本发明涉及吸收式制冷与温室气体减排领域，具体涉及一种氨水吸收式制冷联合碳捕集装置。
背景技术：
近年来，温室气体过量排放所引起的气候变化已成为困扰人类生存与发展的全球性环境问题，给社会和经济发展带来了严重的负面影响，“削减co2排放”已成为世界各国高度关注的议题。中国作为世界最大的煤炭开采和消费国，在发展经济的主旋律下，面临着严峻的碳减排形势。
co2捕集与封存(ccs)是我国应对气候变化的重要战略选项，也是我国履约减排任务、应对未来挑战的重要技术选择之一。燃烧后化学吸收法(后简称为吸收法)作为一种最接近商业化的co2脱除技术，在捕集电厂烟道气co2方面，有着广阔的市场前景，其中以醇胺(mea等)为吸收剂的吸收法在美国、欧洲等地已展开示范和小型应用，其优点是对co2酸性气体吸收速度快、脱除效果好、化学稳定性好，但同时存在吸收剂再生能耗高(捕集1吨co2大约热耗3.5-7gj)、易发生热降解以及氧化降解、腐蚀性强、捕集过程附加的水耗高、操作费用大等诸多问题，已成为制约其推广应用的主要瓶颈。相比醇胺吸收剂，以氨水溶液为吸收剂的氨法碳捕集具备良好的co2吸收效率和较低的再生能耗，氨水的co2负载能力约是mea溶液的3倍，且不存在设备腐蚀、氧化降解等问题。因此，近年来成为国内外“低能耗碳捕集技术”的一个重要研究方向。
然而氨法碳捕集推广应用过程中氨的逃逸问题严重地限制了氨法的应用，逃逸的氨不仅会造成氨水吸收剂浓度下降，影响co2的后续捕集效率，同时逃逸到大气中的氨也会造成严重的二次污染。
为了降低氨逃逸，alstom公司开发了冷冻氨法碳捕集工艺，将吸收过程的温度控制在2-10℃以内，可以有效降低吸收过程氨的逃逸，但这种工艺需要单独配置制冷系统，增加了系统的能耗和投资成本，此外，此工艺仍解决不了解吸过程逃逸的氨。
氨水吸收式制冷具有结构简单、安全可靠、安装方便，可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能的优势，因此在石油化工、食品和船舶等领域已有大量的应用。但氨水吸收式制冷也存在部件多、管道连接复杂、系统笨重的缺陷。
将氨水吸收式制冷与氨水吸收式碳捕集结合，利用发生器实现二氧化碳的解吸和氨的挥发，通过冷凝方式进行二氧化碳和氨的气液分离，可以在一套发生器装置的情况下实现对co2的分离和制冷的循环，简化了工艺，降低了建造成本。
技术实现要素：
针对目前氨法碳捕集系统所带来的氨逃逸问题以及简化吸收式制冷工艺，本发明提出一种氨吸收式制冷联合碳捕集装置，将解吸co2气流中的氨气通过冷凝进行气液分离，并进行制冷，实现了co2解吸过程与氨水吸收式制冷发生过程的集成，简化捕集工艺，降低系统建设的投资成本，同时实现了解吸气氨的回收利用。
该氨水吸收式制冷联合碳捕集装置主要由氨水吸收器、二氧化碳吸收塔、发生器、冷凝器、气液分离器、蒸发器、溶液热交换器、节流阀、贫液泵、富液泵以及相关阀门组成。
本发明采用如下的技术方案：所述氨水吸收器出口通过所述贫液泵与所述二氧化碳吸收塔上部喷淋入口相连，所述烟气从所述二氧化碳吸收塔下部烟气管道通入，与上部喷淋的吸收液进行逆流接触进行二氧化碳脱除，脱除二氧化碳的乏气从所述二氧化碳吸收塔塔顶乏气管道排出，而所述二氧化碳吸收塔底部富液出口则通过所述富液泵与所述溶液热交换器冷端入口连接，所述溶液热交换器冷端出口与所述发生器连接，所述发生器气体出口与所述冷凝器连接，而液体出口则连接至所述溶液热交换器热端入口，所述溶液热交换器热端出口通过所述溶液节流阀通入所述氨水发生器；所述冷凝器出口与所述气液分离器入口相连；所述气液分离器气体出口为分离的二氧化碳，通过二氧化碳管道排出或通入后续装置，而液体出口则通过所述节流阀与所述蒸发器相连；所述蒸发器出口则与所述氨水吸收器入口相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)将吸收式制冷与碳捕集集成，可以简化制冷与捕集流程，降低制冷系统和捕集系统的相对庞大、复杂的设备所带来的成本升高。
(2)此装置可以利用浓度更高的氨水进行碳捕集，克服了传统氨法捕集为限制氨挥发而控制氨水浓度的障碍。
(3)氨制冷可以用于冷却电厂烟气，使co2吸收过程温度降低，可以有效地降低吸收过程氨的逃逸。
(4)本装置动力部件少，电能消耗少，可以充分利用电厂产生的中低温热能，实现了能源的利用效率。
附图说明
图1为本发明一种氨水吸收式制冷联合碳捕集装置的结构示意图。
图中，1氨水吸收器，2贫液泵，3二氧化碳吸收塔，4富液泵，5溶液热交换器，6发生器，7溶液节流阀，8冷凝器，9气液分离器，10控制阀，11节流阀，12蒸发器，31烟气管道，32乏气管道，91二氧化碳管道
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种氨水吸收式制冷联合碳捕集装置，包括氨水吸收器1、贫液泵2、二氧化碳吸收塔3、富液泵4、溶液热交换器5、发生器6、溶液节流阀7、冷凝器8、气液分离器9、控制阀10、节流阀11、蒸发器12等部件。
所述氨水发生器1出口与所述贫液泵2入口相连，入口分别与所述蒸发器11和所述溶液热交换器5热端出口相连；所述二氧化碳吸收塔3上部入口与所述贫液泵2出口相连，下部与所述烟气管道31连接，底部富液出口则与所述富液泵4入口相连；所述富液泵4出口与所述溶液热交换器5冷端入口相连；所述发生器6入口与所述溶液热交换器5冷端出口相连，气体出口连接至所述冷凝器8入口，液体出口则连接至所述溶液热交换器5热端入口；所述气液分离器9入口与所述冷凝器8出口连接，分离的气体通过所述二氧化碳管道91排出，进行后续操作，而液体出口则通过所述节流阀11与所述蒸发器12入口相连；所述控制阀10用于控制气液分离压力；在所述溶液热交换器5与所述氨水吸收器1的连接管路上设有溶液节流阀7，以控制溶液流量。
具体地，40℃左右的电厂烟气通过烟气管道31进入二氧化碳吸收塔3，与从氨水吸收器1出来的30％的浓氨水在吸收塔内逆流接触进行二氧化碳吸收，产生富含二氧化碳的氨水溶液，通过富液泵加压后通入发生器，在100-120℃低压蒸汽的作用下，产生50至55℃的二氧化碳和氨气混合气从发生器6顶端的气体出口进入冷凝器8，随后被冷凝成30-40℃，氨气凝结形成液氨；而释放二氧化碳后浓度为15％-30％的贫co2氨水从发生器6的底部流出至溶液热交换器5，再通过溶液节流阀7减压后到达氨水吸收器1的喷晒头。从冷凝器8出来的二氧化碳和液氨两相流体经气液分离器9分离，分离的液氨经节流阀11进入蒸发器12，在0.03-0.3mpa的条件下对蒸发器中的水进行蒸发制冷，从而制得冷水。在蒸发器12中形成的氨气进入氨水吸收器中，被浓度为15％-30％的贫co2氨水吸收形成浓氨水，浓氨水通过贫液泵2进入二氧化碳吸收塔继续参与二氧化碳的吸收。
所述发生器6出口处依次安装由丝网组成的除沫装置和水冷却器，发生过程蒸发的水蒸气通过冷却器冷凝后回流至发生器6中。
使用本发明装置，发生器操作压力应大于冷凝温度下氨对应的饱和压力，以实现氨的完全液化。
综上，本发明装置以氨水为工质对，进行烟气二氧化碳捕集和吸收式制冷。发生器实现二氧化碳的解吸和氨的蒸发，提供冷凝过程所需的高压环境，发生过程只需提供中低温热能，可来源于废热或可再生能源。采用气液分离法实现二氧化碳与氨的分离，结构简单、能耗低，比传统抑制氨挥发的水洗方式具有更高的分离效率。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。