[發(fā)明專利]利用電廠低壓渦輪蒸汽的吸附流化床碳捕集系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210556042.8
• 申請(qǐng)日: 2022-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN115069066B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江龍;雍覲源;劉偉;季穎;張學(xué)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/12
• 分類號(hào): B01D53/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種利用電廠低壓渦輪蒸汽的吸附流化床碳捕集系統(tǒng)及方法，涉及燃燒后碳捕集領(lǐng)域。系統(tǒng)包括循環(huán)流化床、旋流分離器、第一換熱器、鼓泡流化床、第二換熱器、壓縮機(jī)和第三換熱器，本系統(tǒng)利用電廠低壓渦輪蒸汽作為熱源對(duì)鼓泡流化床中吸附有二氧化碳的吸附劑進(jìn)行脫附再生，采用固體吸附的循環(huán)流化床吸附煙氣中的二氧化碳，多處回收利用系統(tǒng)余熱。本發(fā)明的吸附劑采用吸附的方式捕集煙氣中的二氧化碳，所需再生溫度低，采用部分電廠低壓渦輪蒸汽即可實(shí)現(xiàn)解吸，流化床設(shè)計(jì)增加吸附床傳熱傳質(zhì)，系統(tǒng)多處回收利用余熱，提高了整體能源利用效率，二氧化碳捕集率高，提高電廠節(jié)能減排的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃燒后碳捕集領(lǐng)域，具體涉及化石燃料發(fā)電站低壓渦輪蒸汽與吸附流化床耦合的碳捕集系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

化石能源是全世界一次能源的主要形式，雖然能源結(jié)構(gòu)在不斷轉(zhuǎn)型，對(duì)煤炭的消耗量減少，石油天然氣的比重不斷增加，但是化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，造成全球氣候變化，繼而引發(fā)一系列的自然災(zāi)害。生產(chǎn)電力是能源消耗的一個(gè)重要組成部分，在我國(guó)66％的電力來自化石燃料的燃燒，電力生產(chǎn)部門也是主要的碳排放點(diǎn)源。為了早日達(dá)到“碳達(dá)峰”、“碳中和”的目標(biāo)，碳捕集是減少碳排放的有效手段，綜合經(jīng)濟(jì)成本和能源消耗等多種因素，燃燒后捕集是普遍應(yīng)用的碳捕集形式。

目前在電力生產(chǎn)部門中主要采用胺鹽溶液吸收的碳捕集方式。這種方式易于借鑒脫硫脫硝的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)，然而溶液再生的過程中由于存在蒸發(fā)潛熱所需再生熱量大，溶液具有腐蝕設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，煙氣中氧氣濃度過高還會(huì)使吸收液氧化降解。碳捕集過程中所需消耗的再生熱量同樣也會(huì)產(chǎn)生不可忽略的碳排放。采用固體吸附劑吸附的方式具有低能耗、低成本的優(yōu)勢(shì)，所需再生溫度更低，捕集效率顯著提升，且不存在腐蝕設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，捕集介質(zhì)的理化性質(zhì)也更穩(wěn)定，因此可以采用吸附替代溶液吸收進(jìn)行碳捕集。

傳統(tǒng)的吸附模式多采用兩個(gè)固定吸附床交替吸附和脫附，這種傳統(tǒng)固體堆積的吸附方式雖然節(jié)省能耗但不利于傳熱傳質(zhì)，而流化床設(shè)計(jì)有利于增大氣固接觸效率，使反應(yīng)床溫度均勻，增加傳熱傳質(zhì)速率。公開號(hào)為CN113856411A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)了一種球形固態(tài)胺多級(jí)薄層鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系統(tǒng)和方法，煙氣依次穿過多級(jí)鼓泡床，系統(tǒng)具有較高的二氧化碳捕集效率，但其需要設(shè)置額外的加熱冷卻裝置，沒有進(jìn)行余熱回收利用。

為了在盡可能不影響發(fā)電效率的前提下提高碳捕集效率，可以利用電廠的低品位熱能替代額外的電加熱方式以減少總能耗。公開號(hào)為CN106582201A的發(fā)明專利提出了利用煙氣及多級(jí)壓縮余熱的二氧化碳捕集壓縮系統(tǒng)，此發(fā)明通過多級(jí)壓縮、中間冷卻技術(shù)降低了二氧化碳?jí)嚎s能耗，同時(shí)充分利用中間冷卻的低品位熱能，并通過煙氣余熱進(jìn)行二次加熱，有效利用了燃煤電廠的低品位熱能，滿足低能耗捕集電廠鍋爐煙氣二氧化碳的需求，但是采用傳統(tǒng)的固定床運(yùn)行模式，碳捕集效率低。

綜上，目前已有關(guān)于將電廠低品位熱能利用和吸附流化床分別應(yīng)用于碳捕集的發(fā)明，但還未有將二者結(jié)合應(yīng)用于碳捕集的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及缺乏碳捕集過程中對(duì)余熱的回收利用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有發(fā)明的不足，本發(fā)明提出了一種利用電廠低壓渦輪蒸汽的吸附流化床碳捕集系統(tǒng)及方法。本發(fā)明抽取電廠低壓渦輪蒸汽進(jìn)行脫附的變溫吸附流化床設(shè)計(jì)，基于現(xiàn)有電廠進(jìn)行改造，將碳捕集設(shè)備設(shè)置在電廠煙氣出口，與低壓渦輪蒸汽耦合減少了額外電力的消耗，流化床設(shè)計(jì)強(qiáng)化了吸附和脫附過程的傳熱傳質(zhì)，系統(tǒng)多處進(jìn)行余熱回收，本發(fā)明在盡可能提高碳捕集效率的前提下減少了能源消耗。

本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種利用電廠低壓渦輪蒸汽的吸附流化床碳捕集系統(tǒng)，包括循環(huán)流化床、旋流分離器、第一換熱器、鼓泡流化床、第二換熱器、壓縮機(jī)和第三換熱器；