一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统

本发明涉及一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，属于碳减排与新能源综合利用。

背景技术：

1、目前碳捕集系统面临捕集成本高问题，主要是捕集技术系统耗电与蒸汽消耗所致，以往在传统电厂加装碳捕集系统，使得电厂汽轮机组发电效率降低，发电成本提高，在没有补贴的条件下无法推动碳捕集系统部署；对于地热能采热一般利用水作为介质，但地热能丰富地区往往水资源较为短缺，不利于可持续开采，更关键的是利用水采热无法实现碳封存。

2、鉴于上述现有技术方案存在加装碳捕集系统的成本高，地热能采能耗水且无法实现碳埋存的问题，亟需一种耦合地热能的碳捕集利用与封存技术方案。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，该将地热能发电与碳捕集系统耦合，能够克服碳捕集系统因为耗能所导致的捕集系统成本高的问题，同时也为捕集系统所获得co2地质利用提供了循环利用的新思路。

2、为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，包括碳捕集模块m1、发电模块m2、压缩注入模块m3和地热模块m4；

4、所述碳捕集模块m1用于捕集烟气中的co2并将捕集到的co2输入到压缩注入模块m3中；

5、所述发电模块m2用于发电并向所述碳捕集模块m1输送电力和热力，还用于向压缩注入模块m3输送电力；

6、所述压缩注入模块m3用于接收碳捕集模块m1输出的co2并将接收到的co2进行压缩后输出给地热模块m4；

7、所述地热模块m4用于接收压缩注入模块m3输出的压缩后的co2，然后利用接收到的压缩后的co2进行地热能采集，并将采集后的地热能输出给发电模块m2作为发电模块m2的热源，使得发电模块m2能够给碳捕集模块m1输送电力和热力，还能够给压缩注入模块m3输送电力；

8、所述碳捕集模块m1包括吸收塔1、第一离心泵2、热交换器3、第二离心泵4、再生塔5、再沸器6；

9、所述吸收塔1中放置有吸收液，待处理的烟气进入到吸收塔1中，被吸收塔1中的吸收液进行吸收后，气液分离，分离后的气体从吸收塔1的顶端排出至大气中，分离后的低温富液在第一离心泵2的作用下从吸收塔1的底端排出至热交换器3中，富液在热交换器3中与贫液进行热交换后进入到再生塔5中，富液在再生塔5形成co2气体和贫液，co2气体从再生塔5的顶端排出至压缩注入模块m3中的第二分离器17中进行进一步提纯，将co2气体中的水蒸气排除；贫液在第二离心泵4的作用下从再生塔5的底端排出至热交换器3中，并与热交换器3中的富液进行热交换；再沸器6用于给再生塔5中的富液进行加热；

10、所述压缩注入模块m3包括第三离心泵13、第一分离器14、膜分离装置15、缓冲器16、第二分离器17、流量计18、电动控制阀19、pvt控制器20、压缩装置21、注入泵22；

11、从再生塔5的顶端排出的co2气体在第二分离器17中进行进一步提纯，将co2气体中的水蒸气排出，去除了水蒸气的co2气体从第二分离器17的顶端输出至缓冲器16中进行缓冲，在缓冲器16中进行缓冲后的co2气体输出至压缩装置21中，在缓冲器16与压缩装置21的管路上安装有流量计18，流量计18用于测量从缓冲器16输出至压缩装置21的co2气体的流量，当测量到的co2气体的流量超过设定阈值后，通过pvt控制器20控制电动控制阀19开启，将部分co2气体排出，当co2气体的流量在设定阈值范围内时，通过pvt控制器20控制电动控制阀19关闭；co2气体在压缩装置21中进行压缩后在注入泵22的作用下注入至地热模块m4的注入井23中；

12、所述地热模块m4包括注入井23、采出井24和地热层25；

13、压缩后的co2气体注入到注入井23中并在地热层25中进行驱替后进入到采出井24中，以co2作为介质从采出井24中采集出地热能，采集后的地热能输出给发电模块m2的蒸发器10；

14、所述发电模块m2包括储电装置7、发电机组8、汽轮机组9、蒸发器10、工质泵11、冷凝器12；

15、蒸发器10用于接收地热模块m4输出的地热能，通过接收到的地热能将有机工质加热至高温高压气体并输出至汽轮机组9，高温高压气体对汽轮机组9进行做功并推动发电机组8进行发电，电能储存至储电装置7中用于给碳捕集模块m1和压缩注入模块m3输送电力；做功后的乏气输出至碳捕集模块m1中的再沸器6，并作为再沸器6的热源，乏气循环至冷凝器12中进行冷凝后形成有机工质，形成的有机工质在工质泵11的作用下输出至蒸发器10中，作为地热能介质的co2在蒸发器10中进行热交换后在第三离心泵13的作用下进入到第一分离器14中，并经过膜分离装置15的分离后输出至缓冲器16中；

16、所述汽轮机组9采用orc低温余热发电机，即在朗肯循环中采用有机工质代替水产生蒸汽，推动膨胀机做功；

17、所述有机工质为正丁烷、异丁烷、r245fa或r142b；

18、所述压缩装置21用于将co2压缩至临界状态，压力大于7.38mpa，经注入泵22将临界状态co2注入地热层25中；

19、所述膜分离装置15用于将co2与其他物质分离；

20、所述流量计18用于计量co2流量，当co2流量超过设定的阈值，将向pvt控制器20输出信号，所述pvt控制器20通过控制电动阀19调节co2流出量，实现流入压缩装置21的co2流量稳定在正常工作区间；

21、所述地热模块m4输出口的co2的温度范围为90～250℃。

22、有益效果

23、(1)本发明的碳捕集及碳循环利用系统的电力供给模式：发电模块通过发电与储电模块向碳捕集模块m1、压缩注入模块m3供电；

24、(2)本发明的碳捕集及碳循环利用系统的热循环模式：以co2作为介质，将地热层中地热能采出并与蒸发器实现热交换，再通过压缩注入模块m3进入地热模块m4，实现地热模块m4与发电模块m2热循环；

25、(3)本发明的碳捕集及碳循环利用系统的碳循环模式：碳捕集模块m1所捕集的co2，经过压缩注入模块m3压缩注入实现co2在地热模块m4中作为介质驱替地热能，高温co2在发电模块m2中实现热交换后再次循环到压缩注入模块m3，实现碳循环；

26、(4)本发明的碳捕集及碳循环利用系统，包括碳捕集模块、发电模块、压缩注入模块和地热模块；地热模块热源通道井口与发电模块的蒸发器的相连，采用机朗肯循环(organic rankine cycle)低温余热发电机，汽轮机组所产生的乏汽对碳捕集模块的吸收塔直接供热，利用发电模块对碳捕集装置、压缩注入模块供电，本发明将碳循环、热循环、电循环三循环耦合，能够在无外部供能条件下实现碳捕集系统正常运行。

技术特征：

1.一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

5.根据权利要求3或4所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

9.根据权利要求6-8任一所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

10.根据权利要求6所述的一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种耦合地热能的碳捕集及碳循环利用系统，包括碳捕集模块、发电模块、压缩注入模块和地热模块；地热模块热源通道井口与发电模块的蒸发器的相连，采用机朗肯循环(Organic Rankine Cycle)低温余热发电机，汽轮机组所产生的乏汽对碳捕集模块的吸收塔直接供热，利用发电模块对碳捕集装置、压缩注入模块供电，本发明将碳循环、热循环、电循环三循环耦合，能够在无外部供能条件下实现碳捕集系统正常运行。

技术研发人员：魏一鸣,王蓬涛,王晋伟,刘兰翠,康佳宁,廖华,陈景明
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16