一种CO2捕捉系统及工艺的制作方法

本发明涉及环境能源领域，尤其涉及一种CO₂捕捉系统及工艺。

背景技术：

目前世界范围内电厂脱碳采集的示范技术基本均为有机胺MEA等为主体的化学吸收技术，能耗大致为4.2MJ/kg CO₂，同时与无碳捕集系统的电厂一样，在整个热媒的循环过程中，需要放出大量的冷凝热，冷凝热的主要特点如下：品位低；在排汽压力方面，水冷为4-8kPa，空冷为15kPa；在冷凝温度方面，水冷为29-41.5℃，空冷为54℃；量大且集中。纯凝汽工况排入大气的可回收冷凝热占50％以上，为发电耗热的1.5倍以上。工程实际中大部分采用抽汽供给解吸CO₂所需要的热能，具体流程图如图1所示，锅炉排出烟气经过脱硫、脱硝、除尘之后，进入CO₂捕集系统。CO₂一般在35℃～50℃被化学吸收剂吸收，这部分温度由烟气所携带的热量供给，富液在100℃-120℃解吸，释放出CO₂，捕集到的CO₂会经过冷凝压缩，运往储存地封存或者用于食品加工，而富液解析所需的这部分热量，由汽轮机抽汽来供给，由于碳捕集过程能耗巨大，机组的抽汽量会很大，这会造成机组发电效率大幅度的降低，并对机组的安全性会造成极大的威胁。

解决上述问题的现有技术是通过太阳能系统将太阳能供给CO₂捕集系统，然而，现有技术并没有利用电厂在发电过程中的余热供给CO₂捕集系统，造成了能量的浪费。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种CO₂捕捉系统及工艺，通过在电厂汽轮机与贫富液交换结构之间安装高温水源热泵，从而利用来自电厂汽轮机冷却水的余热加热来自贫富液交换器的较低温度富液，然后将加热后的富液输送到解吸塔进行解吸，解决了现有技术没有利用电厂在发电过程中的余热供给CO₂捕集系统造成了能量浪费的技术问题。

本发明实施例提供的一种CO₂第一捕捉系统，包括贫富液交换结构、汽轮机、凝汽器、低加、再沸器、解吸塔、管路、冷却循环泵、高温水源热泵；

所述低加、所述凝汽器、所述汽轮机、所述再沸器通过所述管路依次连接构成闭合回路；

所述凝汽器和所述高温水源热泵通过设置有冷却循环泵和第一阀门的所述管路连接构成闭合回路；

所述汽轮机、所述高温水源热泵、所述低加通过所述管路依次连接构成闭合回路，且所述汽轮机和所述高温水源热泵之间的管路上设置有第二阀门；

所述解吸塔的贫富液出口、所述贫富液交换结构、所述高温水源热泵、所述解吸塔的富液入口通过所述管路依次连接构成闭合回路；

所述再沸器和所述解吸塔通过所述管路连接构成闭合回路。

可选地，

所述CO₂捕捉系统还包括CO₂收集口、从所述解吸塔的CO₂出口引出的并且穿过所述高温水源热泵到达所述CO₂收集口的所述管路、从所述解吸塔的CO₂出口引出的不经过所述高温水源热泵直接到达所述CO₂收集口的所述管路、设置在所述高温水源热泵与所述解吸塔的CO₂出口之间的所述管路上的第三阀门、设置在从所述解吸塔的CO₂出口引出的不经过所述高温水源热泵直接到达所述CO₂收集口的所述管路上的第四阀门。

可选地，

所述高温水源热泵具体包括发生器、吸收器、水源热泵冷凝器、蒸发器；

所述发生器、所述水源热泵冷凝器、所述蒸发器、所述吸收器通过所述管路依次连接构成闭合回路；

所述蒸发器通过所述管路与所述冷却循环结构连接；

所述水源热泵冷凝器通过所述管路与所述解吸塔连接；

所述吸收器通过所述管路与所述贫富液交换结构连接。

可选地，

所述贫富液交换结构包括贫富液交换泵和贫液循环泵。

本发明实施例提供的一种CO₂第二捕捉系统，包括贫富液交换结构、汽轮机、低加、再沸器、再沸器、解吸塔、管路、冷却循环泵、高温水源热泵、CO₂收集口、从所述解吸塔的CO₂出口引出的并且穿过所述高温水源热泵到达所述CO₂收集口的所述管路、从所述解吸塔的CO₂出口引出的不经过所述高温水源热泵直接到达所述CO₂收集口的所述管路、设置在所述高温水源热泵与所述解吸塔的CO₂出口之间的所述管路上的第三阀门、设置在从所述解吸塔的CO₂出口引出的不经过所述高温水源热泵直接到达所述CO₂收集口的所述管路上的第四阀门；

所述低加、所述凝汽器、所述汽轮机、所述再沸器通过所述管路依次连接构成闭合回路；

所述凝汽器和所述高温水源热泵通过设置有冷却循环泵和第一阀门的所述管路连接构成闭合回路；

所述解吸塔的贫富液出口、所述贫富液交换结构、所述高温水源热泵、所述解吸塔的富液入口通过所述管路依次连接构成闭合回路；

所述再沸器和所述解吸塔通过所述管路连接构成闭合回路。

本发明实施例提供的一种基于CO₂第一捕捉系统的CO₂第一捕捉工艺，包括：

CO₂捕捉系统将解吸之后的贫液换成富液；

CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热所述富液至90℃至100℃；

CO₂捕捉系统将加热后的所述富液进行解吸并收集释放的CO₂。

可选地，

CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热所述富液至90℃至100℃具体包括：

CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热所述富液；

当所述冷凝水的温度与所述冷凝水周围的温度差小于5℃时，停止将所述冷凝水作为低温热源；

当所述富液温度达到90℃至100℃时停止将所述水蒸气作为驱动热源。

本发明实施例提供的一种基于CO₂第二捕捉系统的CO₂第二捕捉工艺，包括：

CO₂捕捉系统将解吸之后的贫液换成富液；

CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、将解吸出来的CO₂作为驱动热源加热所述富液至90℃至100℃；

CO₂捕捉系统将加热后的所述富液进行解吸并收集释放的CO₂。

可选地，

CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、解吸出来的CO₂作为驱动热源加热所述富液至90℃至100℃具体包括：

CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、将解吸出来的CO₂作为驱动热源加热所述富液；

当所述冷凝水的温度与所述冷凝水周围的温度差小于5℃时，停止将所述冷凝水作为低温热源；

当所述富液温度达到90℃至100℃时停止解吸出来的所述CO₂作为驱动热源。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

通过在电厂汽轮机与贫富液交换结构之间安装高温水源热泵，从而利用来自电厂汽轮机冷却水的余热加热来自贫富液交换器的较低温度富液，然后将加热后的富液输送到解吸塔进行解吸，解决了现有技术没有利用电厂在发电过程中的余热供给CO₂捕集系统造成了能量浪费的技术问题，同时利用来自电厂汽轮机冷却水的余热或者解吸出来的CO₂的温度加热来自贫富液交换器的较低温度富液，减少了现有技术中加热较低温度富液需要的水蒸气的量，从而节约了能源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种CO₂第一捕捉系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种CO₂第二捕捉系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种CO₂第一捕捉系统和CO₂第二捕捉系统的高温水源热泵的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种基于CO₂第一捕捉系统的CO₂第一捕捉工艺的一个实施例流程示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种基于CO₂第一捕捉系统的CO₂第一捕捉工艺的另一个实施例流程示意图；

图6为本发明实施例中提供的一种基于CO₂第二捕捉系统的CO₂第二捕捉工艺的一个实施例流程示意图；

图7为本发明实施例中提供的一种基于CO₂第二捕捉系统的CO₂第二捕捉工艺的另一个实施例流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种CO₂捕捉系统及工艺，通过在电厂汽轮机与贫富液交换结构之间安装高温水源热泵，从而利用来自电厂汽轮机冷却水的余热加热来自贫富液交换器的较低温度富液，然后将加热后的富液输送到解吸塔进行解吸，解决了现有技术没有利用电厂在发电过程中的余热供给CO₂捕集系统造成了能量浪费的技术问题。

请参阅图1和图3，本发明实施例中提供的一种CO₂第一捕捉系统的一个实施例包括：贫富液交换结构、汽轮机1、凝汽器2、低加3、再沸器6、解吸塔7、管路、冷却循环泵8、高温水源热泵4；

低加3、凝汽器2、汽轮机1、再沸器6通过管路依次连接构成闭合回路，汽轮机1排出的蒸汽进入凝汽器2中，然后变成冷凝水流入低加3，汽轮机1抽出的蒸汽进入再沸器6然后变成冷凝水流入低加3；

凝汽器2和高温水源热泵4通过设置有冷却循环泵8和第一阀门13的管路连接构成闭合回路；

汽轮机1、高温水源热泵4、凝汽器2通过管路依次连接构成闭合回路，且汽轮机1和高温水源热泵4之间的管路上设置有第二阀门9；

解吸塔7的贫富液出口、贫富液交换结构、高温水源热泵4、解吸塔7的富液入口通过管路依次连接构成闭合回路；

再沸器6和解吸塔7通过管路连接构成闭合回路。

高温水源热泵4具体包括发生器15、吸收器16、水源热泵冷凝器17、蒸发器18；

发生器15、水源热泵冷凝器17、蒸发器18、吸收器16通过管路依次连接构成闭合回路；

蒸发器18通过管路与冷却循环结构连接；

水源热泵冷凝器17通过管路与解吸塔7连接；

吸收器16通过管路与贫富液交换结构连接。

贫富液交换结构包括贫富液交换泵5和贫液循环泵10。

需要说明的是，电厂冷凝水通过冷却循环结构进入到蒸发器18中，制冷剂通过蒸发吸收冷凝水的低品位热能，蒸发器18与吸收器16相连，然后制冷剂进入吸收器16中，在吸收器16中吸收工质蒸汽，放出吸收热，加热由贫富液交换结构流入吸收器16的低温富液，吸收器16与发生器15相连，吸收剂稀溶液进入发生器15中，以抽汽或者解吸出来的CO₂为驱动热源，使吸收剂稀溶液沸腾，产生工质蒸汽，吸收剂稀溶液浓缩后通入水源热泵冷凝器17中，在水源热泵冷凝器17中发生器产生的工质蒸汽冷凝放热继续加热富液，最后制冷剂返回蒸发器18，完成循环，从水源热泵冷凝器17出来的富液通入解吸塔7中，由再沸器6继续加热分解。

请参阅图2和图3，本发明实施例中提供的一种CO₂第二捕捉系统的一个实施例包括：贫富液交换结构、汽轮机1、凝汽器2、低加3、再沸器6、解吸塔7、管路、冷却循环泵8、高温水源热泵4、CO₂收集口14、从解吸塔7的CO₂出口引出的并且穿过高温水源热泵4到达CO₂收集口14的管路、从解吸塔7的CO₂出口引出的不经过高温水源热泵4直接到达CO₂收集口14的管路、设置在高温水源热泵4与解吸塔7的CO₂出口之间的管路上的第三阀门11、设置在从解吸塔7的CO₂出口引出的不经过高温水源热泵4直接到达CO₂收集口14的管路上的第四阀门12；

低加3、凝汽器2、汽轮机1、再沸器6通过管路依次连接构成闭合回路，汽轮机1排出的蒸汽进入凝汽器2中，然后变成冷凝水流入低加3，汽轮机1抽出的蒸汽进入再沸器6然后变成冷凝水流入低加3；

凝汽器2和高温水源热泵4通过设置有冷却循环泵8和第一阀门13的管路连接构成闭合回路；

解吸塔7的贫富液出口、贫富液交换结构、高温水源热泵4、解吸塔7的富液入口通过管路依次连接构成闭合回路；

再沸器6和解吸塔7通过管路连接构成闭合回路。

高温水源热泵4具体包括发生器15、吸收器16、水源热泵冷凝器17、蒸发器18；

发生器15、水源热泵冷凝器17、蒸发器18、吸收器16通过管路依次连接构成闭合回路；

蒸发器18通过管路与冷却循环结构连接；

水源热泵冷凝器17通过管路与解吸塔7连接；

吸收器16通过管路与贫富液交换结构连接。

贫富液交换结构包括贫富液交换泵5和贫液循环泵10。

需要说明的是，电厂冷凝水通过冷却循环结构进入到蒸发器18中，制冷剂通过蒸发吸收冷凝水的低品位热能，蒸发器18与吸收器16相连，然后制冷剂进入吸收器16中，在吸收器16中吸收工质蒸汽，放出吸收热，加热由贫富液交换结构流入吸收器16的低温富液，吸收器16与发生器15相连，吸收剂稀溶液进入发生器15中，以抽汽或者解吸出来的CO₂为驱动热源，使吸收剂稀溶液沸腾，产生工质蒸汽，吸收剂稀溶液浓缩后通入水源热泵冷凝器17中，在水源热泵冷凝器17中发生器产生的工质蒸汽冷凝放热继续加热富液，最后制冷剂返回蒸发器18，完成循环，从水源热泵冷凝器17出来的富液通入解吸塔7中，由再沸器6继续加热分解。

上面是对一种CO₂捕捉系统的结构和连接方式进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种CO₂捕捉系统的应用进行说明，第一应用例包括：

从解吸塔7流出贫液经过贫富液交换结构后变成富液并流入高温水源热泵4中，然后将冷凝水通入高温水源热泵4的蒸发器18中，作为低温热源，同时通过第二阀门9将一小部分抽汽通入高温水源热泵4的发生器15中，作为驱动热源，制冷剂吸收冷凝水中低品味热能后，在吸收器16﹑水源热泵冷凝器17中加热富液，当冷却水与冷却水环境温度较接近的情况下，关闭第一阀门13使冷却水不再进入高温水源热泵4，因为当冷却水与冷却水环境温度较接近的时候高温水源热泵4的供能效率下降，整个加热过程可以使离开高温水源热泵4的富液温度达到95℃左右，最后将加热后的富液最后通入解吸塔7，整个过程实现了用相对较少抽汽进行加热解吸。

第二应用例包括：

从解吸塔7流出贫液经过贫富液交换结构后变成富液并流入高温水源热泵4中，然后将冷凝水通入高温水源热泵4的蒸发器18中，作为低温热源，同时通过第三阀门11将一小部分解吸出来的CO₂通入高温水源热泵4的发生器15中，作为驱动热源，制冷剂吸收冷凝水中低品位热能后，在吸收器16、水源热泵冷凝器17中加热富液，当冷却水与冷却水环境温度较接近的情况下，关闭第一阀门13使冷却水不再进入高温水源热泵4，因为当冷却水与冷却水环境温度较接近的时候高温水源热泵4的供能效率下降，整个加热过程可以使离开高温水源热泵4的富液温度达到95℃左右，最后将加热后的富液最后通入解吸塔7，整个过程实现了用相对较少抽汽进行加热解吸。

请参阅图3，本发明实施例中提供的一种基于第一CO₂捕捉系统的第一CO₂捕捉工艺的一个实施例包括：

101，CO₂捕捉系统将解吸之后的贫液换成富液；

102，CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热富液至90℃至100℃；

103，CO₂捕捉系统将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

在本发明实施例中，CO₂捕捉系统先将解吸之后的贫液换成富液，然后将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热富液至90℃至100℃，其中95℃为最优，90℃至100℃之间除95℃之外的其它温度也都可以，最后将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

请参阅图4，本发明实施例中提供的一种基于第一CO₂捕捉系统的第一CO₂捕捉工艺的另一个实施例包括：

201，CO₂捕捉系统将解吸之后的贫液换成富液。

202，CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热富液。

203，当冷凝水的温度与冷凝水周围的温度差小于5℃时，停止将冷凝水作为低温热源。

204，当富液温度达到90℃至100℃时停止将水蒸气作为驱动热源。

205，CO₂捕捉系统将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

在本发明实施例中，CO₂捕捉系统先将解吸之后的贫液换成富液，然后将冷凝水作为低温热源、水蒸气作为驱动热源加热富液，当冷凝水的温度与冷凝水周围的温度差小于5℃时，停止将冷凝水作为低温热源，当富液温度达到90℃至100℃时停止将水蒸气作为驱动热源，其中95℃为最优，90℃至100℃之间除95℃之外的其它温度也都可以，最后将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

请参阅图5，本发明实施例中提供的一种基于CO₂第二捕捉系统的第二CO₂捕捉工艺的另一个实施例包括：

301，CO₂捕捉系统将解吸之后的贫液换成富液。

302，CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、将解吸出来的CO₂作为驱动热源加热富液至90℃至100℃。

303，CO₂捕捉系统将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

在本发明实施例中，CO₂捕捉系统先将解吸之后的贫液换成富液，然后将冷凝水作为低温热源、将解吸出来的CO₂作为驱动热源加热富液至90℃至100℃，其中95℃为最优，90℃至100℃之间除95℃之外的其它温度也都可以，最后将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

请参阅图6，本发明实施例中提供的一种基于CO₂第二捕捉系统的第二CO₂捕捉工艺的另一个实施例包括：

401，CO₂捕捉系统将解吸之后的贫液换成富液。

402，CO₂捕捉系统将冷凝水作为低温热源、将解吸出来的CO₂作为驱动热源加热富液。

403，当冷凝水的温度与冷凝水周围的温度差小于5℃时，停止将冷凝水作为低温热源。

404，当富液温度达到90℃至100℃时停止解吸出来的CO₂作为驱动热源。

405，CO₂捕捉系统将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

在本发明实施例中，CO₂捕捉系统先将解吸之后的贫液换成富液，然后将冷凝水作为低温热源、将解吸出来的CO₂作为驱动热源加热富液，当冷凝水的温度与冷凝水周围的温度差小于5℃时，停止将冷凝水作为低温热源，当富液温度达到90℃至100℃时停止解吸出来的CO₂作为驱动热源，其中95℃为最优，90℃至100℃之间除95℃之外的其它温度也都可以，最后将CO₂捕捉系统将加热后的富液进行解吸并收集释放的CO₂。

以上对本发明所提供的一种CO₂捕捉系统及工艺进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。