CN219815797U - 一种灵活布置的船舶co2捕集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于碳捕集技术领域，尤其涉及一种灵活布置的船舶CO2捕集系统。该系统包括：设置于船舶上的CO2吸收系统和设置于岸上的富液解吸系统；CO2吸收系统用于吸收船舶燃机尾气中的CO2，生成富液；富液解吸系统用于接收CO2吸收系统产生的富液，并对其进行加热解吸。本实用新型提供的系统将吸收系统和解吸系统分离式布置，船舶上只设立CO2吸收系统，吸收富液定期送至岸上的解吸系统进行集中解吸再生；该系统能对船舶发动机排烟中的CO2实现“船上吸收，岸上解吸”的灵活操作，尤其适用于船舶本身能量供应受限，船身空间紧张的应用场景，并且在岸上进行集中式的富液解吸和管理，还可以大幅度降低船上处理的成本和风险。
Description
技术领域
本实用新型属于碳捕集技术领域，尤其涉及一种灵活布置的船舶CO2捕集系统。
背景技术
化学吸收法是当前最成熟的碳捕集技术，其中以胺基吸收剂的应用最为广泛，尽管工业领域岸上胺基吸收剂碳捕集技术发展已较为成熟，但船用碳捕集应用技术难度很大，关键技术难点和重点主要集中在船舶空间布置、能量供给以及CO2储运卸载等方面。
目前只有少数船舶示范项目安装了碳捕集系统，这些项目使用胺基吸收剂为主，其工艺流程基本与岸上工业领域的碳捕集技术保持一致，即包括CO2吸收和解吸两大部分，使用特定的吸收剂在CO2吸收塔与烟气进行逆向接触，通过吸收塔内的填料层强化CO2与吸收剂的传质和传热，吸收了CO2的吸收剂从吸收塔离开，经过换热后进入CO2解吸塔，通过船舶能量系统提供的低压蒸汽对吸收剂加热实现其再生，再生后的吸收剂离开CO2解吸塔返回吸收塔进行循环使用，从吸收剂被解吸出来的CO2与水蒸汽从CO2解吸塔顶部离开，经过冷凝后气液分离得到高纯度的CO2气体产品。
现有船舶碳捕集技术的吸收剂对CO2吸收量小，吸收剂需要较大的流量，吸收剂吸收完CO2后需要再生，而吸收剂再生的热量与吸收剂流量是成比例的关系，这样导致吸收剂能耗高，且能耗一般依赖于船舶额外的燃料消耗来提供能量，这一方面影响到船舶本身燃料的消耗增加额外的碳排放，另一方面可能由于额外燃料的消耗限制导致吸收剂再生能量供应不足进而影响捕集效率，一些小型船舶往往受限于该方面的原因。此外，船舶上延续使用常规化学吸收法的吸收塔和解吸塔设备占用空间和重量均较大，导致小型船舶无法安装该系统。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种灵活布置的船舶CO2捕集系统，本实用新型提供的系统将吸收系统和解吸系统分离式布置，船舶上只设立CO2吸收系统，吸收富液定期送至岸上的解吸系统进行集中解吸再生；该系统能对船舶发动机排烟中的CO2实现“船上吸收，岸上解吸”的灵活操作，尤其适用于船舶本身能量供应受限，船身空间紧张的应用场景，并且在岸上进行集中式的富液解吸和管理，还可以大幅度降低船上处理的成本和风险。
本实用新型提供了一种灵活布置的船舶CO2捕集系统，包括：设置于船舶上的CO2吸收系统和设置于岸上的富液解吸系统；所述CO2吸收系统用于吸收船舶燃机尾气中的CO2，生成富液；所述富液解吸系统用于接收CO2吸收系统产生的富液，并对其进行加热解吸。
优选的，所述CO2吸收系统包括：CO2吸收塔，所述CO2吸收塔设置有船舶燃机尾气入口、净烟气出口、吸收塔贫液入口和吸收塔富液出口；与所述吸收塔贫液入口相连的吸收系统贫液罐；与所述吸收塔富液出口相连的吸收系统富液罐。
优选的，所述吸收系统贫液罐中盛装有M-DC101脱碳吸收剂。
优选的，所述CO2吸收塔由下至上包括CO2吸收段和水洗段；所述船舶燃机尾气入口和吸收塔富液出口位于CO2吸收塔的塔底，所述净烟气出口位于CO2吸收塔的塔顶，所述吸收塔贫液入口位于CO2吸收段与水洗段之间。
优选的，所述CO2吸收段设置有级间冷却器；所述水洗段设置有水洗冷却器。
优选的，所述富液解吸系统包括：CO2解吸塔，所述CO2解吸塔设置有解吸塔富液入口、解吸塔贫液出口和CO2解吸气出口；与所述解吸塔富液入口相连的解吸系统富液罐；与所述解吸塔贫液出口相连的解吸系统贫液罐。
优选的，所述CO2解吸塔的塔底设置有再沸器；所述解吸塔贫液出口位于CO2解吸塔的塔底，所述CO2解吸气出口位于CO2解吸塔的塔顶；所述CO2解吸气出口连接有解吸气冷凝器，所述解吸气冷凝器的出口连接有气液分离槽，所述气液分离槽的液相出口连回所述CO2解吸塔。
优选的，所述富液解吸系统还包括贫富液换热器，所述贫富液换热器的贫液入口与所述解吸塔贫液出口相连，所述贫富液换热器的贫液出口与所述解吸系统贫液罐的入口相连，所述贫富液换热器的富液入口与所述解吸系统富液罐的出口相连，所述贫富液换热器的富液出口与所述解吸塔富液入口相连。
优选的，所述富液解吸系统还包括贫液冷却器，所述贫液冷却器的入口与所述解吸塔贫液出口相连，所述贫液冷却器的出口与所述解吸系统贫液罐的入口相连。
优选的，所述富液解吸系统还包括贫液净化单元，所述贫液净化单元的入口和出口均连接于所述解吸塔贫液出口与解吸系统贫液罐的连接管路上。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种灵活布置的船舶CO2捕集系统，包括：设置于船舶上的CO2吸收系统和设置于岸上的富液解吸系统；所述CO2吸收系统用于吸收船舶燃机尾气中的CO2，生成富液；所述富液解吸系统用于接收CO2吸收系统产生的富液，并对其进行加热解吸。本实用新型提供的系统将吸收系统和解吸系统分离式布置，船舶上只设立CO2吸收系统，吸收富液定期送至岸上的解吸系统进行集中解吸再生；该系统能对船舶发动机排烟中的CO2实现“船上吸收，岸上解吸”的灵活操作，这种设计能有效解决船舶碳捕集普遍面临的应用瓶颈，那就是船舶可用空间和可提供能量均很受限制。通过这种灵活的布置方式，可显著减少碳捕集系统占用船舶空间和船舶载重的负担，进而能避免对船舶自身稳性和结构改造造成的密闭性影响。在岸上实施解吸，有足够大的弹性操作区间，可根据实际需要实现集中式和规模化设计，最大限度满足不同负荷的操作要求，一方面能降低船上解吸的投资和运行成本，另一方面能有效降低船上解吸的风险(如：高温解吸热量引起人员烫伤，高纯度CO2引起人员窒息等)。
此外，在本实用新型提供的优选技术方案中，选择M-DC101作为本实用新型使用的CO2吸收剂，该吸收剂在吸收和解吸性能上能做到良好的平衡，其反应动力学快，CO2吸收量高，对CO2具有高度选择性和抗氧化降解能力，特别适用于低浓度CO2捕集，其解吸能耗相比传统单乙醇胺(MEA)溶剂可节省40％以上。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的灵活布置的船舶CO2捕集系统的示意图；
图2是本实用新型实施例提供的CO2吸收系统的示意图；
图3是本实用新型实施例提供的富液解吸系统的示意图。
附图中标记如下：1为CO2吸收塔，2为级间冷却器，3为水洗冷却器，4为吸收系统贫液罐，5为吸收系统富液罐，6为CO2解吸塔，7为再沸器，8为解吸气冷凝器，9为气液分离槽，10为贫富液换热器，11为贫液冷却器，12为贫液净化单元，13为解吸系统富液罐，14为解吸系统贫液罐。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种灵活布置的船舶CO2捕集系统，包括：设置于船舶上的CO2吸收系统和设置于岸上的富液解吸系统；所述CO2吸收系统用于吸收船舶燃机尾气中的CO2，生成富液；所述富液解吸系统用于接收CO2吸收系统产生的富液，并对其进行加热解吸。
在本实用新型中，所述CO2吸收系统优选包括：CO2吸收塔1，CO2吸收塔1设置有船舶燃机尾气入口、净烟气出口、吸收塔贫液入口和吸收塔富液出口；与所述吸收塔贫液入口相连的吸收系统贫液罐4；与所述吸收塔富液出口相连的吸收系统富液罐5。
在本实用新型中，CO2吸收塔1由下至上优选包括CO2吸收段和水洗段；所述船舶燃机尾气入口和吸收塔富液出口优选位于CO2吸收塔1的塔底，所述净烟气出口优选位于CO2吸收塔1的塔顶，所述吸收塔贫液入口位于CO2吸收段与水洗段之间。在本实用新型中，所述CO2吸收段优选设置有级间冷却器2，用于消除CO2吸收过程产生的热量；所述水洗段优选设置有水洗冷却器3，用于消除水洗过程中产生的热量。
在本实用新型中，吸收系统贫液罐4中优选盛装有M-DC101脱碳吸收剂。M-DC101脱碳吸收剂是一种环胺混合物溶液，由摩洁科技公司生产提供，该脱碳吸收剂中环胺混合物的浓度约为50wt％，外观为无色液体，具有芳香味，pH值为12.2，初馏点为104℃，凝固点为-10℃，不自燃，20℃的蒸汽压力<0.1mm Hg，蒸汽密度(空气＝1)为4.5，20℃完全溶解于水中，20℃下的动力粘度为18cPs，化学稳定性强。M-DC101脱碳吸收剂中环胺混合物的浓度为50wt％左右，高于传统单乙醇胺(MEA)溶剂30wt％的浓度，这样既能保证吸收剂本身的物理特性(如粘度，传热等)符合运行工况使用要求，也能显著提高其吸收能力和降低能耗。在化学特性方面，M-DC101脱碳吸收剂具有伯胺(如MEA，其动力学快但CO2吸收量小)反应动力学快的特性，适用于对低浓度CO2(<20％)的吸收，同时也具有叔胺(如MDEA，其CO2吸收量大但动力学慢)吸收量大的特性，因此M-DC101脱碳吸收剂的循环量能显著降低。概括而言，M-DC101脱碳吸收剂很好地兼顾了伯胺和叔胺二者的优点，具有反应动力学快和吸收容量大的双重特性。此外，M-DC101脱碳吸收剂拥有良好的稳定性，不易挥发，且其抗氧化抗热降解能力强，能降低使用过程中的损耗量。
在本实用新型中，所述富液解吸系统包括：CO2解吸塔6，CO2解吸塔6设置有解吸塔富液入口、解吸塔贫液出口和CO2解吸气出口；与所述解吸塔富液入口相连的解吸系统富液罐13；与所述解吸塔贫液出口相连的解吸系统贫液罐14。
在本实用新型中，CO2解吸塔6的塔底优选设置有再沸器7，用于为解吸提供所需的热量；所述解吸塔贫液出口优选位于CO2解吸塔6的塔底，所述CO2解吸气出口优选位于CO2解吸塔6的塔顶；所述CO2解吸气出口优选连接有解吸气冷凝器8，解吸气冷凝器8的出口优选连接有气液分离槽9，气液分离槽9的液相出口连回CO2解吸塔6。
在本实用新型中，所述富液解吸系统优选还包括贫富液换热器10，用于对待解吸的富液(冷)和加热解吸后的贫液(热)进行换热，回收贫液中的热量；贫富液换热器10的贫液入口与所述解吸塔贫液出口相连，贫富液换热器10的贫液出口与解吸系统贫液罐14的入口相连，贫富液换热器10的富液入口与解吸系统富液罐13的出口相连，贫富液换热器10的富液出口与所述解吸塔富液入口相连。
在本实用新型中，所述富液解吸系统优选还包括贫液冷却器11，用于进一步降低贫液的温度；贫液冷却器11的入口与所述解吸塔贫液出口相连，贫液冷却器11的出口与解吸系统贫液罐14的入口相连。在本实用新型中，当所述富液解吸系统还包括贫富液换热器10时，贫液冷却器11设置于贫富液换热器10的下游，即贫液冷却器11的入口与贫富液换热器10的贫液出口相连。
在本实用新型中，所述富液解吸系统优选还包括贫液净化单元12，所述贫液净化单元的入口和出口均连接于所述解吸塔贫液出口与解吸系统贫液罐14的连接管路上，用于对解吸再生后的部分贫液进行净化和回收处理，以去除贫液中不断累积热稳定性盐和热降解产物，处理后的贫液重新投放。在本实用新型中，当所述富液解吸系统还包括贫液冷却器11时，贫液净化单元12设置于贫液冷却器11的下游，即贫液净化单元12的入口和出口均连接于贫液冷却器11的出口与解吸系统贫液罐14的入口的连接管路上。
在本实用新型中，解吸系统贫液罐14中获得的贫液优选送回吸收系统贫液罐4中，作为CO2吸收系统的吸收剂循环使用。
本实用新型提供的系统将吸收系统和解吸系统分离式布置，船舶上只设立CO2吸收系统，吸收富液定期送至岸上的解吸系统进行集中解吸再生；该系统能对船舶发动机排烟中的CO2实现“船上吸收，岸上解吸”的灵活操作，尤其适用于船舶本身能量供应受限，船身空间紧张的应用场景，并且在岸上进行集中式的富液解吸和管理，还可以大幅度降低船上处理的成本和风险。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种灵活布置的船舶CO2捕集系统，如图1所示，包括：设置于船舶上的CO2吸收系统和设置于岸上的富液解吸系统。
在本实施例中，所述CO2吸收系统如图2所示，包括：CO2吸收塔1，CO2吸收塔1由下至上包括CO2吸收段和水洗段，塔底设置有船舶燃机尾气入口和吸收塔富液出口，塔顶设置有净烟气出口，CO2吸收段与水洗段之间设置有吸收塔贫液入口，CO2吸收段设置有级间冷却器2和填料层，水洗段设置有水洗冷却器3；与所述吸收塔贫液入口相连的吸收系统贫液罐4，罐内盛装有M-DC101脱碳吸收剂；与所述吸收塔富液出口相连的吸收系统富液罐5。
在本实施例中，所述CO2吸收系统运行过程中，经过前处理和冷却降温后的烟气进入CO2吸收塔1内与吸收系统贫液罐4输送来的M-DC101脱碳吸收剂逆向接触，吸收了CO2的富液从CO2吸收塔1底部的吸收塔富液出口流出，通过泵输送到吸收系统富液罐5中进行存储。
在本实施例中，CO2吸收塔1包括两个功能段：1)CO2吸收段：烟气从CO2吸收塔1底部的船舶燃机尾气入口进入塔内，与从CO2吸收段顶部的吸收塔贫液入口进入的M-DC101脱碳吸收剂在塔内的填料层发生逆向接触反应，这是一个放热的反应过程，产生的热量通过级间冷却器2进行消除，以减少温度升高对M-DC101脱碳吸收剂吸收CO2的影响；2)水洗段：经过CO2吸收段捕集后的烟气向上进入水洗段，烟气夹带的M-DC101被洗涤下来，从而避免M-DC101逃逸对环境的影响，同时降低吸收剂的消耗损失，水洗过程中产生的热量通过水洗冷却器3进行消除。
在本实施例中，以一艘装配有两台柴油主燃机(185kW×2)和两台辅助燃机(85kW×2)的内河汽渡为例，主燃机和辅助燃机的烟气混合后，经过前端PM和NOX去除系统处理，进行降温饱和处理后进入CO2吸收系统，CO2的吸收捕集效率90％；烟气条件如表1所示，CO2吸收塔1的关键工艺参数如表2所示：
表1 CO2捕集系统入口烟气条件
表2 CO2吸收塔的关键工艺参数
| 参数 | 数值 |
| 贫液温度(℃) | 40 |
| 贫液流量(m3/h) | 2.41 |
在本实施例中，所述富液解吸系统如图3所示，包括：CO2解吸塔6，塔体中间偏上的位置设置有解吸塔富液入口，塔底设置有解吸塔贫液出口和再沸器7，塔顶设置有CO2解吸气出口，所述CO2解吸气出口连接有解吸气冷凝器8，解吸气冷凝器8的出口连接有气液分离槽9，气液分离槽9的液相出口连回CO2解吸塔6，CO2产品气从气液分离槽9的气相出口排出；分别与所述解吸塔富液入口和解吸塔贫液出口相连的贫富液换热器10；与贫富液换热器10的贫液出口相连的贫液冷却器11；与贫液冷却器11的出口相连的解吸系统贫液罐14，其连接管道上还连接有贫液净化单元12；与贫富液换热器10的富液入口相连的解吸系统富液罐13。
在本实施例中，所述富液解吸系统运行过程中，由船舶运送到岸上的吸收富液首先转运到解吸系统富液罐13中，随后经过贫富液换热器10换热后进入CO2解吸塔6；在CO2解吸塔6内，富液中吸收的CO2被解吸出来，从CO2解吸塔6顶部的CO2解吸气出口离开，经解吸气冷凝器8冷凝后进入气液分离槽9，产出高纯度的CO2产品气；再沸器7的低压蒸汽提供解吸所需的热量；解吸后的贫液通过贫富液换热器10回收热量后返回到解吸系统贫液罐14待循环使用。
在本实施例中，所述富液解吸系统包括两个功能段：1)CO2解吸段：吸收了CO2的M-DC101脱碳吸收剂(富液)经过换热后，通过解吸塔富液入口送至CO2解吸塔6中进行CO2解吸，这是一个吸热的反应过程，利用蒸汽提供解吸所需要的能量；经过解吸后，CO2解吸塔6塔顶排出的气体经过冷凝器8冷凝后，再在气液分离槽9中进行汽水分离，最终得到高纯度的CO2产品气；2)吸收剂管理段：M-DC101脱碳吸收剂在循环吸收-解吸的过程中会不断累积热稳定性盐(由NOX和SOX形成)和降解产物(由氧化和高温引起)，需要在贫液净化单元12中以在线或离线的方式对一定比例的溶剂进行处理，以去除吸收剂中的上述“杂质”成分。
在本实施例中，CO2解吸塔6的关键工艺参数如表3所示，CO2产品气的规格如表4所示：
表3 CO2解吸塔的关键工艺参数
| 参数 | 数值 |
| 富液流量(m3/h) | 2.51 |
| 蒸汽量(kg/h) | 235 |
| 蒸汽温度(℃) | 148 |
| 蒸汽压力(kPaG) | 350 |
| CO2产品气流量(kg/h) | 155 |
| CO2产品气温度(℃) | 45 |
表4 CO2产品气的规格
| 参数 | 数值 |
| CO2产品气流量(kg/h) | 155 |
| CO2产品气温度(℃) | 45 |
| CO2产品气压力(kPaG) | 92 |
| CO2(wt％) | 98 |
| O2(Vol％) | 0.0019 |
| H2O(wt％) | 2 |
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种灵活布置的船舶CO2捕集系统，其特征在于，包括：设置于船舶上的CO2吸收系统和设置于岸上的富液解吸系统；所述CO2吸收系统用于吸收船舶燃机尾气中的CO2，生成富液；所述富液解吸系统用于接收CO2吸收系统产生的富液，并对其进行加热解吸。
2.根据权利要求1所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述CO2吸收系统包括：CO2吸收塔，所述CO2吸收塔设置有船舶燃机尾气入口、净烟气出口、吸收塔贫液入口和吸收塔富液出口；与所述吸收塔贫液入口相连的吸收系统贫液罐；与所述吸收塔富液出口相连的吸收系统富液罐。
3.根据权利要求2所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述吸收系统贫液罐中盛装有M-DC101脱碳吸收剂。
4.根据权利要求2所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述CO2吸收塔由下至上包括CO2吸收段和水洗段；所述船舶燃机尾气入口和吸收塔富液出口位于CO2吸收塔的塔底，所述净烟气出口位于CO2吸收塔的塔顶，所述吸收塔贫液入口位于CO2吸收段与水洗段之间。
5.根据权利要求4所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述CO2吸收段设置有级间冷却器；所述水洗段设置有水洗冷却器。
6.根据权利要求1所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述富液解吸系统包括：CO2解吸塔，所述CO2解吸塔设置有解吸塔富液入口、解吸塔贫液出口和CO2解吸气出口；与所述解吸塔富液入口相连的解吸系统富液罐；与所述解吸塔贫液出口相连的解吸系统贫液罐。
7.根据权利要求6所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述CO2解吸塔的塔底设置有再沸器；所述解吸塔贫液出口位于CO2解吸塔的塔底，所述CO2解吸气出口位于CO2解吸塔的塔顶；所述CO2解吸气出口连接有解吸气冷凝器，所述解吸气冷凝器的出口连接有气液分离槽，所述气液分离槽的液相出口连回所述CO2解吸塔。
8.根据权利要求6所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述富液解吸系统还包括贫富液换热器，所述贫富液换热器的贫液入口与所述解吸塔贫液出口相连，所述贫富液换热器的贫液出口与所述解吸系统贫液罐的入口相连，所述贫富液换热器的富液入口与所述解吸系统富液罐的出口相连，所述贫富液换热器的富液出口与所述解吸塔富液入口相连。
9.根据权利要求6所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述富液解吸系统还包括贫液冷却器，所述贫液冷却器的入口与所述解吸塔贫液出口相连，所述贫液冷却器的出口与所述解吸系统贫液罐的入口相连。
10.根据权利要求6所述的船舶CO2捕集系统，其特征在于，所述富液解吸系统还包括贫液净化单元，所述贫液净化单元的入口和出口均连接于所述解吸塔贫液出口与解吸系统贫液罐的连接管路上。
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