CN219128774U - 一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统，该系统包括脱除塔、二氧化碳循环单元、进料烟气入口、排放烟气出口、进料空气入口、排放空气出口、加热蒸汽入口、二氧化碳产品气出口；所述脱除塔包括入口主管和出口主管，所述进料烟气入口、进料空气入口、加热蒸汽入口分别与所述入口主管连通，所述排放烟气出口和排放空气出口分别与所述出口主管连通；所述二氧化碳循环单元包括循环主管路，所述循环主管路跨接于所述脱除塔的入口主管与出口主管之间。该系统利用二氧化碳气体为换热介质，通过二氧化碳气体和吸附模块直接接触实现系统热量的回收和再利用，换热效率高。

Description

一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统

技术领域

本公开涉及二氧化碳捕集技术领域，具体地，涉及一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统。

背景技术

CCUS技术是目前实现大规模碳减排的最有效手段之一，但能耗高、成本高仍然是制约二氧化碳捕集技术大规模应用的最关键因素。因此，降低能耗和成本已成为CO₂捕集技术的研究热点。

专利CN211025688U公开了一种二氧化碳捕集系统。该系统设置有第一壳体(第一壳体内设置第一吸附剂层)、第二壳体(第二壳体内设置第二吸附剂层)和换热件。在二氧化碳捕集过程中，第一壳体可以作为吸附/解吸用，第二壳体可以作为解吸/吸附用。当第一壳体可以作为吸附用，第二壳体可以作为解吸用时，第一壳体内的第一吸附剂层吸附烟气中的二氧化碳，吸附过程放出的反应热以及烟气中的显热通过换热件传导至第二壳体内的第二吸附层中，实现了吸附和解吸同步进行以及能量的充分利用。但是该专利中换热件只有第一壳体和第二壳体的某一面接触，换热效率低，且会造成温度分布不均。

中国专利CN202921145U公开了一种带热回收装置的双塔两级CO₂吸附捕获系统。该实用新型采用固定床吸附，通过切换阀门实现升压吸附、气体吹扫、升温脱附、降压储气和脱附塔降温的连续操作，完成CO₂吸脱附的过程。该专利通过冷却水和烟道气换热回收烟气热量，然后将冷却水回收的热量用于吸附剂再生，实现整个系统的热回用。但是由于冷却水和烟气、冷却水和吸附剂都是间接接触换热，换热效率较低，且电厂烟气的温度一般只有50-70℃左右，用冷却水回收热量的效果并不理想。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统，该系统利用二氧化碳气体为换热介质，通过二氧化碳气体和吸附模块直接接触实现系统热量的回收和再利用，换热效率高。

为了实现上述目的，本公开提供一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统，该系统包括脱除塔、二氧化碳循环单元、进料烟气入口、排放烟气出口、进料空气入口、排放空气出口、加热蒸汽入口、二氧化碳产品气出口；

所述脱除塔包括入口主管和出口主管，所述进料烟气入口、进料空气入口、加热蒸汽入口分别与所述入口主管连通，所述排放烟气出口和排放空气出口分别与所述出口主管连通；

所述二氧化碳循环单元包括循环主管路，所述循环主管路跨接于所述脱除塔的入口主管与出口主管之间。

可选地，所述二氧化碳循环单元还包括依次设置于所述循环主管路上的第一控制阀、蓄热器、二氧化碳储罐、第二控制阀和风机；

其中所述第一控制阀靠近所述脱除塔的出口主管，所述风机靠近所述脱除塔的入口主管；

所述二氧化碳储罐包括与蓄热器连接的第一口以及与所述第二控制阀连接的第二口。

可选地，所述二氧化碳循环单元还包括第一加热脱附支管和第二加热脱附支管；

所述第一加热脱附支管跨接于所述第一控制阀的入口与所述第二控制阀的入口之间，所述第一加热脱附支管上设有第三控制阀；

所述第二加热脱附支管跨接于所述第一控制阀的出口与所述第二控制阀的出口之间，所述第二加热脱附支管上设有第四控制阀。

可选地，所述系统还包括除水管路，所述除水管路上设有除水器，所述除水器包括脱附气入口、除水脱附气出口和冷凝水出口，所述脱附气入口通过所述除水管路的上游段与所述脱除塔出口主管连通，在所述除水管路的上游段设有除水阀，所述除水脱附气出口通过所述除水管路的下游段与所述二氧化碳储罐的第二口连通。

可选地，所述二氧化碳产品气出口通过管路与所述二氧化碳储罐的第二口连通。

可选地，所述加热蒸汽入口通过蒸汽入口管与所述脱除塔的入口主管连通，所述蒸汽入口管上设有蒸汽阀；

所述进料空气入口通过空气入口管与所述脱除塔的入口主管连通，所述空气入口管上设有入口空气阀；

所述进料烟气入口通过烟气入口管与所述脱除塔的入口主管连通，所述烟气入口管上设有入口烟气阀。

可选地，沿烟气流向，所述加热蒸汽入口、所述进料空气入口和所述进料烟气入口在所述入口主管的位置分别位于所述二氧化碳循环单元的上游。

可选地，所述排放空气出口通过空气出口管与所述脱除塔的出口主管连通，所述空气出口管上设有出口空气阀；

所述排放烟气出口通过烟气出口管与所述脱除塔的出口主管连通，所述烟气出口管上设有出口烟气阀。

可选地，沿烟气流向，所述排放空气出口、所述排放烟气出口在所述出口主管的位置分别位于所述二氧化碳循环单元的下游。

可选地，所述入口主管连接于所述脱除塔的底部，所述出口主管连接于所述脱除塔的顶端；所述脱除塔内设有吸附模块。

通过上述技术方案，本公开提供了一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统，该系统利用二氧化碳气体为换热介质，通过二氧化碳气体和吸附模块直接接触实现系统热量的回收和再利用，换热效率高；该系统工艺简单、可操作性强，能够显著降低系统的捕集能耗，十分适用于大规模二氧化碳捕集。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是利用蓄热装置分步加热和分步冷却实现能量回收的捕集系统示意图。

图2是未使用蓄热装置的能量回收系统示意图。

附图标记说明

Ⅰ脱除塔；II风机；III蓄热器；IV二氧化碳储罐；V除水器；

10入口烟气阀；11出口烟气阀；20第四控制阀；21第三控制阀；30蒸汽阀；31除水阀；40第二控制阀；41第一控制阀；50入口空气阀；51出口空气阀；60二氧化碳产品气收集阀；

1进料烟气；2排放烟气；3进料空气；4排放空气；5高温蒸汽；6冷凝水；7二氧化碳产品气。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开提供一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统，该系统包括脱除塔Ⅰ、二氧化碳循环单元、进料烟气入口、排放烟气出口、进料空气入口、排放空气出口、加热蒸汽入口、二氧化碳产品气出口；

所述脱除塔Ⅰ包括入口主管和出口主管，所述进料烟气入口、进料空气入口、加热蒸汽入口分别与所述入口主管连通，所述排放烟气出口和排放空气出口分别与所述出口主管连通；

所述二氧化碳循环单元包括循环主管路，所述循环主管路跨接于所述脱除塔Ⅰ的入口主管与出口主管之间。

本公开中，能够在本公开的一个系统中既实现分步加热脱附过程又实现分步冷却过程，所述分步加热脱附和分步冷却即为一次循环；其中，加热脱附过程分为第一加热脱附和第二加热脱附，第一加热脱附通入二氧化碳进行第一次加热脱附，第二加热脱附通入蒸汽进行第二次加热脱附；冷却过程分为第一冷却和第二冷却，第一冷却通入二氧化碳进行第一次冷却，第二冷却通入空气进行第二次冷却；在脱除塔Ⅰ中，安装有蜂窝状吸附模块，该系统通过二氧化碳和蓄热器管路的巧妙切换实现系统热量的回收再利用，并且二氧化碳气体直接与脱除塔中的吸附模块直接接触，大大提高了换热效率。

在本公开的一种具体实施方式中，所述二氧化碳循环单元还包括依次设置于所述循环主管路上的第一控制阀41、蓄热器III、二氧化碳储罐IV、第二控制阀40和风机II；其中，所述第一控制阀41靠近所述脱除塔Ⅰ的出口主管，所述风机II靠近所述脱除塔Ⅰ的入口主管；所述二氧化碳储罐IV包括与蓄热器III连接的第一口以及与所述第二控制阀40连接的第二口。

在本公开的一种具体实施方式中，所述二氧化碳循环单元还包括第一加热脱附支管和第二加热脱附支管；所述第一加热脱附支管跨接于所述第一控制阀41的入口与所述第二控制阀40的入口之间，所述第一加热脱附支管上设有第三控制阀21；

所述第二加热脱附支管跨接于所述第一控制阀41的出口与所述第二控制阀40的出口之间，所述第二加热脱附支管上设有第四控制阀20。

在本公开的一种具体实施方式中，所述系统还包括除水管路，所述除水管路上设有除水器V，所述除水器V包括脱附气入口、除水脱附气出口和冷凝水出口，所述脱附气入口通过所述除水管路的上游段与所述脱除塔Ⅰ出口主管连通，在所述除水管路的上游段设有除水阀31，所述除水脱附气出口通过所述除水管路的下游段与所述二氧化碳储罐IV的第二口连通。

在本公开的一种具体实施方式中，所述二氧化碳产品气出口通过管路与所述二氧化碳储罐IV的第二口连通，以使二氧化碳储罐IV的至少部分CO₂作为产品气引出。本公开中，二氧化碳产品气出口管路上设有二氧化碳产品气收集阀60。

在本公开的一种具体实施方式中，所述加热蒸汽入口通过蒸汽入口管与所述脱除塔Ⅰ的入口主管连通，所述蒸汽入口管上设有蒸汽阀30；所述进料空气入口通过空气入口管与所述脱除塔Ⅰ的入口主管连通，所述空气入口管上设有入口空气阀50，用控制进料空气的通入；所述进料烟气入口通过烟气入口管与所述脱除塔Ⅰ的入口主管连通，所述烟气入口管上设有入口烟气阀10，用于控制进入脱除塔的烟气的通入。

在本公开的一种具体实施方式中，沿烟气流向，所述加热蒸汽入口、所述进料空气入口和所述进料烟气入口在所述入口主管的位置分别位于所述二氧化碳循环单元的上游。

在本公开的一种具体实施方式中，所述排放空气出口通过空气出口管与所述脱除塔Ⅰ的出口主管连通，所述空气出口管上设有出口空气阀51，用于控制脱除塔内空气的引出；

所述排放烟气出口通过烟气出口管与所述脱除塔Ⅰ的出口主管连通，所述烟气出口管上设有出口烟气阀11，用于控制脱除塔内吸附后烟气的引出。

在本公开的一种具体实施方式中，沿烟气流向，所述排放空气出口、所述排放烟气出口在所述出口主管的位置分别位于所述二氧化碳循环单元的下游。

在本公开的一种具体实施方式中，所述入口主管连接于所述脱除塔Ⅰ的底部，所述出口主管连接于所述脱除塔Ⅰ的顶端，脱除塔内部设有能够吸附二氧化碳吸附的吸附模块。

在本公开的一种优选实施方式中，采用如图1所示的系统对烟气进行吸附处理的步骤包括：

在进行分步加热脱附和分步冷却前，该系统所有阀门处于关闭状态；一次循环过程包括：吸附、第一加热脱附、第二加热脱附、第一冷却和第二冷却；

所述吸附过程包括：打开入口烟气阀10和出口烟气阀11，将进料烟气1通过入口烟气阀10通入脱除塔I中，与脱除塔I中的吸附模块进行充分接触将二氧化碳吸附下来，脱碳后的排放烟气2经过出口烟气阀11排出，关闭入口烟气阀10和出口烟气阀11；优选地，所述进料烟气1的浓度为10-15％，排放烟气2的浓度为0-6％，吸附温度为20-60℃；

所述第一加热脱附过程包括：打开第三控制阀21和第四控制阀20，二氧化碳储罐IV中的二氧化碳气体经过蓄热器III加热后，经过第四控制阀20由风机II引入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第一次加热脱附，第一次脱附的二氧化碳气体和用于加热的二氧化碳气体一起经过第三控制阀21回到二氧化碳储罐IV中或者经过二氧化碳产品气收集阀60作为二氧化碳产品气7收集起来，关闭第三控制阀21和第四控制阀20；优选地，经过第一次加热脱附过程的二氧化碳气体的温度为80-150℃；

所述第二加热脱附过程包括：打开蒸汽阀30和除水阀31，将高温蒸汽5通过蒸汽阀30通入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第二次加热脱附，第二次脱附的二氧化碳气体经过除水阀31进入除水器V中，除去冷凝水6后的第二次脱附的二氧化碳气体回到二氧化碳储罐IV中或者经过二氧化碳产品气收集阀60作为二氧化碳产品气7收集起来，关闭蒸汽阀30和除水阀31；当除去冷凝水6后的第二次脱附的二氧化碳气体为高温气体时，将第一控制阀41和第三控制阀21打开，使除去冷凝水6后的第二次脱附的二氧化碳气体通过第三控制阀21、第一控制阀41到蓄热器III中将热量回收储存后再回到二氧化碳储罐IV中，关闭第一控制阀41和第三控制阀21；优选地，高温蒸汽5的温度为120-250℃；

所述第一冷却过程包括：打开第一控制阀41和第二控制阀40，二氧化碳储罐IV中的二氧化碳气体经过第二控制阀40由风机II引入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第一次冷却，第一次冷却后的高温二氧化碳气体通过第一控制阀41到蓄热器III中将热量回收储存后再回到二氧化碳储罐IV中，关闭第一控制阀41和第二控制阀40；优选地，第一次冷却后的二氧化碳气体温度为90-160℃；

所述第二冷却过程包括：打开入口空气阀50和出口空气阀51，将进料空气3通过入口空气阀50通入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第二次冷却，第二次冷却后的排放空气4经过出口空气阀51排出，关闭入口空气阀50和出口空气阀51；优选地，进料空气3的温度为0-20℃。

本公开中，第一加热脱附过程中，所述用于加热的二氧化碳气体一般可以为捕集的二氧化碳气体，首次循环或二氧化碳产品气7不足时，二氧化碳气体可由气瓶提供。

本公开通过分步加热脱附的过程进行脱附加热，能够提高二氧化碳热量的利用率，并且降低能耗；另外本公开还通过分步冷却的过程进行冷却，便于二氧化碳和空气的分离。

以下结合具体实施例来对本公开作进一步的说明，但本开所要求保护的范围并不局限于实施例所描述之范围。

实施例1

本实施例用于说明利用蓄热装置分步加热和分步冷却实现能量回收的捕集系统，如图1所示。

S1、将蜂窝状吸附模块安装在脱除塔I内，并关闭所有阀门；

S2、吸附过程：打开入口烟气阀10和出口烟气阀11，将进料烟气1(进料烟气1中二氧化碳的质量浓度为12％)通过入口烟气阀10通入脱除塔I中，与脱除塔I中的吸附模块进行充分接触将二氧化碳吸附下来，脱碳后的出口烟气2(出口烟气2中二氧化碳的质量浓度为2.5％)经过出口烟气阀11排出，关闭入口烟气阀10和出口烟气阀11；

S3、第一加热脱附过程：打开第三控制阀21和第四控制阀20，二氧化碳储罐IV中的二氧化碳气体经过蓄热器III加热到100℃后，经过第四控制阀20由风机II引入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第一次加热脱附，第一次脱附的二氧化碳气体和用于加热的二氧化碳气体一起经过第三控制阀21回到二氧化碳储罐IV中或者经过二氧化碳产品气收集阀60作为二氧化碳产品气7收集起来，关闭第三控制阀21和第四控制阀20；

S4、第二加热脱附过程：打开蒸汽阀30和除水阀31，将温度为160℃的高温蒸汽5通过蒸汽阀30通入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第二次加热脱附，第二次脱附的二氧化碳气体经过除水阀31进入除水器V中，除去冷凝水6后的第二次脱附的二氧化碳气体回到二氧化碳储罐IV中或者经过二氧化碳产品气收集阀60作为二氧化碳产品气7收集起来，关闭蒸汽阀30和除水阀31；

S5、第一冷却过程：打开第一控制阀41和第二控制阀40，二氧化碳储罐IV中的二氧化碳气体经过第二控制阀40由风机II引入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第一次冷却，第一次冷却后的高温二氧化碳气体(温度为120℃)通过第一控制阀41到蓄热器III中将热量回收储存后再回到二氧化碳储罐IV中，关闭第一控制阀41和第二控制阀40；

第二冷却过程：打开入口空气阀50和出口空气阀51，将温度为10℃的进料空气3通过入口空气阀50通入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第二次冷却，第二次冷却后的排放空气4经过出口空气阀51排出，关闭入口空气阀50和出口空气阀51；冷却后的吸附模块温度为25℃。

对比例1

本对比例用于说明未使用蓄热装置的能量回收系统，如图2所示。

S1、将蜂窝状吸附模块安装在脱除塔I内，并关闭所有阀门；

S2、吸附过程：打开入口烟气阀10和出口烟气阀11，将进料烟气1(进料烟气1中二氧化碳的质量浓度为12％)通过入口烟气阀10通入脱除塔I中，与脱除塔I中的吸附模块进行充分接触将二氧化碳吸附下来，脱碳后的出口烟气2(出口烟气2中二氧化碳的质量浓度为2.5％)经过出口烟气阀11排出，关闭入口烟气阀10和出口烟气阀11；

S3、加热脱附过程：打开蒸汽阀30和除水阀31，将温度为160℃的高温蒸汽5通过蒸汽阀30通入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行加热脱附，脱附的二氧化碳气体经过除水阀31进入除水器V中，除去冷凝水6后的脱附的二氧化碳气体回到二氧化碳储罐IV中或者经过二氧化碳产品气收集阀60作为二氧化碳产品气7收集起来，关闭蒸汽阀30和除水阀31；

S4、第一冷却过程：打开第二控制阀40和除水阀31，二氧化碳储罐IV中的二氧化碳气体经过第二控制阀40由风机II引入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第一次冷却，第一次冷却后的高温二氧化碳气体(温度为120℃)通过除水阀31进入除水器V中，除去冷凝水6后的脱附的二氧化碳气体回到二氧化碳储罐IV中或者经过二氧化碳产品气收集阀60作为二氧化碳产品气7收集起来，关闭第二控制阀40和除水阀31；

S2、第二冷却过程：打开入口空气阀50和出口空气阀51，将温度为10℃的进料空气3通过入口空气阀50通入脱除塔I中，对脱除塔I中的吸附模块进行第二次冷却，第二次冷却后的排放空气4经过出口空气阀51排出，关闭入口空气阀50和出口空气阀51；冷却后的吸附模块温度为25℃。

将本公开中使用二氧化碳循环单元的系统与不使用蓄热装置的系统相比，通过蓄热装置的使用，该系统能耗降低约13％。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用蓄热装置分步加热和冷却实现能量回收的捕集系统，其特征在于，该系统包括脱除塔(Ⅰ)、二氧化碳循环单元、进料烟气入口、排放烟气出口、进料空气入口、排放空气出口、加热蒸汽入口、二氧化碳产品气出口；

所述脱除塔(Ⅰ)包括入口主管和出口主管，所述进料烟气入口、进料空气入口、加热蒸汽入口分别与所述入口主管连通，所述排放烟气出口和排放空气出口分别与所述出口主管连通；

所述二氧化碳循环单元包括循环主管路，所述循环主管路跨接于所述脱除塔(Ⅰ)的入口主管与出口主管之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳循环单元还包括依次设置于所述循环主管路上的第一控制阀(41)、蓄热器(III)、二氧化碳储罐(IV)、第二控制阀(40)和风机(II)；

其中，所述第一控制阀(41)靠近所述脱除塔(Ⅰ)的出口主管，所述风机(II)靠近所述脱除塔(Ⅰ)的入口主管；

所述二氧化碳储罐(IV)包括与蓄热器(III)连接的第一口以及与所述第二控制阀(40)连接的第二口。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳循环单元还包括第一加热脱附支管和第二加热脱附支管；

所述第一加热脱附支管跨接于所述第一控制阀(41)的入口与所述第二控制阀(40)的入口之间，所述第一加热脱附支管上设有第三控制阀(21)；

所述第二加热脱附支管跨接于所述第一控制阀(41)的出口与所述第二控制阀(40)的出口之间，所述第二加热脱附支管上设有第四控制阀(20)。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括除水管路，所述除水管路上设有除水器(V)，所述除水器(V)包括脱附气入口、除水脱附气出口和冷凝水出口，所述脱附气入口通过所述除水管路的上游段与所述脱除塔(Ⅰ)出口主管连通，在所述除水管路的上游段设有除水阀(31)，所述除水脱附气出口通过所述除水管路的下游段与所述二氧化碳储罐(IV)的第二口连通。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳产品气出口通过管路与所述二氧化碳储罐(IV)的第二口连通。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热蒸汽入口通过蒸汽入口管与所述脱除塔(Ⅰ)的入口主管连通，所述蒸汽入口管上设有蒸汽阀(30)；

所述进料空气入口通过空气入口管与所述脱除塔(Ⅰ)的入口主管连通，所述空气入口管上设有入口空气阀(50)；

所述进料烟气入口通过烟气入口管与所述脱除塔(Ⅰ)的入口主管连通，所述烟气入口管上设有入口烟气阀(10)。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，沿烟气流向，所述加热蒸汽入口、所述进料空气入口和所述进料烟气入口在所述入口主管的位置分别位于所述二氧化碳循环单元的上游。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排放空气出口通过空气出口管与所述脱除塔(Ⅰ)的出口主管连通，所述空气出口管上设有出口空气阀(51)；

所述排放烟气出口通过烟气出口管与所述脱除塔(Ⅰ)的出口主管连通，所述烟气出口管上设有出口烟气阀(11)。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，沿烟气流向，所述排放空气出口、所述排放烟气出口在所述出口主管的位置分别位于所述二氧化碳循环单元的下游。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述入口主管连接于所述脱除塔(Ⅰ)的底部，所述出口主管连接于所述脱除塔(Ⅰ)的顶端；所述脱除塔(Ⅰ)内设有吸附模块。

Images