基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺及其系统技术方案

一种基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺及其系统，该工艺包括以下步骤：吸收：将烟气通入CO2吸收塔，与吸收剂贫液进行吸收处理；解析：将从CO2吸收塔流出的低温吸收剂富液与来自CO2解析塔的再沸器的高温吸收剂贫液换热后，通入CO2解析塔上部进行解析处理，解析的塔顶气直接输出给喷液螺杆压缩机热泵；压缩：喷液螺杆压缩机热泵对来自CO2解析塔的塔顶气进行压缩，压缩后的气体与流入再沸器中的吸收剂贫液换热后进行气液分离，将分离后的液相、气相产物分别输送到液体容器和气体液化单元；液化：气体液化单元对气相产物进行液化处理，制得CO2液态产品。本发明专利技术能较大幅度降低二氧化碳捕集与压缩的综合能耗。降低二氧化碳捕集与压缩的综合能耗。降低二氧化碳捕集与压缩的综合能耗。

【技术实现步骤摘要】
基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺及其系统


[0001]本专利技术涉及电厂烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，尤其涉及采用高温螺杆热泵技术优化的电厂烟气二氧化碳捕集与压缩工艺。

技术介绍

[0002]在双碳背景下，国内煤、生物质电厂的烟气脱碳研究、试点等工作正在广泛开展。针对电厂燃烧后的烟气，采用有机胺溶剂进行化学捕集是当前商业化应用最多的技术，但较高的运行能耗和投资成本制约了CO2捕集与利用(CCUS)的发展，因此发展低能耗捕集技术成为了CO2减排的关键。
[0003]目前公认通过开发新型吸收剂和优化系统工艺来降低系统能耗是最主要的手段。新型吸收剂主要有混合胺类吸收剂、相变吸收剂和由胺类和有机溶剂或离子液体等组成的低水/无水吸收剂，其中胺类吸收剂主要是从提高CO2吸收容量、降低解析反应热和溶剂的潜热与显热来实现解析塔再沸器热负荷的降低。工艺优化主要围绕着增强吸收与解析过程进行，包括吸收塔内冷却、富液循环、富液分馏、半贫液工艺、闪蒸再生、多效解析、直接蒸汽解析等工艺。虽然以上工艺优化方法在理论上降低了CO2捕集过程中的能耗(主要体现为再生能耗降低)，但未与后端CO2压缩回收做整体工艺优化(解析后的CO2需要进一步增压、净化、冷凝液化)。解析过程中水蒸发潜热与升温显热占再生能耗的40％以上，但解析塔塔顶冷凝器又采用大量冷却水移走热量，不仅未能利用此部分能量，还增大了冷却水的消耗。综合看，CO2的捕集与压缩整体能耗高，这将大大降低电厂热效率，增加发电成本。
[0004]为有效减少装置的能耗，越来越多的塔设备采用热泵技术，利用补偿或消耗机械功，提高塔顶低温热媒的品位，并将其作为塔釜再沸器的热源，实现塔顶、塔釜热量的优化利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺及其系统，其能较大幅度降低二氧化碳捕集与压缩的综合能耗。
[0006]本专利技术实施例的一种基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，包括以下步骤：
[0007]吸收
[0008]将烟气通入CO2吸收塔，与吸收剂贫液进行吸收处理；
[0009]解析
[0010]将从CO2吸收塔流出的低温吸收剂富液与来自CO2解析塔的再沸器的高温吸收剂贫液换热后，通入CO2解析塔上部进行解析处理，解析的塔顶气直接输出给喷液螺杆压缩机热泵，从CO2解析塔塔釜流出的吸收剂贫液进入再沸器；
[0011]压缩
[0012]喷液螺杆压缩机热泵对来自CO2解析塔的塔顶气进行压缩，压缩后的气体与流入再沸器中的吸收剂贫液换热后进行气液分离，将分离后的液相产物和气相产物分别输送到液体容器和气体液化单元；
[0013]液化
[0014]气体液化单元对所述气相产物进行液化处理，制得CO2液态产品。
[0015]本专利技术实施例的一种基于螺杆热泵技术的烟气二氧化碳捕集与压缩系统，包括:吸收单元，吸收单元包括CO2吸收塔，CO2吸收塔用于将输入的烟气与流入的吸收剂贫液进行吸收处理；解析单元，解析单元包括CO2解析塔、蒸汽再沸器和热泵源再沸器；CO2解析塔的塔顶和塔底分别设有解析气体出口和塔釜贫液出口，CO2解析塔的上部和下部分别设有吸收剂富液入口和再沸气相入口；CO2解析塔的吸收剂富液入口与CO2吸收塔的吸收剂出口连通，蒸汽再沸器的冷侧入口和热泵源再沸器的冷侧入口分别连通CO2解析塔的塔釜贫液出口，蒸汽再沸器的冷侧出口和热泵源再沸器的冷侧出口分别连通CO2解析塔的再沸气相入口；蒸汽再沸器的热侧入口用于输入外界蒸汽；压缩单元，压缩单元包括喷液螺杆压缩机热泵、一级气液分离器、二级气液分离器和液体容器；喷液螺杆压缩机热泵包括一级喷液螺杆压缩机和二级喷液螺杆压缩机，一级喷液螺杆压缩机的进口连通CO2解析塔的解析气体出口，一级喷液螺杆压缩机的出口连通热泵源再沸器的第一热侧进口，热泵源再沸器的第一热侧出口连通一级气液分离器的进口；二级喷液螺杆压缩机的进口连通一级气液分离器的气体出口，二级喷液螺杆压缩机的出口连通热泵源再沸器的第二热侧进口，热泵源再沸器的第二热侧出口连通二级气液分离器的进口，输入第一热侧进口及第二热侧进口的压缩后的气体与从CO2解析塔的塔釜贫液出口流入的吸收剂贫液在热泵源再沸器中换热；一级气液分离器的液体出口和二级气液分离器的液体出口分别连通液体容器；气体液化单元，气体液化单元连通二级气液分离器的气体出口，用于对二级气液分离器输出的气相产物进行液化处理，制得CO2液态产品。
[0016]本专利技术至少具有以下优点和特点：
[0017]1、本专利技术实施例的CO2解析塔的再沸器蒸汽耗量大幅降低。本专利技术的喷液螺杆压缩机热泵不仅充分利用了CO2解析塔塔顶高温CO2饱和水汽的热量，压缩过程中喷入的水使排气温度饱和，这样可以有效利用水的潜热。此外，分离回CO2解析塔的水高温进料，降低了加热能耗；
[0018]2、降低了CO2捕集与压缩操作的总费用。虽然解析后饱和CO2直接压缩增大了压缩机负荷，但由于系统优化后再生蒸汽量大大降低，同时循环冷却水量使用量大幅下降，因此整体运行费用大幅降低；
[0019]3、两级喷液螺杆压缩机热泵降低了设备占地。螺杆压缩机不仅具有运行稳定和操作方便的优点，而且压缩过程中可以喷液运行，因此单级压缩便可实现较高压比，两级压缩便可将解析后的CO2饱和气压缩至22barg，相比于离心和往复，压缩级数减少。
附图说明
[0020]图1示出了根据本专利技术实施例的基于螺杆压缩机热泵技术的烟气二氧化碳捕集与压缩系统的示意图。
具体实施方式
[0021]图1示出了根据本专利技术实施例的基于螺杆压缩机热泵技术的烟气二氧化碳捕集与压缩系统的示意图。请参考图1。根据本专利技术一实施例的基于螺杆压缩机热泵技术的烟气二氧化碳捕集与压缩系统包括吸收单元、解析单元、压缩单元和气体液化单元。
[0022]吸收单元包括CO2吸收塔T01、鼓风机B01、烟气冷却器E01、循环水泵P01以及循环水冷却器E02。
[0023]CO2吸收塔T01的下部和顶部分别设有烟气入口和烟气出口，CO2吸收塔T01的底部和上部分别设有吸收剂出口和吸收剂入口。CO2吸收塔T01的上部还设有补充水入口和循环水出口。鼓风机B01的入口用于接受脱硫脱硝后的烟气，鼓风机B01的出口通过烟气冷却器E01与CO2吸收塔T01的烟气入口连通。CO2吸收塔T01用于将从烟气入口输入的烟气与从吸收剂入口流入的吸收剂贫液进行吸收处理。循环水泵P01的入口和出口分别与CO2吸收塔T01的循环水出口和补充水入口连通。
[0024]工作时，脱硫脱硝后的烟气经鼓风机B01增压、烟气冷却器E01冷却后通入CO2吸收塔T01的塔釜，烟气与CO2吸收塔T01上部通入的吸收剂贫液逆向接触进行化学吸收。
[0025]解析单元包括CO2解析塔T02、蒸汽再沸器E05、热泵源再沸器E06、贫富液换热器E03、贫液冷却器E04、贫液泵P03和富液泵P02。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，包括以下步骤：吸收将烟气通入CO2吸收塔，与吸收剂贫液进行吸收处理；解析将从CO2吸收塔流出的低温吸收剂富液与来自CO2解析塔的再沸器的高温吸收剂贫液换热后，通入CO2解析塔上部进行解析处理，解析的塔顶气直接输出给喷液螺杆压缩机热泵，从CO2解析塔塔釜流出的吸收剂贫液进入所述再沸器；压缩喷液螺杆压缩机热泵对来自CO2解析塔的塔顶气进行压缩，压缩后的气体与流入所述再沸器中的吸收剂贫液换热后进行气液分离，将分离后的液相产物和气相产物分别输送到液体容器和气体液化单元；液化所述气体液化单元对所述气相产物进行液化处理，制得CO2液态产品。2.如权利要求1所述的基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，将脱碳后的烟气在CO2吸收塔顶部进行水洗后通过烟囱排出。3.如权利要求1所述的基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，在所述的吸收步骤中，所述烟气依次通过增压、冷却后才通入CO2吸收塔。4.如权利要求1所述的基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，所述CO2解析塔的再沸器包括蒸汽再沸器和热泵源再沸器；压缩后的气体与从所述CO2解析塔底部流入所述热泵源再沸器中的吸收剂贫液换热，换热后的吸收剂贫液流入所述CO2解析塔下部；从所述CO2解析塔底部流入所述蒸汽再沸器的吸收剂贫液与外部蒸汽换热，换热后的吸收剂贫液流入所述CO2解析塔下部，其中，压缩后的气体温度大于所述外部蒸汽的温度。5.如权利要求1所述的基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，所述喷液螺杆压缩机热泵包括一级喷液螺杆压缩机和二级喷液螺杆压缩机；所述一级喷液螺杆压缩机对来自CO2解析塔的塔顶气进行压缩，压缩后的气体与流入所述再沸器中的吸收剂贫液换热后进入一级气液分离器进行气液分离，所述一级气液分离器分离后的气相产物输入所述二级喷液螺杆压缩机的进口，所述一级气液分离器分离后的液相产物分别输入所述一级喷液螺杆压缩机的进口和所述液体容器；所述二级喷液螺杆压缩机对来自所述一级气液分离器的气相产物进行压缩，压缩后的气体与流入所述再沸器中的吸收剂贫液换热后进入二级气液分离器进行气液分离，所述二级气液分离器分离后的气相产物输入所述液化处理单元，所述二级气液分离器分离后的液相产物分别输送所述二级喷液螺杆压缩机的进口和所述液体容器。6.如权利要求1所述的基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，所述气体液化单元先对所述气相产物进行预冷处理，然后在干燥塔中去除少量水分后得到的高纯度的CO2，高纯度的CO2在液化器中进行制冷制得CO2液态产品。7.如权利要求1所述的基于螺杆热泵技术优化的烟气二氧化碳捕集与压缩工艺，其特征在于，所述液体容器中的液相产物被送入所述CO2解析塔的上部。
8.一种基于螺杆热泵技术的烟...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔周波，连小松，王漫红，张渊，刘敏，孙远，高培文，黄杰勤，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：