一种碳捕集综合利用及能量回收方法和装置

本发明涉及碳捕集回收利用及能量回收，尤其涉及一种碳捕集综合利用及能量回收方法和装置。

背景技术：

1、随着全球气候变暖和环境污染问题日益严重，温室气体排放，尤其是二氧化碳(co2)排放，成为全球关注的焦点之一。碳排放主要源于工业生产、交通运输和发电厂等化石燃料的使用。这些领域的高碳排放正在加剧全球变暖，给生态环境带来严重威胁。为应对气候变化，许多国家制定了碳中和目标，力求减少碳排放量。

2、碳捕集、利用与封存(ccus)技术因此成为减排策略中的关键技术之一，旨在通过捕集和回收co2，从源头上减少大气中的温室气体浓度，并有效地循环利用碳资源。

3、现有的碳捕集与利用技术主要包括物理吸收法、化学吸收法、吸附法以及膜分离技术。物理吸收法通常使用有机溶剂吸收co2，但操作过程耗能较高，效率有限。化学吸收法如使用胺类溶剂吸收co2，是目前较为广泛应用的技术，但其缺点在于溶剂容易降解并产生腐蚀性，且吸收和再生过程能耗较大。吸附法通过固体吸附剂捕捉co2，具有较好的选择性和较低的能耗，但吸附剂容易饱和，需频繁再生。膜分离技术通过膜的选择性分离co2，但膜材料昂贵且容易受污染。这些传统方法虽然能够捕集二氧化碳，但普遍存在能耗高、设备复杂、回收率有限等弊端，难以实现大规模的经济性碳捕集。

4、在应对全球碳减排的紧迫需求下，现有的碳捕集技术亟需创新和改进。未来的技术方向不仅需要提高co2捕集的效率，还要降低能耗和操作成本，实现更高效、更经济的碳捕集与再利用。同时，结合能量回收技术，将碳捕集与能量转化相结合，能够将捕集的co2转化为有价值的能源或化学品，从而推动可持续发展。

5、因此，有必要提供一种既能高效捕集co2，又能实现能源回收与综合利用的技术解决方案，以满足日益严苛的碳排放目标，并实现资源的有效循环利用。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种碳捕集综合利用及能量回收方法和装置。本发明主要利用二氧化碳精制系统处理具有较高浓度二氧化碳气体的原料气，将其转化为高浓度液态二氧化碳进行存储。原料气中的杂质气通过气体氧化处理发电系统燃烧，回收能量为发电机供电。燃烧后的高温气体经过热量回收和换热后进入碳捕集系统，提浓后再次进入二氧化碳精制系统储存；高浓度液态二氧化碳通过气化系统进入碳转化系统，进一步转化为化学品和燃料。从而实现了对二氧化碳气体的捕集、精制和转化的高效综合利用，同时回收能量，具有降低能耗，提升资源利用率等优点。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种碳捕集综合利用及能量回收装置，包括：气体氧化处理发电系统、热量回收系统、碳捕集系统、二氧化碳精制系统、二氧化碳气化系统、碳转化系统和换热系统，

4、待处理的原料气从所述二氧化碳精制系统进入到所述装置中，所述原料气为较高浓度二氧化碳气体；

5、所述二氧化碳精制系统用于将较高浓度二氧化碳气体生成高浓度液态二氧化碳并进行存储；

6、所述二氧化碳精制系统与所述气体氧化处理发电系统相连，用于将所述二氧化碳精制系统中的精馏塔和储罐的顶部排放的含有杂质的气体通过所述气体氧化处理发电系统的燃气轮机燃烧处理，回收氧化燃烧产生的高温气体的能量为电动发电机及电机供电；

7、所述气体氧化处理发电系统及所述热量回收系统与所述碳捕集系统相连，燃烧处理后的气体通过所述热量回收系统和换热系统后进入所述碳捕集系统，反应后产生的蒸汽分别输入所述碳捕集系统和所述二氧化碳精制系统中；

8、所述碳捕集系统与所述二氧化碳精制系统相连，用于将燃烧处理后的气体生成较高浓度二氧化碳气体，与原料气一并输入所述二氧化碳精制系统中；

9、所述二氧化碳气化系统与所述二氧化碳精制系统和碳转化系统相连，用于将储存的高浓度液态二氧化碳经换热系统生成高浓度二氧化碳气体，并输入碳转化系统中来生成化学品和燃料。

10、进一步地，所述二氧化碳精制系统包括依次连接的蒸汽透平压缩机组、脱硫塔、净化塔、预冷却器、换热器、液化器、制冷系统、精馏塔和储罐，通过压缩、脱硫净化、冷却液化和精馏过程，将较高浓度二氧化碳气体进一步净化、液化得到高浓度液态二氧化碳并储存在储罐里。

11、进一步地，所述气体氧化处理发电系统包括燃气轮机发电机组，所述燃气轮机发电机组包括燃气轮机、压气机和电动发电机ⅰ，所述压气机将空气压缩后与所述二氧化碳精制系统中的精馏塔和储罐的顶部排放的含有杂质的气体一同在燃气轮机的燃烧室内发生氧化燃烧反应，产生的高温高压气体带动电动发电机ⅰ发电。

12、进一步地，所述装置还包括可燃气体补充系统，所述可燃气体补充系统包括压缩机和电机，所述压缩机将可燃气体加压后与经压气机压缩的空气以及精馏塔和储罐的顶部排放的含有杂质的气体一同在燃气轮机的燃烧室内发生氧化燃烧反应，产生的高温高压气体带动电动发电机ⅰ发电，产生的电能为电机供电。

13、进一步地，所述原料气中含有的杂质气体包括但不限于氢气、烃类、氮气、含vocs的气体；所述可燃气体为一股或多股烃类、一氧化碳或氢气气体；进入燃气轮机中的气体，其燃烧值应满足在燃气轮机的燃烧室燃烧的要求。

14、进一步地，所述热量回收系统为余热锅炉，所述燃气轮机排出的高温气体通过余热锅炉产生蒸汽，之后进入碳捕集系统以及二氧化碳精制系统中；所述余热锅炉中排出的气体进入换热系统进行换热后进入碳捕集系统。

15、进一步地，所述碳捕集系统包括碱洗脱硫、吸收、解吸三个过程将低浓度二氧化碳捕集提浓为较高浓度二氧化碳气体，其中，碱洗脱硫过程采用预处理塔，吸收过程采用吸收塔，解吸过程采用解吸塔；所述预处理塔、所述吸收塔和所述解吸塔依次相连；其中，解吸塔热量由热量回收系统产生的蒸汽提供，解吸塔连接有塔底再沸器，蒸汽经塔底再沸器进行换热，用于加热吸收剂实现解吸再生，换热后的冷凝水输送回热量回收系统。

16、进一步地，所述二氧化碳气化系统包括加压泵和预冷却器，所述加压泵的一侧与二氧化碳精制系统的储罐相连，另一侧与预冷却器相连，预冷却器与换热气化器相连，加压泵用于将储存的液态二氧化碳加压到所需的压力，并通过换热气化器与热量回收系统排出的气体进行换热，降低进入碳捕集系统的气体温度的同时将液态二氧化碳气化成气体。

17、本发明还公开了一种碳捕集综合利用及能量回收方法，所述方法采用上述的碳捕集综合利用及能量回收装置进行，包括如下步骤：

18、s1、原料气通过离心压缩机加压后进入脱硫塔和净化塔，经过脱硫净化后再依次经过预冷却器、换热器、液化器进入精馏塔和储罐，通过压缩、脱硫净化、冷却液化和精馏过程，将较高浓度二氧化碳气体进一步净化、液化得到高浓度液态二氧化碳并储存在储罐里；

19、s2、精馏塔和储罐的顶部排放的含有杂质的气体经换热器后进入气体氧化处理发电系统的燃气轮机，和压气机压缩的空气在燃气轮机燃烧室内发生氧化燃烧反应，产生的高温高压气体带动压气机加压空气，燃气轮机产生的多余的机械能带动电动发电机i发电；

20、s3、燃气轮机排出的高温气体通过余热锅炉产生蒸汽并排出气体；

21、s31、余热锅炉排出的气体，经换热气化器换热降温进入碳捕集系统，气体依次经过预处理塔、吸收塔和解吸塔，即通过碱洗脱硫、吸收、解吸过程将低浓度二氧化碳捕集提浓为较高浓度二氧化碳气体；较高浓度二氧化碳气体进入二氧化碳精制系统，再重复s1的步骤，将高浓度液态二氧化碳并储存在储罐里；

22、s32、余热锅炉产生的蒸汽，一部分提供给碳捕集系统中的解吸塔，加热吸收剂用于解吸再生，另一部分提供给二氧化碳精制系统的蒸汽透平压缩机组，产生机械能以驱动离心压缩机压缩二氧化碳，多余的蒸汽可以通过蒸汽透平驱动电动发电机ⅱ发电，提供给系统中其它用电设备；

23、s4、当制备化学品和燃料时，将储罐里的液体二氧化碳经过加压泵、预冷却器、换热气化器换热变为二氧化碳气体，二氧化碳气体再进一步通过碳转化系统转化为化学品和燃料。

24、进一步地，步骤s2中，进入燃气轮机中的气体燃烧值不满足在燃气轮机的燃烧室燃烧要求时，引入可燃气体补充，所述可燃气体加压后与经压气机压缩的空气以及精馏塔和储罐的顶部排放的含有杂质的气体一同在燃气轮机的燃烧室内发生氧化燃烧反应，产生的高温高压气体带动电动发电机ⅰ发电，产生的电能为电机供电，多余的电能提供给系统中其它用电设备。

25、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

26、1、本发明提供的碳捕集综合利用及能量回收装置，能够对二氧化碳进行高效的精制，具有较高浓度二氧化碳气体的原料气能够被转化为高浓度液态二氧化碳并存储与储罐中，这不仅提高了碳捕集的效率，还减少了气体处理过程中的二次排放。

27、2、本发明提供的碳捕集综合利用及能量回收装置，二氧化碳精制过程中，含有杂质的气体经过气体氧化处理发电系统中的燃气轮机燃烧，不仅去除了气体中的杂质，还能回收燃烧产生的高温气体。将燃气轮机应用于洁净技术处理的清洁能源的发电领域和工业废气处理领域，以其高效、低污染的优势，为人类的可持续发展做出更大的贡献。

28、3、本发明提供的碳捕集综合利用及能量回收装置，燃烧产生的高温蒸汽被热量回收系统回收用来驱动发电机和电动机，实现能量的有效回收，显著降低了装置的能耗，使其在捕集和处理二氧化碳的同时能够生成电力，提高了整体的能效，为碳捕集的经济性提供了保障。

29、4、本发明提供的碳捕集综合利用及能量回收装置，燃烧产生的气体通过热量回收系统和换热系统进一步处理，确保废气中的二氧化碳不会直接排放，而是通过碳捕集系统将其转化为高浓度气体并回收利用，实现了碳资源的最大化利用，减少了对大气的污染排放，同时为二氧化碳的后续精制和转化创造了条件。

30、5、本发明提供的碳捕集综合利用及能量回收装置，将高浓度液态二氧化碳气化后，通过碳转化系统将其转化为有价值的化学品和燃料，如甲醇、乙烯、合成气等高价值产品。原本作为废气处理的二氧化碳被转化为可利用的资源，推动了碳的循环经济模式。

31、综上，本发明的技术方案相比传统的单一碳捕集装置，具有通过多系统协同作用，确保了捕集、精制的高效和持续性、注重资源回收具备了更高的经济和环境效益。通过碳转化，减少了二氧化碳的直接排放，进一步减缓了温室气体对气候的影响。

32、基于上述理由本发明可在洁净技术处理的清洁能源高效利用、发电、碳捕集回收利用、节能、环保等领域广泛推广。