一种铝用阳极炭素烟气碳捕集系统及方法

本发明涉及碳捕集，特别是涉及一种铝用阳极炭素烟气碳捕集系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、碳排放的重要来源之一是工业领域对化石燃料的氧化燃烧过程，尤其是二氧化碳(co2)的排放。化石燃料作为一种含碳化合物，主要由碳(c)、氢(h)、氧(o)、氮(n)和硫(s)等元素组成。在燃烧过程中，化石燃料的不完全氧化会释放出含有co2的烟气，其中二氧化碳的比例大约占20％，这些co2排放至大气中，显著增强了温室效应，对全球气候变化产生了深远影响。

3、因此，采用碳捕集与封存(ccs)技术，从燃烧产生的烟气中高效分离和捕集二氧化碳，是缓解温室气体排放、实现碳中和目标的关键策略之一。二氧化碳捕集与封存技术(ccs)是一种旨在从工业排放源或点源中分离co2，并通过管道或船舶运输至指定地点进行地质封存或利用的技术流程。该技术的主要组成部分包括co2的捕集、输送、以及最终的压缩和注入储存，其中，co2捕集环节是整个ccs价值链的起始点和关键瓶颈。由于co2捕集环节的成本较高，约占ccs技术总成本的70％，因此，开发高效、低成本的捕集技术，对于降低整体碳减排成本、推动ccs技术的商业化普及至关重要。

4、现有技术中的工业烟气碳捕集技术对化石燃料的依赖性较强，以高能耗的燃烧过程作为动力源，导致系统能耗比居高不下，这不仅加剧了操作成本，也降低了碳捕集的生命周期碳排放效益；同时，捕集过程中二氧化碳的分离纯度普遍偏低，限制了co2的储存或者利用。此外，碳捕集系统的吸收剂再生效率不高，使得吸收剂的循环利用性能下降，增加了系统的运行成本和能量消耗。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种铝用阳极炭素烟气碳捕集系统及方法，利用光伏-汽轮机联合进行发电，实现能源的梯级利用和低碳排放，有效降低碳捕集系统的综合能耗比；并引入电捕焦油器、催化反应器、脱硫塔等装置，显著提升了二氧化碳的分离纯度和回收率，并采用蒸汽吹扫方法，有效增强了气体驱动力，从而加速了二氧化碳的解吸过程，提高了解吸效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种铝用阳极炭素烟气碳捕集系统，包括：

4、发电装置、烟气处理装置以及碳捕集装置，其中发电装置分别与烟气处理装置和碳捕集装置相连；所述发电装置包括第一余热锅炉、汽轮机、第一冷凝器以及除氧器，其中所述第一余热锅炉通过第一蒸汽管路与所述汽轮机连接，汽轮机的输出端与所述第一冷凝器连接，所述第一冷凝器的输出端连接所述除氧器，所述除氧器的输出端与所述第一余热锅炉相连并形成水循环回路；

5、所述烟气处理装置包括氨储罐、尿素储罐、煅烧炉、焙烧炉、电捕焦油器、换热器、催化反应器、脱硫塔、co催化床层以及湿式除尘器，其中氨储罐和尿素储罐通过第一输送管、第二输送管路和第三烟气管路分别与煅烧炉、焙烧炉和催化反应器相连接，所述电捕焦油器通过所述换热器与所述催化反应器相连接，所述催化反应器通过烟气排气管路与所述脱硫塔相连，所述脱硫塔的输出端与所述co催化床层相连接，co催化床层的输出端与所述湿式除尘器相连，所述湿式除尘器与所述碳捕集装置相连；

6、所述碳捕集装置包括第二余热锅炉、反应塔、第二冷凝器、压缩机以及储碳罐，其中所述第二余热锅炉的输出端通过第二供气管路与反应塔相连，所述湿式除尘器的输出端与所述反应塔相连，反应塔的输出端依次连接第二冷凝器、压缩机以及储碳罐。

7、进一步的技术方案，所述发电装置还包括光伏板、逆变器、变压器以及冷却塔；其中所述光伏板的终端与逆变器之间通过第一电缆连接，逆变器与汽轮机之间通过第二电缆连接，逆变器还与变压器之间通过第三电缆连接；所述第一冷凝器通过回水管路与冷却塔连接。

8、进一步的技术方案，所述烟气处理装置还包括石灰浆液储罐和空气压缩机；其中，所述石灰浆液储罐与脱硫塔相连，所述空气压缩机通过第一供气管路与co催化床层相连。

9、进一步的技术方案，所述烟气处理装置还包括脱硫循环泵，所述脱硫循环泵将石灰浆液从脱硫塔底部抽回至脱硫塔顶部。

10、进一步的技术方案，所述反应塔的输出端还分别连接有第一排气管路和第二排气管路，所述第二排气管路上设置有真空泵。

11、进一步的技术方案，所述煅烧炉通过第一烟气管路与所述第一余热锅炉相连，所述第一余热锅炉还通过第二烟气管路与所述电捕焦油器相连。

12、进一步的技术方案，所述焙烧炉通过第四烟气管路与所述第二余热锅炉相连，所述第二余热锅炉还通过第三烟气管路与所述电捕焦油器相连。

13、进一步的技术方案，所述第二余热锅炉的输出端还通过第二蒸汽管路与所述换热器相连。

14、第二方面，本发明提供一种铝用阳极炭素烟气碳捕集方法，基于第一方面所述的一种铝用阳极炭素烟气碳捕集系统，包括：

15、煅烧炉和焙烧炉分别接收到第一输送管路和第二输送管路输送的氨水和尿素后进行选择性非催化还原，煅烧炉产生的高温烟气通过第一烟气管路进入第一余热锅炉，后经第二烟气管路进入电捕焦油器中；焙烧炉产生的高温烟气通过第四烟气管路进入第二余热锅炉，后经第三烟气管路进入电捕焦油器中；电捕焦油器中的烟气先进入换热器中升温再进入催化反应器中进行选择性催化还原反应；

16、选择性催化还原后的烟气进入脱硫塔中脱硫，脱硫后的烟气进入co催化床层中进行催化氧化反应，催化氧化后的烟气进入湿式除尘器中净化，净化后的烟气进入反应塔中进行碳捕集。

17、进一步的技术方案，还包括所述碳捕集过程包括常温吸收阶段和解吸阶段，所述常温吸收阶段为：在反应塔中捕获净化后的烟气中的二氧化碳，纯净烟气则通过第一排气管路排出；所述解吸阶段分为依次进行的抽真空阶段和蒸汽吹扫阶段，抽真空阶段为真空泵将反应塔内的残留烟气经第二排气管路排出；蒸汽吹扫阶段为第二余热锅炉产生的高温蒸汽通过第二供气管路进入反应塔后，高温蒸汽与常温吸收阶段捕获的二氧化碳混合，混合气体进入第二冷凝器中冷却分离，分离后二氧化碳进入压缩机中压缩，最终纯净的二氧化碳进入储碳罐中进行储存。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1、本发明采用光伏-汽轮机联合发电装置，利用光伏板将太阳能转化为电能，汽轮机利用高温高压蒸汽进行做功，将热能转化为机械能，再通过发电机转换为电能。通过将可再生能源光伏发电与汽轮机的高效热力循环相结合，实现了能源的梯级利用和低碳排放，有效降低碳捕集系统的综合能耗比。此外，本系统采用预热锅炉回收烟气余热，进一步降低了系统能耗，提高了能源利用效率。

20、2、本发明采用氨水、尿素的选择性非催化还原(sncr)和选择性催化还原(scr)技术，有效去除烟气中的氮氧化物；通过石灰石膏脱硫工艺，去除烟气中的二氧化硫以及其他硫化物；通过一氧化碳催化氧化为二氧化碳步骤，提高烟气中二氧化碳浓度，有助于后续步骤中二氧化碳的捕集。本发明通过一系列高效烟气净化装置，并采用先进的气体分离工艺，显著提升了二氧化碳的分离纯度和回收率。

21、3、本发明在碳捕集过程中，采用了蒸汽吹扫方法和真空解吸方法，通过增强气相推动力，大幅提升了二氧化碳的解吸效率。此外，系统通过对吸收塔内的气体压力、温度及流量进行调节，进一步优化了反应塔内吸收剂的再生性能，从而显著提高了吸收剂的循环再生效率，确保了整个再生过程的稳定性和高效性。