一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统及方法与流程

本发明涉及二氧化碳捕集与分离，具体涉及一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统及方法。

背景技术：

1、二氧化碳减排是当前和未来全球范围内所面临的迫切任务，如何进行二氧化碳的有效分离，也是工业应用研究的重点。二氧化碳捕集、利用与封存技术是实现化石能源减碳利用或零碳利用的唯一技术选择，基于化学吸收法的燃烧后二氧化碳捕集技术是其主要技术组成。

2、现有化学吸收法实现二氧化碳捕集的技术方案是，利用有机胺-水-二氧化碳在不同温度压力下的平衡关系，采用有机胺溶液或经有机胺修饰的固体材料在低温下从烟气或其他二氧化碳浓度较低的气体中选择性吸收/吸附二氧化碳，然后利用外部热源加热已吸收/吸附二氧化碳的液体或固体使其释放出高浓度的二氧化碳，高浓二氧化碳经进一步提纯后经压缩得到便于运输或储存利用的高压高浓二氧化碳。

3、利用外部热源加热液体或固体材料使其释放二氧化碳并得到再生吸收材料的过程，是整个二氧化碳捕集与压缩系统能量消耗的核心部分。在发电厂中，碳捕集系统所需外部热源的最主要来源是从汽轮机中抽出的过热蒸汽或饱和蒸汽，抽汽导致汽轮机出力不足，进而造成发电厂的发电效率大幅下降。

4、此外，将高浓二氧化碳加压的压缩机需要利用蒸汽或电力驱动做功，进一步造成二氧化碳捕集系统运行成本的上升。在压缩过程中机械功部分转化为高浓二氧化碳气体的内能，这通常会使压缩机出口气体温度达到100℃以上。为了保证压缩机组的正常工作，高温气体需要经过冷却才能进入下一级压缩机继续升压，高温气体的直接冷却不但造成热量的浪费，还要增加冷却工质的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统及方法，该系统将各级压缩机出口高温气体的热量合理利用，既能减少外部热量的负荷，还能减少冷却工质的负荷，实现能量的综合利用，减少二氧化碳捕集系统的运行成本。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

3、一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，包括：

4、吸收单元，所述吸收单元中的吸收剂吸收二氧化碳得到富液；

5、换热单元，所述换热单元与所述吸收单元连接，用于与进入换热单元的富液进行热交换；

6、再生单元，所述再生单元与所述换热单元连接，热交换后的富液利用外部热源加热释放出的二氧化碳，并得到解吸二氧化碳后的贫液，贫液进入换热单元进行热交换，热交换后进入所述吸收单元中；

7、及压缩单元，所述压缩单元与所述再生单元连接，所述压缩单元包括多级压缩机组，进入压缩单元的二氧化碳被多级压缩机组逐级压缩得到二氧化碳产品；

8、其中，所述再生单元抽出的解吸塔抽液与多级压缩机组的对应出口气体分别换热，换热后汇聚的回流液进入再生单元；所述解吸塔抽液和回流液端口的位置根据温度匹配的要求设置在再生单元塔级间或塔底。

9、作为本发明的进一步改进，所述多级压缩机组中，每级压缩机出口依次串联形成逐级压缩结构，前一级压缩机出口的高温气体与解吸塔抽液通过对应的级间回热器进行换热；再进入级间冷却器被冷却工质冷却以达到进入下一级压缩机的入口条件，或达到最终产品的条件。

10、作为本发明的进一步改进，所述再生单元抽出的解吸塔抽液的管路与多级压缩机组的对应入口连接，且多级压缩机组的对应入口上均设置有流量控制阀。

11、作为本发明的进一步改进，所述吸收单元包括吸收塔，换热单元包括贫富液换热器，再生单元包括解吸塔；

12、所述吸收塔的第一入口用于通入含co2废气；吸收塔的第一出口连接所述贫富液换热器的第一入口，贫富液换热器的第一出口连接所述解吸塔的第一入口；贫富液换热器的第二出口连接吸收塔的第二入口；解吸塔的第一出口连接贫富液换热器的第二入口。

13、作为本发明的进一步改进，所述压缩单元通过co2冷却器连接解吸塔的第二出口。

14、作为本发明的进一步改进，所述含co2废气通过风机增压进入吸收塔；

15、所述吸收塔的第一出口和所述贫富液换热器的第一入口之间设置有贫液泵；

16、所述贫富液换热器的第二出口与吸收塔的第二入口之间设置有贫液冷却器；

17、所述解吸塔的第一出口与贫富液换热器的第二入口之间设置有贫液泵。

18、作为本发明的进一步改进，所述解吸塔抽液的端口和回流液的端口分别连接解吸塔的上部和下部。

19、作为本发明的进一步改进，所述解吸塔的外部热源通过再沸器提供；

20、所述解吸塔抽液的端口和回流液的端口均连接在解吸塔进入塔底再沸器的主管道上，且解吸塔抽液的端口靠近解吸塔塔底，回流液的端口靠近再沸器。

21、作为本发明的进一步改进，所述解吸塔塔底进入再沸器的主管道上设有再沸管路调节阀，再沸管路调节阀设置在解吸塔抽液的端口和回流液的端口之间。

22、一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统的控制方法，包括：

23、通过从再生单元的塔级间抽出解吸塔抽液，与多级压缩机组的对应出口气体分别换热，将压缩单元的余热传输至再生单元；或者，

24、通过从再生单元塔底进入再沸器的管路中抽出部分的解吸塔抽液，与多级压缩机组的对应出口气体分别换热，再重新进入再沸器接受外部热源加热，将压缩单元余热传输至再生单元。

25、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

26、该系统基于二氧化碳捕集系统中产热压缩单元与需热再生单元热集成，具体是再生单元抽出的解吸塔抽液与多级压缩机组的对应出口高温气体分别换热，换热后汇聚的回流液进入再生单元；所述解吸塔抽液和回流液端口的位置根据温度匹配的要求从再生单元塔级间或塔底抽取与返回。尤其是将各级压缩机出口高温气体的热量合理利用，以实现能量的梯级利用，既能减少外部热量的负荷，还能减少冷却工质的负荷，实现能量的综合利用，减少二氧化碳捕集系统的运行成本；通过热集成实现对压缩余热的利用，减少二氧化碳捕集系统的综合能耗，提高经济性。

技术特征：

1.一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，所述吸收单元(100)包括吸收塔(3)，换热单元(200)包括贫富液换热器(6)，再生单元(300)包括解吸塔(7)；

5.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统，其特征在于，

10.一种如权利要求1至9任一项所述的二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统的控制方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开一种二氧化碳捕集系统热集成综合利用系统及方法，包括：热交换后的富液利用外部热源加热释放出高浓度的二氧化碳，并得到解吸二氧化碳后的贫液，贫液进入换热单元进行热交换；进入压缩单元的高浓度二氧化碳被多级压缩机组逐级压缩得到高压高浓度的二氧化碳；其中，所述再生单元抽出的解吸塔抽液与多级压缩机组的对应出口高温气体分别换热，换热后汇聚的回流液进入再生单元；所述解吸塔抽液和回流液端口的位置根据温度匹配的要求从再生单元的塔级间或塔底抽取与返回。该系统将各级压缩机出口高温气体的热量合理利用，则既能减少外部热量的负荷，还能减少冷却工质的负荷，实现能量的综合利用，减少二氧化碳捕集系统的运行成本。

技术研发人员：朱军,王润宇,马欣强,张玮,冉颢,杨辉,郑冠捷
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12