高压CO2气体冷却液化，储存至液化CO2储存舱24中。同时，液化CO2储存舱24中气化产生的CO2气体被CO2压缩机17进行增压，再经过制冷循环液化后返回液化CO2储存舱24，以此实现液化CO2储存舱24的压力和温度控制。
6、本发明利用水加热器25、热泵循环压缩机26、热泵循环蒸发器27和热泵循环膨胀阀28组成热泵循环系统200，该热泵循环系统200能够回收部分尾气余热，从而降低燃油锅炉29的燃油消耗，减少系统的整体能耗。
7、本发明利用船舶的废气锅炉1产生的蒸汽作为解吸塔9的辅助蒸汽来源，在废气锅炉1的蒸汽过剩时，可充分利用废气锅炉1的蒸汽，降低系统整体能耗；同时利用冷凝水增压泵16将气液分离器15中的一部分高温冷凝水排往废气锅炉1，该水量与废气锅炉1输送至解吸塔9的蒸汽质量相等，以实现废气锅炉1的蒸汽内循环。
本发明不仅减小了整套处理设备的体积，降低了设备能耗，降低了设备的采购成本及运营维护成本，而且该船舶尾气CO2捕集及存储系统能够适用于低浓度、低压的船舶尾气CO2捕集，可适用于各种船舶尾气的处理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，包括废气锅炉(1)、文丘里预处理塔(2)、第一喷射反应器(3)、第二喷射反应器(4)、吸收剂级间冷却器(5)、吸收剂增压泵(6)、富液输送泵(7)、解吸塔(9)、第一闪蒸罐(10)、贫液输送泵(11)、真空泵(12)、贫液冷却器(13)、蒸汽冷凝器(14)、气液分离器(15)、CO2冷凝系统(100)、液化CO2存储舱(24)、燃油锅炉(29)、第二闪蒸罐(31)和冷却水供给泵(32)；
所述废气锅炉(1)的尾气进口用于与船舶尾气管道连通，所述废气锅炉(1)的尾气出口与所述文丘里预处理塔(2)的气体进口连通，所述文丘里预处理塔(2)的液体进口用于与海水管路连通；所述文丘里预处理塔(2)底部的气体出口与所述第一喷射反应器(3)的被吸入流体进口连通，所述第一喷射反应器(3)的气体出口与所述第二喷射反应器(4)的被吸入流体进口连通，所述第二喷射反应器(4)的液体出口与所述吸收剂级间冷却器(5)的高温流体入口连通，所述吸收剂级间冷却器(5)的高温流体出口与所述吸收剂增压泵(6)的入口连通，所述吸收剂增压泵(6)的出口与所述第一喷射反应器(3)的工作流体入口连通；
所述第一喷射反应器(3)的液体出口与所述富液输送泵(7)的入口连通，所述富液输送泵(7)的出口与所述解吸塔(9)内的喷淋装置连通；所述燃油锅炉(29)的蒸汽出口与所述解吸塔(9)底部的蒸汽入口(90)连通，所述解吸塔(9)内的喷淋装置位于所述解吸塔(9)的蒸汽入口(90)上方；
所述解吸塔(9)顶部的气体出口与所述蒸汽冷凝器(14)的热流体入口连通，所述蒸汽冷凝器(14)的热流体出口与所述气液分离器(15)的入口连通，所述气液分离器(15)的气体出口与所述CO2冷凝系统(100)的入口连通，所述CO2冷凝系统(100)用于将CO2气体冷凝液化为CO2液体，所述CO2冷凝系统(100)的出口与所述液化CO2存储舱(24)的入口连通；
所述解吸塔(9)底部的液体出口与所述第一闪蒸罐(10)的入口连通，所述第一闪蒸罐(10)的液体出口与所述贫液输送泵(11)的入口连通，所述贫液输送泵(11)的出口与所述贫液冷却器(13)的热流体进口连通，所述贫液冷却器(13)的热流体出口与所述第二喷射反应器(4)的工作流体入口连通；所述第一闪蒸罐(10)的气体出口与所述真空泵(12)的入口连通，所述真空泵(12)的出口与所述第二闪蒸罐(31)的入口连通；
所述第二闪蒸罐(31)的液体出口与所述冷却水供给泵(32)的入口连通，所述冷却水供给泵(32)的出口分别与所述吸收剂级间冷却器(5)的冷流体进口、所述贫液冷却器(13)的冷流体进口及所述蒸汽冷凝器(14)的冷流体进口连通，所述吸收剂级间冷却器(5)的冷流体出口、所述贫液冷却器(13)的冷流体出口及所述蒸汽冷凝器(14)的冷流体出口均与所述第二闪蒸罐(31)的入口连通。
2.如权利要求1所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述解吸塔(9)内的喷淋装置包括第一喷淋组件(91)和第二喷淋组件(92)，所述第一喷淋组件(91)位于所述第二喷淋组件(92)上方，所述船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括贫富液换热器(8)；
所述富液输送泵(7)的出口分为两路，所述富液输送泵(7)的一路出口与所述第一喷淋组件(91)连通，所述富液输送泵(7)的另一路出口与所述贫富液换热器(8)的冷流体入口连通，所述贫富液换热器(8)的冷流体出口与所述第二喷淋组件(92)连通；所述贫液输送泵(11)的出口与所述贫富液换热器(8)的热流体进口连通，所述贫富液换热器(8)的热流体出口与所述贫液冷却器(13)的热流体进口连通。
3.如权利要求2所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述解吸塔(9)内还设有填料(93)，所述填料(93)位于所述第二喷淋组件(92)下方，且所述填料(93)位于所述解吸塔(9)的蒸汽入口(90)上方。
4.如权利要求2所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述解吸塔(9)内还设有至少两个折流板(94)，所述折流板(94)位于所述第一喷淋组件(91)和所述第二喷淋组件(92)之间，相邻的所述折流板(94)之间形成有折流通道(95)。
5.如权利要求1所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述CO2冷凝系统(100)包括CO2压缩机(17)、CO2冷却器(18)、CO2干燥器(19)和制冷循环系统(101)，所述气液分离器(15)的气体出口与所述CO2压缩机(17)的进口连通，所述CO2压缩机(17)的出口与所述CO2冷却器(18)的热流体进口连通，所述CO2冷却器(18)的热流体出口与所述CO2干燥器(19)的入口连通，所述CO2干燥器(19)的出口与所述制冷循环系统(101)的入口连通，所述制冷循环系统(101)用于将CO2气体冷凝液化为CO2液体，所述制冷循环系统(101)的出口与所述液化CO2存储舱(24)的入口连通；所述冷却水供给泵(32)的出口还与所述CO2冷却器(18)的冷流体进口连通，所述CO2冷却器(18)的冷流体出口与所述第二闪蒸罐(31)的进口连通。
6.如权利要求5所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述制冷循环系统(101)包括CO2冷凝器(20)、制冷压缩机(21)、制冷循环冷凝器(22)和制冷循环膨胀阀(23)，所述CO2干燥器(19)的出口与所述CO2冷凝器(20)的热流体进口连通，所述CO2冷凝器(20)的热流体出口与所述液化CO2存储舱(24)的入口连通；
所述冷却水供给泵(32)的出口还与所述制冷循环冷凝器(22)的冷流体进口连通，所述制冷循环冷凝器(22)的冷流体出口与所述第二闪蒸罐(31)的进口连通；所述制冷循环冷凝器(22)的制冷剂出口与所述制冷循环膨胀阀(23)的入口连通，所述制冷循环膨胀阀(23)的出口与所述CO2冷凝器(20)的制冷剂入口连通，所述CO2冷凝器(20)的制冷剂出口与所述制冷压缩机(21)的入口连通，所述制冷压缩机(21)的出口与所述制冷循环冷凝器(22)的制冷剂入口连通。
7.如权利要求1所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括冷凝水增压泵(16)和水力真空泵(33)，所述第二闪蒸罐(31)的气体出口与所述水力真空泵(33)的被引射流体进口连通；所述气液分离器(15)的液体出口与所述冷凝水增压泵(16)的入口连通，所述冷凝水增压泵(16)的出口与所述水力真空泵(33)的工作流体进口连通，所述水力真空泵(33)的出口与所述燃油锅炉(29)的补水口连通。
8.如权利要求7所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述船舶尾气CO2捕集及存储系统还包括热泵循环系统(200)，所述热泵循环系统(200)包括水加热器(25)、热泵循环压缩机(26)、热泵循环蒸发器(27)和热泵循环膨胀阀(28)；所述水力真空泵(33)的出口与所述水加热器(25)的冷流体进口连通，所述水加热器(25)的冷流体出口与所述燃油锅炉(29)的补水口连通；
所述水加热器(25)的换热介质出口与所述热泵循环膨胀阀(28)的入口连通，所述热泵循环膨胀阀(28)的出口与所述热泵循环蒸发器(27)的换热介质入口连通，所述热泵循环蒸发器(27)的换热介质出口与所述热泵循环压缩机(26)的入口连通，所述热泵循环压缩机(26)的出口与所述水加热器(25)的换热介质入口连通；所述文丘里预处理塔(2)底部的液体出口与所述热泵循环蒸发器(27)的低位热源进口连通。
9.如权利要求7所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述冷凝水增压泵(16)的出口还与所述废气锅炉(1)的补水口连通，所述废气锅炉(1)的蒸汽出口与所述解吸塔(9)底部的蒸汽入口(90)连通。
10.如权利要求1-9任一项所述的船舶尾气CO2捕集及存储系统，其特征在于，所述液化CO2存储舱(24)的气相出口与所述CO2冷凝系统(100)的入口连通。
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