一种利用LNG冷能捕集二氧化碳的工艺的制作方法

本发明涉及lng冷能利用与碳捕集领域，更具体地涉及一种利用lng冷能捕集二氧化碳的工艺。

背景技术：

1、2015年签署的《巴黎协定》确立了将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内的长期目标。2021年全球气候报告指出2021年(1月至9月)比1850年至1900年高出越1.09摄氏度，温室气体的排放普遍被认为是导致全球变暖的因素之一，2020年温室气体浓度已达新高，2021年持续升高。而目前工业碳排放约占总碳排放量的70％，如何有效捕集和封存工业产生的co2对实现碳中和具有重要的意义。

2、烟道气中的二氧化碳浓度：工业炉窑约为15％～25％；燃煤锅炉约为10％～15％；整体气化联合循环燃烧技术约为85％～90％；燃油锅炉约为6％～10％；燃气锅炉约为5％～8％。另外，具体装置烟道气的二氧化碳浓度与该装置燃料性质和工艺过程有关。

3、天然气(natural gas)是指蕴藏在底层内的以低分子烷烃混合物为主的可燃性气体，天然气无色、无味、无毒、无腐蚀性，同时，天然气燃烧后污染小且放出的热量大，是最干净的化石能源。天然气在油气田开采后经净化处理再通过一系列低温液化处理变为液态天然气(liquid natural gas，lng)。lng由液态天然气运输装置分配至消费地区，而为达到运输管路要求，lng必须经换热器升温气化后运送至接收端。

4、在天然气接收端lng经换热升温气化变为天然气，传统lng再气化过程是依靠海水完成的，即将lng冷能直接排入海水中。大量冷能进入海洋中不仅会造成冷能的浪费，而且会严重危及海洋生物的安全。合理利用lng再气化产生的冷能是一个重要的研究方向。

5、目前，研究者提出了多种lng冷能利用方向，包括空气分离、低温发电、冷冻仓库、制备干冰、污水处理、冷冻干燥等，其中也涉及到利用lng的冷能捕集二氧化碳的技术方案，但是申请人查阅了目前现有的相关技术方案，普遍存在冷能利用效率低、捕集后二氧化碳含量依然高等缺陷。

技术实现思路

1、基于上述现有技术现状，本发明的目的在于提供一种利用lng冷能捕集二氧化碳的工艺，设计了冷能多级利用、co2分浓度捕集的全新流程工艺，提高冷能利用效率和二氧化碳捕集效率。

2、本发明采用的技术方案如下：一种利用lng冷能捕集二氧化碳的工艺，其特征在于，包括预处理单元、深冷单元、冷媒单元、深度脱碳单元；

3、所述预处理单元包括压缩机、吸附干燥器和co2膜浓缩器，来流烟气经预冷和脱水后，由压缩机压缩输送至吸附干燥器进一步脱水，然后进入co2膜浓缩器进行二氧化碳的富集分离，烟气被分为贫co2烟气和富co2烟气，其中富co2烟气输送至深冷单元；

4、所述深冷单元包括二级冷却器和co2分离器，所述二级冷却器与co2膜浓缩器连通，用于将来自co2膜浓缩器的富co2烟气深冷液化，所述co2分离器连通于二级冷却器的下游，将经二级冷却器10深冷液化后的液态co2和少量气体分离，分离出的液态co2的外输存储，分离出的少量气体连通回co2膜浓缩器的入口；

5、所述深度脱碳单元捕集所述co2膜浓缩器分离出的贫co2烟气中二氧化碳；所述深度脱碳单元包括co2旋流吸收器、解吸器、co2冷却器，所述co2旋流吸收器为吸收与分离一体式的旋流器结构，其具有烟气入口、吸收剂入口、气态出口和液态出口，所述烟气入口接收经co2膜浓缩器分离出的贫co2烟气，所述吸收剂入口用于输入co2吸收剂，所述气态出口外排co2旋流吸收器分离出的气体，所述液态出口连接解吸器，所述解吸器用于将co2吸收剂在co2旋流吸收器内吸收的二氧化碳还原，吸收剂从解吸器的液体出口排出回收，co2气体由解吸器的气体出口进入co2冷却器被来自冷媒单元的冷媒介质冷凝，冷凝后的液态co2外输存储；

6、所述冷媒单元包括lng换热器、lng储罐、冷媒介质储罐，所述lng储罐和冷媒介质储罐均与lng换热器连通，冷媒介质在lng换热器内部吸收冷能降温后输送至深冷单元的co2分离器和深度脱碳单元中co2冷却器，lng在lng换热器内部释放冷能后输送至天然气缓冲罐；进入co2分离器的冷媒介质在吸收热量后从co2分离器的冷媒介质出口流动至co2膜浓缩器的冷媒介质入口，在co2膜浓缩器内进一步利用冷能后从co2膜浓缩器的冷媒介质出口输出回流至lng换热器的冷媒介质入口；进入co2冷却器的冷媒介质在co2冷却器液化co2气体后从co2冷却器的冷媒介质出口流动回lng换热器的冷媒介质入口。

7、所述预处理单元还包括一级预冷器、脱水器和冷却器，所述一级预冷器和脱水器依次串联在所述压缩机上游，对来流烟气预冷和脱水，具体的，所述一级预冷器和脱水器以组为单位，每组包括串联的一级预冷器和脱水器，多组可以并联或串联使用；所述一级预冷器的冷媒介质采用co2膜浓缩器分离出的贫co2烟气，所述脱水器可采用选流式或重力式等常规脱水器，本发明中优选为旋流式脱水器；所述冷却器用于冷却co2膜浓缩器分离出的贫co2烟气；所述冷媒单元中冷媒介质从co2膜浓缩器的冷媒介质出口流出后首先输送至所述冷却器，在冷却器内部利用残余冷能对贫co2烟气降温后，从冷却器的冷媒介质出口流动回lng换热器的冷媒介质入口。

8、本发明的利用lng冷能捕集二氧化碳的工艺，还包括吸附干燥再生单元，其包括空气/氮气鼓风机和空气/氮气加热器，由空气/氮气鼓风机鼓送的空气/氮气经空气/氮气加热器加热后吹送入吸附干燥器，将吸附干燥器内吸收的水分带离，完成吸附干燥器的再生。

9、在上述各单元的具体的设备结构中，所述co2膜浓缩器包括壳体、中空纤维膜和环氧封头，两个环氧封头分别设置于壳体的两端，壳体内部且在两个环氧封头之间均布多个中空纤维束，所述中空纤维束由中空纤维膜材质制成，中空纤维束的两端开口分别连通两个环氧封头内空间；两个环氧封头以及中空纤维束内部的空间连通为第一个空间，中空纤维束外壁面与壳体内壁面之间构成为第二个空间，所述第一个空间和第二个空间分别汇集贫co2烟气和富co2烟气。

10、所述co2旋流吸收器其结构包括旋流吸收器壳体，所述旋流吸收器壳体上设置有冷媒介质出口、冷媒介质入口、烟气出口、液态co2出口；在旋流吸收器壳体内部分布多根旋流单管，且旋流器吸收器壳体内部通过隔板分隔为四个腔室溢流室、进气室、冷却室、集液室，四个腔室间通过隔板相隔绝，仅通过多根旋流单管相连通，多根旋流单管的轻相溢流口、进料口和重相底流口分别汇集在溢流室、进气室和集液室，所述冷却室包覆旋流单管的大部分外壁面，冷媒介质通过冷却室对旋流单管内的烟气进行降温实现co2的液化，通过旋流单管的旋流作用实现气液分离，分离出液态co2产品。

11、本发明的技术方案具有如下技术优势：

12、1、本发明的工艺流程中使用膜浓缩和化学吸收相结合的方法，可以充分捕集来流烟气中所含的二氧化碳，捕集效率高，而膜浓缩法的捕集方法大幅减轻了化学吸收捕集的工作负荷，有效降低了成本；

13、2、利用冷媒介质的循环利用对lng冷能进行多层级的温度的流线式冷能利用，冷能利用率更高；

14、3、工艺流程中设计的深度脱碳单元，可以使本工艺趋向零碳排放；而中空纤维膜的浓缩捕集装置完成对co2浓缩加压捕集的目的，有效降低了整体成本。