一种船载碳捕集系统及其吸收过程的温度控制方法与流程

本发明涉及船舶排放控制、船舶发动机碳捕集，具体地，涉及一种船载碳捕集系统及其吸收过程的温度控制方法。

背景技术：

1、采用天然气、甲醇和氨等替代燃料，可以从源头上有效减少航运船舶碳排放，但面临的问题仍然较多，如天然气燃料减碳能力有限、绿色甲醇燃料供应不足、氨燃料燃烧控制难等系列难题仍未得到有效解决。船载碳捕集技术作为一种负排放技术，其能够有效降低温室气体(green house gas,ghg)排放且保持原动力系统灵活性，此技术在船舶应用领域的定位和作用愈加凸显。同时，随着碳税和相关法规的逐步明晰，船东及船舶运营商对于航运降碳解决方案的需求也愈发强烈。化学吸收法具有对现有船舶动力系统影响小、无须改造现有船舶发动机以及系统复杂度相对低等优势，是目前船载碳捕集技术的主流研发方向。

2、通常远洋船舶低速二冲程发动机的增压器后的排气温度约200℃，且排气气量和温度会在运行期间，尤其是发动机变负荷过程中产生波动和变化。即，发动机运行或变负荷过程中，船载碳捕集系统预处理工段及吸收工段进气口如若不采用温度控制措施，会影响吸收过程中原料气(发动机废气)和化学吸收剂之间气液的传质速率，进而影响系统的co2吸收能力(吸收速率和化学吸收剂的吸收容量)。

3、因此，在现有的船载碳捕集系统中，采用醇胺类吸收剂(如单乙醇胺mea)吸收co2的过程中，温度控制是确保废气中二氧化碳高效吸收的关键因素。然而，远洋船舶发动机的排气温度和流量波动大，且吸收过程为放热反应，导致系统温度难以稳定维持在最佳反应温度区间。目前，尚无有效专利解决这一问题，特别是在废气预处理和吸收过程温度控制方面。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种船载碳捕集系统及其吸收过程的温度控制方法，具体是一种针对采用醇胺溶液化学吸收法的船载碳捕集系统，通过废气冷却塔和吸收塔内的多级温度控制策略，确保废气在进入吸收塔前及吸收过程中的温度均保持在最佳反应温度区间，从而提高co2的吸收效率和系统的稳定性。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种船载碳捕集系统，该系统采用化学吸收法进行碳捕集，所述系统包括：

3、废气进入装置，用于将来源于船舶发动机的废气引入废气冷却塔；

4、废气冷却塔，该废气冷却塔包括去离子水循环系统、第一换热器和去离子水补充系统，其中：所述去离子水循环系统中循环水喷淋废气，后经第一换热器与冷源海水换热冷却，再循环回喷淋废气；通过调节进入第一换热器的海水流量来控制废气出口温度，以保持废气在化学吸收剂的最佳反应温度区间内；所述去离子水补充系统，根据塔内液位信号自动补充因废气带走的水蒸气而减少的去离子水；

5、吸收塔，用于接收来自废气冷却塔降温后的废气，采用醇胺溶液对废气中的co2进行碳捕集；所述吸收塔包括换热器组件、反洗段循环水系统、自上而下的除雾器填料层、反洗段填料层和至少一层的吸收填料层；所述吸收塔塔底与废气冷却塔的塔顶相连；所述换热器组件通过冷源海水与化学吸收剂进行热量交换，以保持吸收塔各段化学吸收剂的温度在最佳反应温度区间内；所述反洗段循环水系统包括在反洗段填料层下方设置的溢流式集液盘，用于对反洗段填料层进行溢流式水洗；

6、化学吸收剂进入装置，用于将醇胺溶液引入吸收塔的反洗段填料层下方且位于吸收填料层的上方。

7、本发明所用化学吸收剂为醇胺溶液。

8、进一步地，所述醇胺溶液来源于解吸塔塔底。

9、进一步地，所述第一换热器的海水流量由废气排出废气冷却塔的温度信号控制，通过调节第一换热器中海水流量调节阀的阀开度实现。

10、进一步地，所述换热器组件包括多个独立控制的换热器，分别根据吸收塔内不同区域的化学吸收剂温度信号，调节进入各换热器的海水流量，以实现对吸收塔内各段化学吸收剂温度的精确控制。

11、进一步地，所述换热器组件包括化学吸收剂进入段换热器、反洗段换热器、吸收段换热器。

12、进一步地，所述化学吸收剂进入段换热器，根据化学吸收剂进入吸收塔前的温度信号，调节进入换热器的海水流量。

13、进一步地，所述反洗段换热器，根据循环水进入反洗段填料层前的温度信号，调节进入换热器的海水流量。

14、进一步地，所述吸收段换热器，根据化学吸收剂在塔内的温度信号，调节进入换热器的海水流量。

15、进一步地，所述吸收塔包含多层吸收填料层，每一层吸收填料层配置一个吸收段换热器。

16、进一步地，本发明所述的换热器，包括第一换热器、化学吸收剂进入段换热器、反洗段换热器、吸收段换热器，进入换热器的海水流量由海水流量调节阀的阀开度实现调节。优选地，所述调节阀优选电动调节的三通阀，其中一部分海水(冷进海水温度默认为32℃)流过换热器，而另一部分海水通过三通阀的旁路直接排放舷外。

17、进一步地，所述吸收塔还包括液位控制系统和吸收剂补充装置，该液位控制系统通过监测各段的液位信号，液位过低时，停止溶液循环泵的工作，液位过高时，调高循环泵的频率；所述吸收剂补充装置通过监测吸收塔中富胺溶液浓度，当低于预设最小值时，向吸收塔补充新鲜的醇胺溶液，当高于预设最大值时，向吸收塔补充去离子水。

18、本发明中醇胺溶液吸收co2后，形成富胺溶液。富胺溶液加热后释放高浓度co2，并重新生成醇胺溶液循环使用。

19、本发明还提供一种船载碳捕集系统吸收过程的温度控制方法，该方法应用于采用化学吸收法进行碳捕集的船载碳捕集系统，该系统包括废气冷却塔和吸收塔，该方法包括以下步骤：

20、a.将船舶发动机的废气引入废气冷却塔；

21、b.在废气冷却塔中，利用循环水喷淋废气，后经第一换热器与冷源海水换热冷却，再循环回喷淋废气；根据废气排出废气冷却塔的温度信号，调节进入第一换热器的海水流量，以控制废气出口温度保持在化学吸收剂的最佳反应温度区间内；同时，根据塔内液位信号，自动补充因废气带走水蒸气而减少的去离子水；

22、c.将经过废气冷却塔降温后的废气引入吸收塔，并将醇胺溶液引入吸收塔的反洗段填料层下方且位于吸收填料层的上方，在吸收塔内采用醇胺溶液对废气中的co2进行碳捕集；在吸收塔内，通过换热器组件对化学吸收剂进行热量交换，以维持吸收塔各段化学吸收剂的温度在最佳反应温度区间内；同时，对反洗段填料层进行溢流式水洗。

23、进一步地，步骤b中所述第一换热器的海水流量由废气排出废气冷却塔的温度信号控制，通过调节第一换热器中海水流量调节阀的阀开度实现。

24、进一步地，步骤c中所述换热器组件包括多个独立控制的换热器，分别根据吸收塔内不同区域的化学吸收剂温度信号，调节进入各换热器的海水流量，以实现对吸收塔内各段化学吸收剂温度的精确控制。

25、进一步地，所述换热器组件包括化学吸收剂进入段换热器、反洗段换热器和吸收段换热器，各换热器分别独立调节进入的海水流量。

26、进一步地，所述温度控制方法还包括对吸收塔中富胺溶液浓度，当低于预设最小值时，向吸收塔补充新鲜的醇胺溶液，当高于预设最大值时，向吸收塔补充去离子水。

27、跟现有技术相比，本发明具有以下优点：

28、本发明通过废气冷却塔和吸收塔的联动控制来实现在船载碳捕集系统吸收船舶尾气中co2过程中对化学吸收剂温度特征值的过程控制，从而实现化学吸收剂在吸收船舶尾气中低浓度co2的过程中保持高正向吸收速率；即，提高化学吸收剂单位体积的co2吸收效率，进而使船载碳捕集系统运行的经济性得到提升。