[發明專利]二氧化碳捕集系統壓縮余熱與富液的熱集成系統及方法

在審

• 申請號: 202211731040.4
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115999323A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 朱軍;王潤宇;馬欣強;張瑋;冉顥;楊輝;鄭冠捷
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;B01D53/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發明公開一種二氧化碳捕集系統壓縮余熱與富液的熱集成系統及方法，包括：再生單元與所述換熱單元連接，熱交換后的富液利用外部熱源加熱釋放出高濃度的二氧化碳，并得到解吸二氧化碳后的貧液，貧液進入換熱單元進行熱交換，熱交換后進入所述吸收單元中；壓縮單元與所述再生單元連接，所述壓縮單元包括多級壓縮機組，進入壓縮單元的高濃度二氧化碳被多級壓縮機組逐級壓縮得到高壓高濃度的二氧化碳；其中，所述吸收單元和/或換熱單元抽出的分流富液與多級壓縮機組的對應出口高溫氣體分別換熱，換熱后匯聚的回流富液進入換熱單元和/或再生單元。該系統實現相關單元能量的綜合梯級利用，降低碳捕集、利用與儲存工藝的整體單位能耗。

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集與分離技術領域，具體涉及一種二氧化碳捕集系統壓縮余熱與富液的熱集成系統及方法。

背景技術

二氧化碳捕集是當前和未來全球范圍內所面臨的迫切任務，如何進行二氧化碳的有效分離，也是工業應用研究的重點。化石能源的大量使用及其利用過程中釋放的二氧化碳是造成全球溫度升高的主要原因。為遏制氣候變化造成的損失，全球各主要經濟體已達成減少二氧化碳排放的共識。

化學吸收法是處理二氧化碳濃度低于30％的工業尾氣的主要技術選擇。利用二氧化碳在醇胺類溶液中溶解度隨溫度的變化規律，在低溫吸收CO₂與高溫釋放CO₂的循環中實現二氧化碳從尾氣中的脫除與富集，所捕集的CO₂需要與下游的利用與儲存工藝結合，以最終實現CO₂的減排。

利用現有技術(如圖1所示的核心流程所示)，在解吸塔7中實現CO₂從吸收富液4中的分離需要大量熱量，例如，傳統乙醇胺(MEA)吸收工藝的碳捕集能耗約為3.8GJ/tCO₂，該部分熱量通常采用碳捕集系統外的熱源12供給，如電廠內的汽機抽汽，該部分抽汽嚴重影響發電效率。大量的能量消耗導致碳捕集成本較高，制約了該技術的大規模推廣與應用。

所捕集的CO₂通常需要經過多級第一壓縮機15至第四壓縮機18加壓至CO₂超臨界點(31.2℃，7.38MPa)以上，以便于運輸和儲存。多級壓縮機所需要消耗大量的電功或蒸汽，進一步增加了碳捕集、利用與儲存過程中的能量消耗和成本。壓縮機做功造成氣體溫度升高，故壓縮機級間需引入冷卻介質24冷卻溫度升高的高壓CO₂，使其滿足下一級壓縮機的入口參數要求。冷卻介質24經貧液冷卻器10，CO₂冷卻器14和第一至第四級間冷卻器20至23得到的回流介質25需經過系統外的裝置，如冷卻塔，冷卻后循環使用。

為了降低碳捕集能耗，現有技術常采用換熱網絡的集成與優化，如吸收塔3底部富液4和解吸塔7底貧液8間能量回收利用的貧富液換熱器6等，但此類優化通常集中在碳捕集單元內部，故效果有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二氧化碳捕集系統壓縮余熱與富液的熱集成系統及方法，該系統實現相關單元能量的綜合梯級利用，降低碳捕集、利用與儲存工藝的整體單位能耗。

為了實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

一種二氧化碳捕集系統壓縮余熱與富液的熱集成系統，包括：

吸收單元，所述吸收單元中的吸收劑吸收二氧化碳得到的富液；

換熱單元，所述換熱單元與所述吸收單元連接，與進入換熱單元的富液進行熱交換；

再生單元，所述再生單元與所述換熱單元連接，熱交換后的富液利用外部熱源加熱釋放出高濃度的二氧化碳，并得到解吸二氧化碳后的貧液，貧液進入換熱單元進行熱交換，熱交換后進入所述吸收單元中；

及壓縮單元，所述壓縮單元與所述再生單元連接，所述壓縮單元包括多級壓縮機組，進入壓縮單元的高濃度二氧化碳被多級壓縮機組逐級壓縮得到高壓高濃度的二氧化碳；