吸收再生解耦式碳捕集系统的制作方法

1.本发明涉及碳捕集技术领域，具体地，涉及一种吸收再生解耦式碳捕集系统。


背景技术：

2.在燃煤电厂的碳捕集技术中，化学吸收法脱碳是目前唯一可大规模投入商业应用的二氧化碳减排技术。但是上述二氧化碳减排技术具有高能耗、高成本、等问题。研究表明，采用mea溶液吸收法作为二氧化碳捕集方式，会使燃煤电厂的净效率下降9.5％-12.5％。因此，降低用能成本是实现化学吸收法脱碳技术大规模应用急需解决的难题。但是相关技术中的碳捕集系统的结构设计不合理，占地面积较大，能耗成本较高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种可以降低能耗成本，结构设计合理的吸收再生解耦式碳捕集系统。
5.本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统包括：储液罐，所述储液罐内设有富液腔和贫液腔，所述富液腔的容积和所述贫液腔的容积可变；吸收塔，所述吸收塔与所述储液罐连通，所述吸收塔内的富液可通入至所述富液腔内，所述贫液腔内的贫液可通入至所述吸收塔内，所述吸收塔用于将贫液吸收二氧化碳以形成富液；再生塔，所述再生塔与所述储液罐连通，所述富液腔内的富液可通入至所述再生塔内，所述再生塔内的贫液可通入至所述贫液腔内，所述再生塔用于将富液解析出二氧化碳以形成贫液；控制器，所述控制器用于根据能源单价的差异控制所述吸收塔和所述再生塔的开启和关闭。
6.根据本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统，由于控制器可以根据能源单价的差异控制吸收塔和再生塔的开启和关闭，从而吸收再生解耦式碳捕集系统可以根据能源单价的高低选择性的启动或关闭再生塔和吸收塔，进而可以降低吸收再生解耦式碳捕集系统的能耗，减少用电成本。另外，由于富液腔和贫液腔集成在同一个储液罐内，且富液腔和贫液腔的容积可以改变，从而可以充分利用你罐体内的空间，避免了空间的浪费，减少罐体的占地面积，减少投资成本。
7.在一些实施例中，所述储液罐内设有隔板，所述隔板相对所述储液罐的位置可调，以改变所述富液腔和所述贫液腔的容积，所述富液腔的容积和所述贫液腔的容积之和等于所述储液罐的总容积v，所述富液腔和所述贫液腔的容积的可调范围在0至v之间。
8.在一些实施例中，所述吸收再生解耦式碳捕集系统还包括密封组件，所述隔板内设有夹层，所述密封组件设于所述夹层内，所述密封组件在第一位置和第二位置之间可移动，在所述第一位置，所述密封组件与所述储液罐的内壁抵接，且所述隔板相对所述储液罐可移动，在所述第二位置，所述密封组件与所述储液罐的内壁间隔开，且所述隔板与所述储液罐相对固定。
9.在一些实施例中，所述密封组件包括驱动件和密封块，所述驱动件与所述密封块
相连，所述驱动件用于驱动所述密封块在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
10.在一些实施例中，所述密封块为柔性件。
11.在一些实施例中，所述吸收塔的下端设有原烟气进口，所述吸收塔的上端设有脱碳烟气出口，所述吸收塔的底部设有富液池，所述富液池与所述富液腔连通，所述富液池的高度低于所述原烟气进口。
12.在一些实施例中，所述再生塔的上端设有二氧化碳出口，所述再生塔的底部设有贫液池，所述贫液池与所述贫液腔连通，吸收再生解耦式碳捕集系统还包括再沸器，所述再沸器设于所述贫液池内。
13.在一些实施例中，所述吸收塔的上端设有贫液进口，所述贫液进口与所述贫液腔连通，所述吸收塔的下端设有富液出口，所述富液出口与所述富液腔连通，所述吸收塔内设有第一传热传质单元，所述贫液进口和所述富液进口分别设于所述第一传热传质单元的上下两侧；和/或，所述再生塔的上端设有富液进口，所述富液进口与所述富液腔连通，所述再生塔的下端设有贫液出口，所述贫液出口与所述贫液腔连通，所述再生塔内设有第二传热传质单元，所述富液进口和所述贫液出口分别设于所述第二传热传质单元的上下两侧。
14.在一些实施例中，所述的吸收再生解耦式碳捕集系统还包括二氧化碳压缩液化装置，所述二氧化碳净化压缩装置与所述二氧化碳出口连通，以用于对二氧化碳进行压缩液化。
15.在一些实施例中，在电网的用电高峰时段的电价上浮时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置停止运行，在电网的用电低谷时段的电价下调时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置运行；或者，在自发电的发电负荷高时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置停止运行，在自发电的发电负荷低时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置运行；或者，在绿色能源的发电条件受限时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置停止运行，在绿色能源的发电条件允许时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置运行。
附图说明
16.图1是本发明实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统的示意图。
17.图2是本发明实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统的储液罐的截面图。
18.图3是本发明实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统的储液罐的局部截面图。
19.附图标记：
20.1、储液罐；11、富液腔；12、贫液腔；13、隔板；131、夹层；14、密封组件；141、驱动件；142、密封块；
21.2、吸收塔；21、原烟气进口；22、脱碳烟气出口；23、富液池；24、第一传热传质单元；25、贫液进口；26、富液出口；
22.3、再生塔；31、二氧化碳出口；32、贫液池；33、贫液出口；34、第二传热传质单元；35、富液进口；
23.4、再沸器；
24.5、二氧化碳压缩液化装置。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.下面参考附图1至图3描述根据本发明实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统。
27.如图1和图2所示，根据本发明实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统包括：储液罐1、吸收塔2、再生塔3和控制器(未示出)。
28.储液罐1内设有富液腔11和贫液腔12，富液腔11的容积和贫液腔12的容积可变。吸收塔2与储液罐1连通，吸收塔2内的富液可通入至富液腔11内，贫液腔12内的贫液可通入至吸收塔2内，吸收塔2用于将贫液吸收二氧化碳以形成富液。再生塔3与储液罐1连通，富液腔11内的富液可通入至再生塔3内，再生塔3内的贫液可通入至贫液腔12内，再生塔3用于将富液解析出二氧化碳以形成贫液。控制器用于根据能源单价的差异控制吸收塔2和再生塔3的开启和关闭。
29.根据本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统，由于控制器可以根据能源单价的差异控制吸收塔2和再生塔3的开启和关闭，从而吸收再生解耦式碳捕集系统可以根据能源单价的高低选择性的启动或关闭再生塔3，进而可以降低吸收再生解耦式碳捕集系统的能耗，减少用电成本。另外，由于富液腔11和贫液腔12集成在同一个储液罐1内，且富液腔11和贫液腔12的容积可以改变，从而可以充分利用罐体内的空间，避免了空间的浪费，减少罐体的占地面积，减少投资成本。
30.可以理解的是，如图1和图2所示，在能源单价较低时，启动再生塔3，开启富液腔11与再生塔3之间的阀门，富液进入再生塔3解析后，二氧化碳从再生塔3的上端排出，形成的贫液从再生塔3的下端的排口进入贫液腔12进行存储，在此期间吸收塔2也可以正常工作。
31.如图1和图2所示，在能源单价较高时，只启动吸收塔2，关闭再生塔3。用贫液吸收烟气中的二氧化碳，并将富液通过富液腔11存储，从而实现化学吸收法碳捕集中吸收和再收的解耦，可以理解的是，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统所用的机组相比与常规碳捕集电厂，在负荷低谷时净输出功率更低，在负荷高峰时净输出功率更高，降低了吸收再生解耦式碳捕集系统的工作能耗。
32.在一些实施例中，如图1和图3所示，储液罐1内设有隔板13，隔板13相对储液罐1的位置可调，以改变富液腔11和贫液腔12的容积。富液腔11的容积和贫液腔12的容积之和等于储液罐1的总容积v，富液腔11和贫液腔12的容积的可调范围在0至v之间。
33.可以理解的是，由于吸收再生解耦式碳捕集系统内的“富液+贫液”的总量恒定，当储液罐1内的富液减少时，储液罐1内的贫液会相应的增加。同理，当储液罐1内的贫液减少时，储液罐1内的富液也相应的增加。
34.可以理解的是，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统可以将吸收和再生液化过程解耦，在能源成本较高时，只有吸收塔2运行，富液持续存入储液罐1的富液腔11内，隔板13持续右移；在能源成本较高时，吸收塔2和再生塔3同时运行。由于再生塔3的设计规模大于再生塔3，富液腔11中的富液持续减少，贫液腔12中的贫液持续增加，隔板13持续左移，从而可以能够最大程度的利用罐体内的空间，避免了罐体空间的浪费，减少了罐体的占地面积，减少投资成本。
35.可选地，如图1至图3所示，吸收再生解耦式碳捕集系统还包括密封组件14，隔板13
内设有夹层131，密封组件14设于夹层131内，密封组件14在第一位置和第二位置之间可移动，在第一位置，密封组件14与储液罐1的内壁抵接，且隔板13相对储液罐1可移动，在第二位置，密封组件14与储液罐1的内壁间隔开，且隔板13与储液罐1相对固定。可以理解的是，当隔板13需要移动时，可以将密封组件14与储液罐1的内壁间隔开，从而不会干涉隔板13的移动。当隔板13移动到预设位置之后，可以将密封组件14与储液罐1的内壁接触，从而可以使得贫液腔12和富液腔11的之间的液体交换，使得储液罐1的密封效果较好。
36.具体地，如图3所示，驱动件141与密封块142相连，驱动件141用于驱动密封块142在第一位置和第二位置之间移动。例如，驱动件141为电机，电机驱动密封块142靠近或远离储液罐1的内壁。密封块142为柔性件，例如，密封块142可以为橡胶等软质材料制成，从而提高密封组件14的密封效果。
37.可选地，如图3所示，储液罐1的横截面大体为长方形，储液罐1内壁的边角处为具有弧形过渡结构，隔板13和储液罐1接触处具有弧形过渡结构，从而使得储液罐1的使用效果更好，寿命更长。
38.在一些实施例中，如图1所示，吸收塔2的下端设有原烟气进口21，吸收塔2的上端设有脱碳烟气出口22，吸收塔2的底部设有富液池23，富液池23与富液腔11连通，富液池23的高度低于原烟气进口21。可以理解的是，原烟气由原烟气进口21进入至吸收塔2内，然后富液池23内的液体可以对原烟气内的二氧化碳进行吸收以形成富液，由于富液池23的高度低于原烟气进口21，从而可以避免液体从原烟气进口21流出。
39.进一步地，如图1所示，再生塔3的上端设有二氧化碳出口31，再生塔3的底部设有贫液池32，贫液池32与贫液腔12连通，吸收再生解耦式碳捕集系统还包括再沸器4，再沸器4设于贫液池32内以对贫液进行持续加热，维持再生塔3内的较高温度，再生塔3将富液解析以形成贫液和二氧化碳，其中贫液汇集到贫液池32内，二氧化碳可以由再生塔3上端的二氧化碳出口31排出。
40.具体地，如图1所示，吸收塔2的上端设有贫液进口25，贫液进口25与贫液腔12连通，吸收塔2的下端设有富液出口26，富液出口26与富液腔11连通，吸收塔2内设有第一传热传质单元24，贫液进口25和富液进口35分别设于第一传热传质单元24的上下两侧。再生塔3的上端设有富液进口35，富液进口35与富液腔11连通，再生塔3的下端设有贫液出口33，贫液出口33与贫液腔12连通，再生塔3内设有第二传热传质单元34，富液进口35和贫液出口33分别设于第二传热传质单元34的上下两侧。可以理解的是，富液池23通过富液出口26与富液腔11连通，贫液池32通过贫液出口33与贫液腔12连通。第一传热传质单元24和第二传热传质单元34可以均为多孔结构，从而使得吸收塔2和再生塔3的工作效率较高，使用效果较好。
41.在一些实施例中，吸收再生解耦式碳捕集系统还包括二氧化碳压缩液化装置5，二氧化碳压缩液化装置5与二氧化碳出口31连通，以用于对二氧化碳进行压缩液化，从而可以使得吸收再生解耦式碳捕集系统排出的二氧化碳更加纯净，提高吸收再生解耦式碳捕集系统的使用效果。
42.可以理解的是，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统可以根据不同能源单价，采用不同的运行方式。其中能源单价的差异，来源有至少三个方面：1、电网的峰谷电价差异政策。2、自发电在不同负荷下的发电成本。3、绿色能源的发电周期。
43.当上述因素导致能源单价较高时，可以控制再生塔和二氧化碳压缩液化装置停止运行，当上述因素导致能源单价较低时，控制器可以控制再生塔和二氧化碳压缩液化装置运行，从而降低能源成本。
44.在一些实施例中，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统可以根据电网的峰谷电政策，采用不同的运行方式。为了增强电网的运行稳定性性，各地区电网都出台了相关政策，在用电高峰时段电价上浮，用电低谷时段电价下调。
45.因此，在电网的用电高峰时段的电价上浮时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置停止运行，在电网的用电低谷时段的电价下调时，所述控制器可以控制所述再生塔和所述二氧化碳压缩液化装置运行。
46.在另一些实施例中，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统可以根据自发电在不同负荷下的用能成本，采用不同的运行方式。对于发电企业，在发电负荷较高时，发电机组的负荷率较高，已经接近获得达到发电极限，这时候没有多余的能源(电、热)用于碳捕集系统，能源单价就会升高。当在发电负荷较低时，发电机组的负荷率较低，发电机组有较大的裕度，为碳捕集提供能源(电、热)，此时能源单价就会较低。
47.因此，在自发电的发电负荷高时，控制器可以控制再生塔和二氧化碳压缩液化装置停止运行，在自发电的发电负荷低时，控制器可以控制再生塔和二氧化碳压缩液化装置运行。
48.在另一些实施例中，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统可以根据绿色能源(新能源)的发电条件，采用不同的运行方式。例如，对于新能源供能企业。比如太阳能发电或供热，受客观气候条件的影响，在夜间或阴雨天能源单价较高。晴天能源单价较低。
49.因此，在绿色能源的发电条件受限时，控制器可以控制再生塔和二氧化碳压缩液化装置停止运行，在绿色能源的发电条件允许时，控制器可以控制再生塔和二氧化碳压缩液化装置运行。
50.下面描述本发明的一个具体地实施例，以上海市某发电厂碳捕集10万吨/年规模为例。
51.电价方面：根据《国网上海市电力公司工商业用户电价表》的规定，电价按峰段、平段和谷段三个区间进行定价。其中，峰段包括8:00-11:00、13:00-15:00、18:00-21:00共8小时，电价为1.1148元/kwh；平段包括6:00-8:00、11:00-13:00、15:00-18:00、21:00-22:00共8小时，电价为0.7366元/kwh；谷段包括22:00-6:00共8小时，电价为0.3246元/kwh。
52.对于传统技术中的化学吸收法吸收再生解耦式碳捕集系统，加压液化电耗为160kwh/吨二氧化碳。采用传统方式连续运行，则平均电价为0.7253元/kwh，用电成本为116元/吨二氧化碳。再生塔规格为100000/8000＝12.5(t/h)，无需贫富液储罐。
53.有两种解耦方案：
54.方案一，吸收塔连续运行；再生塔及二氧化碳压缩液化装置，电价谷段运行。平均电价即为0.3246元/kwh，用电成本为0.3246*160＝51.9元/吨二氧化碳；再生塔及二氧化碳压缩液化装置规格为100000/8000*24/8＝37.5(t/h)；贫富液流量为1070立方米/h，一体储罐水容积为1070*16＝17120立方米。
55.方案二，吸收塔连续运行；再生塔及二氧化碳压缩液化装置，电价谷段+电价平段运行。平均电价即为(0.3246+0.7366)/2＝0.53元/kwh，用电成本为0.53*160＝84.9元/吨
二氧化碳.再生塔及二氧化碳压缩液化装置规格为100000/8000*24/16＝18.75(t/h)；贫富液流量为1070立方米/h，一体储罐水容积为1070*8＝8560立方米。
56.具体数据见下表：
[0057][0058]
由此可见，采用本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统，若采用方案一，相比传统技术方案能节约电费1160-519＝641万元/年；若采用方案二，相比传统技术方案能节约电费1160-849＝311万元/年。采用本发明的方案一和方案二，能源成本相较传统方案都能显著降低。
[0059]
综上，本发明的实施例的吸收再生解耦式碳捕集系统，可以根据电网负荷的高低选择性的启动或关闭再生塔3、吸收塔2和二氧化碳压缩液化装置5，进而可以降低吸收再生解耦式碳捕集系统的能耗，减少用电成本。另外，由于富液腔11和贫液腔12集成在同一个储液罐1内，且富液腔11和贫液腔12的容积可以改变，从而可以充分利用你罐体内的空间，避免了空间的浪费，减少罐体的占地面积，减少投资成本。
[0060]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0061]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0062]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0063]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0064]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0065]
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。