一种二氧化碳捕集和纯化装置系统及其方法与流程

本发明属于碳捕捉，具体涉及一种二氧化碳捕集和纯化装置系统及其方法。

背景技术：

1、随着现代工业的迅猛发展，人类对煤、油、天然气等含碳化合物燃料的大规模使用，以及大面积森林火灾和绿色植物的破坏，导致大气中co2的浓度逐年增加。温室气体包括二氧化碳(co2)、水蒸气(h2o)、甲烷(ch4)、氮氧化物nox)等，而二氧化碳是最主要的温室气体，其含量增加对增强温室效应的贡献大约为70％。

2、由于生物质电厂排放烟气体量庞大，其中所含的二氧化碳在全社会二氧化碳排放中占有很大比重。因此，对生物质电厂排放烟气中的二氧化碳进行捕集。其中，富氧燃烧技术可实现较高浓度co2的烟气。相比于化学吸收法，低温精馏法更适用于高浓度co2烟气的碳捕集。因此，开发适用的高浓度co2碳捕集技术有积极现实意义。常用的冷凝液化精馏方法可以产出高浓度的二氧化碳产品，但往往存在精馏塔体积庞大、设备成本高、精馏过程二氧化碳产品生成速率有限等缺点。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二氧化碳捕集和纯化装置系统及其方法。本发明提供的装置系统可以在psa提浓塔、tsa干燥塔、闪蒸装置和精馏塔4个不同位置可以分别提取出4种不同浓度的二氧化碳产品，并通过控制器控制4个位置的二氧化碳产品各自的提取量。相比于传统方式的在精馏塔处提取二氧化碳产品，具有成本低、灵活性高、生成速率快的优点。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种二氧化碳捕集和纯化装置系统，所述装置系统包括依次连接设置的烟冷器、汽水分离装置、psa提浓塔、气体浓缩单元、tsa干燥塔、预冷器、液化装置、闪蒸装置和精馏装置；

4、所述闪蒸装置和精馏装置的杂质气体出口分别独立地与预冷器相连接。

5、作为本发明的一个优选技术方案，所述psa提浓塔、tsa干燥塔、闪蒸装置和精馏装置上分别独立地设置有co2气体出口。

6、本发明提供的装置系统可以根据对于二氧化碳产品浓度的不同要求，在psa提浓塔、tsa干燥塔、闪蒸装置和精馏装置4个不同位置分别提取出4种不同浓度的二氧化碳产品；相较于传统方式的在精馏塔处提取二氧化碳产品，具有成本低、灵活性高、生成速率快的优点。

7、作为本发明的一个优选技术方案，所述装置系统还包括控制器。

8、优选地，所述控制器用于控制co2气体出口的气体提取量。

9、更具体的，所述控制器用于控制psa提浓塔的co2气体出口处、tsa干燥塔的co2气体出口处、闪蒸装置的co2气体出口处和精馏装置的co2气体出口处的co2提取量。

10、作为本发明的一个优选技术方案，所述psa提浓塔的co2气体出口处co2浓度为70～90％，例如可以是70％、74％、78％、82％、86％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

11、优选地，所述tsa干燥塔的co2气体出口处co2浓度为93～96％，例如可以是93％、93.4％、93.8％、94.2％、94.6％、95％、95.4％、95.8％或96％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

12、优选地，所述闪蒸装置的co2气体出口处co2浓度为97～99％，例如可以是97％、97.4％、97.8％、98.2％、98.6％或99％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

13、优选地，所述精馏装置的co2气体出口处co2浓度为99.99％以上，例如可以是99.992％、99.994％、99.996％或99.998％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

14、作为本发明的一个优选技术方案，所述气体浓缩单元包括压缩机、冷却器和汽水分离器。

15、优选地，所述压缩机用于对烟气的增压处理。

16、优选地，所述冷却器用于对烟气的降温处理。

17、优选地，所述汽水分离器用于分离烟气中的气体和水分。

18、优选地，所述气体浓缩单元出口的气体温度为10-90℃，例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

19、优选地，所述气体浓缩单元出口的气体含水量为0.1-10％，例如可以是0.1％、1％、3％、5％、7％、9％或10％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

20、作为本发明的一个优选技术方案，所述气体浓缩单元包括三组串联设置的气体浓缩组件。

21、优选地，所述气体浓缩组件包括依次连接设置的压缩机、冷却器和汽水分离器。

22、值得说明的是，本发明不对所述气体浓缩单元中压缩机、冷却器和汽水分离器的连接方式做具体限定，只要能实现烟气的浓缩、温度控制和汽水分离即可。

23、更具体的，所述气体浓缩单元包括依次连接设置的三级压缩机、汽水分离器、三级冷却器和汽水分离器；

24、或者，所述气体浓缩单元包括依次连接设置的三级压缩机、冷却器和汽水分离器。

25、第二方面，本发明提供了一种二氧化碳捕集和纯化方法，所述方法采用第一方面提供的二氧化碳捕集和纯化装置系统进行。

26、作为本发明的一个优选技术方案，所述方法包括如下步骤：

27、(1)烟气依次经过冷却和汽水分离后在psa提浓塔进行变压吸附，得到一次co2和一次杂余气体；

28、(2)步骤(1)所得一次杂余气体经过气体浓缩单元压缩降温以及干燥处理后在tsa干燥塔进行变温吸附，得到二次co2和二次杂余气体；

29、(3)步骤(2)所得二次杂余气体经过闪蒸装置闪蒸后得到三次co2和三次杂余气体；

30、(4)步骤(3)所得二次杂余气体经过精馏装置精馏后得到四次co2和杂余气体。

31、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述一次co2的浓度为70～90％，例如可以是70％、74％、78％、82％、86％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

32、优选地，步骤(2)所述二次co2的浓度为93～96％，例如可以是93％、93.4％、93.8％、94.2％、94.6％、95％、95.4％、95.8％或96％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

33、优选地，步骤(3)所述三次co2的浓度为97～99％，例如可以是97％、97.4％、97.8％、98.2％、98.6％或99％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用

34、优选地，步骤(4)所述四次co2的浓度为99.99％以上，例如可以是99.992％、99.994％、99.996％或99.998％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

35、作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述psa提浓塔的工作温度为10～60℃，例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

36、优选地，步骤(2)所述tsa干燥塔的工作温度为10～60℃，例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

37、优选地，所述tsa干燥塔采出气体的水分含量≤0.1wt％，例如可以是0.1wt％、0.09wt％、0.08wt％、0.07wt％、0.06wt％或0.05wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

38、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、(1)本发明提供的装置系统中引入了psa提浓塔和液化装置，使得进入精馏塔前的二氧化碳已经达到较高浓度，从而可以降低精馏塔的体积和设备成本，并提高精馏过程二氧化碳产品生成速率；

41、(2)本发明提供的装置系统可以根据对于二氧化碳产品浓度的不同需求，灵活调整4个不同位置的二氧化碳产品提取量；当对于二氧化碳产品浓度要求不高时，通过在psa提浓塔和tsa干燥塔提前提取二氧化碳产品，避免后续液化分离、精馏等过程的额外能量消耗和设备故障，从而实现降低二氧化碳捕集成本的目的。