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一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法

更新时间:2024-07-01
一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法 专利申请类型:发明专利;
地区:陕西-西安;
源自:西安高价值专利检索信息库;

专利名称:一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202210182134.4

专利申请(专利权)人:中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司
权利人地址:陕西省西安市高新技术产业开发区团结南路22号

专利发明(设计)人:廉宏艳

专利摘要:一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法,吸附装置包括太阳能发电器、太阳能制冷器、太阳能集热器、有机朗肯循环发电器以及烟气加压与降温子系统、二氧化碳吸附子系统、二氧化碳解吸子系统和二氧化碳液化子系统。太阳能发电器提供子系统所需电能,太阳能制冷器提供二氧化碳液化子系统冷凝气体二氧化碳所需冷量,太阳能集热器利用导热油加热二氧化碳气体,为子系统再生提供热量,并将日间产生的太阳热能储存起来;有机朗肯循环发电器用于在夜间代替太阳能发电器,同时配合二氧化碳液化子系统驱动各子系统在夜间持续工作。本发明可以实现全天候无间断运行,具有操作简单、负荷调整弹性大、安全可靠、环境友好且能源利用效率高的优点。

主权利要求:
1.一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:包括太阳能发电器(1)、太阳能制冷器(2)、太阳能集热器(24)、有机朗肯循环发电器(21)以及相连的烟气加压与降温子系统、二氧化碳吸附子系统、二氧化碳解吸子系统和二氧化碳液化子系统,所述的太阳能发电器(1)用于提供烟气加压与降温子系统、二氧化碳解吸子系统及二氧化碳液化子系统所需电能,太阳能制冷器(2)用于提供二氧化碳液化子系统冷凝气体二氧化碳所需冷量,太阳能集热器(24)利用导热油加热二氧化碳气体,为二氧化碳吸附子系统的再生提供热量,并且将日间产生的太阳热能储存起来;所述的有机朗肯循环发电器(21)用于在夜间代替太阳能发电器(1),同时配合二氧化碳液化子系统利用储存的液体二氧化碳作为工质驱动烟气加压与降温子系统、二氧化碳吸附子系统、二氧化碳解吸子系统在夜间持续工作;
常温常压的烟气通过所述烟气加压与降温子系统被逐级加压和降温之后,烟气中的二氧化碳被所述二氧化碳吸附子系统进行吸附,再通过所述二氧化碳解吸子系统将被吸附的二氧化碳解吸出来,解吸出来的二氧化碳被所述二氧化碳液化子系统逐级冷却和冷凝为液体;
所述二氧化碳液化子系统包括液体二氧化碳储罐(14)与二氧化碳蒸发器(16),所述烟气加压与降温子系统包括第二压缩膨胀一体机(11),所述二氧化碳解吸子系统包括第三压缩膨胀一体机(13);在非日照时间里,将液体二氧化碳储罐(14)中的液体二氧化碳经初步减压后,送入二氧化碳蒸发器(16)的壳程蒸发,获得的高压二氧化碳气体分别进入第二压缩膨胀一体机(11)的膨胀端和第三压缩膨胀一体机(13)的膨胀端,以驱动其压缩端工作;
所述烟气加压与降温子系统包括烟气管道(60)、第三尾气换热器(23)、二氧化碳换热器(8)、第一压缩膨胀一体机(3)、第一水冷器(5)、第二尾气换热器(20)、第一压缩机(4)、第二压缩膨胀一体机(11)、第二水冷器(6)、第一尾气换热器(7)以及气液分离器(19);所述第三尾气换热器(23)、二氧化碳换热器(8)的管程以及第一压缩膨胀一体机(3)的压缩端入口通过管道依次与烟气管道(60)相连;第一压缩膨胀一体机(3)的压缩端出口依次连接第一水冷器(5)与第二尾气换热器(20)的管程,再分别连接第一压缩机(4)或第二压缩膨胀一体机(11)的压缩端之后,依次与第二水冷器(6)、第一尾气换热器(7)以及气液分离器(19)相连;
所述二氧化碳吸附子系统包括第一吸附器(9)与第二吸附器(10),所述二氧化碳解吸子系统包括真空泵(12)、第三压缩膨胀一体机(13)、二氧化碳气体管道(61)以及尾气管道(63),所述二氧化碳液化子系统包括二氧化碳加热器(26)、第二压缩机(15)、第三水冷器(18)、二氧化碳冷凝器(17)、液体二氧化碳储罐(14)、二氧化碳蒸发器(16);所述气液分离器(19)的气相出口与第一吸附器(9)或第二吸附器(10)的下部通道连接,第一吸附器(9)或第二吸附器(10)的下部通道还通过管道连接真空泵(12)或第三压缩膨胀一体机(13)的压缩端之后,依次经二氧化碳加热器(26)、第一吸附器(9)或第二吸附器(10)的床层加热管道、二氧化碳换热器(8)壳程进入二氧化碳气体管道(61)或第二压缩机(15)的入口;所述第一吸附器(9)或第二吸附器(10)的上部通道通过管道依次与第一压缩膨胀一体机(3)膨胀端、第一尾气换热器(7)、第二尾气换热器(20)和第三尾气换热器(23)壳程和尾气管道(63)连接;所述第二压缩机(15)出口通过管道依次与第三水冷器(18)、二氧化碳冷凝器(17)壳程和液体二氧化碳储罐(14)连接,液体二氧化碳储罐(14)的出口通过管道依次连接二氧化碳蒸发器(16)壳程之后,分别与第三压缩膨胀一体机(13)和第二压缩膨胀一体机(11)的膨胀端连接,再经过二氧化碳换热器(8)的壳程和二氧化碳气体管道(61)连接。
2.根据权利要求1所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:还包括第一导热油储罐(22)和第二导热油储罐(25),所述二氧化碳加热器(26)的入口通过管道与第一导热油储罐(22)的导热油出口连接,所述二氧化碳加热器(26)的出口通过管道与第二导热油储罐(25)导热油入口连接;第二导热油储罐(25)与太阳能集热器(24)的导热油入口通过管道连接;太阳能集热器(24)导热油出口输出部分高温导热油通过管道依次与第一导热油储罐(22)和二氧化碳加热器(26)的壳程连接,另一部分高温导热油经由管道连接第一导热油储罐(22),将日间产生的太阳热能储存起来;所述第一导热油储罐(22)还通过管道连接有机朗肯循环发电器(21),有机朗肯循环发电器(21)的导热油出口汇同二氧化碳加热器(26)的出口与第二导热油储罐(25)导热油入口连接。
3.根据权利要求2所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:还包括若干个控制阀门,其中,所述第三压缩膨胀一体机(13)的压缩端入口管道上设置第一控制阀门(30),第三压缩膨胀一体机(13)的压缩端出口管道上设置第四控制阀门(33),真空泵(12)的入口管道上设置第二控制阀门(31),真空泵(12)的出口管道上设置第三控制阀门(32);第二导热油储罐(25)与太阳能集热器(24)之间的连接管道上设置第五控制阀门(34);第二压缩膨胀一体机(11)的压缩端出口管道上设置第六控制阀门(35),第一压缩机(4)的出口管道上设置第七控制阀门(36),第一压缩机(4)的入口管道上设置第八控制阀门(37),第二压缩膨胀一体机(11)的压缩端入口管道上设置第九控制阀门(38);液体二氧化碳储罐(14)的出口管道上设置第十控制阀门(39);第二压缩膨胀一体机(11)的膨胀端出口管道上设置第十一控制阀门(40);二氧化碳换热器(8)与二氧化碳气体管道(61)之间的管道上设置第十二控制阀门(41);气液分离器(19)的气相出口与第一吸附器(9)的下部通道之间设置第十三控制阀门(42),气液分离器(19)的气相出口与第二吸附器(10)的下部通道之间设置第十四控制阀门(43);所述第一吸附器(9)以及第二吸附器(10)的下部通道与真空泵(12)或第三压缩膨胀一体机(13)的压缩端之间分别设置第十五控制阀门(44)与第十六控制阀门(45);第一吸附器(9)以及第二吸附器(10)的上部通道与第一压缩膨胀一体机(3)膨胀端之间分别设置第十七控制阀门(46)与第十八控制阀门(47);第三压缩膨胀一体机(13)的膨胀端出口管道上设置第十九控制阀门(48);二氧化碳加热器(26)与第一吸附器(9)以及第二吸附器(10)的床层加热管道之间分别设置第二十一控制阀门(50)和第二十控制阀门(49);二氧化碳换热器(8)与第二压缩机(15)之间的管路上设置第二十二控制阀门(51);第一导热油储罐(22)与有机朗肯循环发电器(21)之间的管路上设置第二十三控制阀门(52)。
4.根据权利要求1所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:所述太阳能发电器(1)通过电缆与真空泵(12)、第一压缩机(4)和第二压缩机(15)连接。
5.根据权利要求1所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:所述有机朗肯循环发电器(21)通过电缆与真空泵(12)、第一压缩机(4)和第二压缩机(15)连接。
6.根据权利要求1所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:所述有机朗肯循环发电器(21)的有机工质气相出口通过管道与二氧化碳蒸发器(16)的管程入口连接,其有机工质液相入口通过管道与二氧化碳蒸发器(16)的管程出口连接。
7.根据权利要求1所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,其特征在于:所述太阳能制冷器(2)通过管道与二氧化碳冷凝器(17)的管程循环连接。
8.一种基于权利要求3所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置的控制方法,其特征在于,利用操纵所述控制阀门的通断执行以下过程:
在日照时间里,太阳能发电器(1)和太阳能制冷器(2)处于发电和制冷工作状态,有机朗肯循环发电器(21)处于关闭状态;常温常压的烟气依次进入第三尾气换热器(23)的管程、二氧化碳换热器(8)、第一压缩膨胀一体机(3)的压缩端、第一水冷器(5)、第二尾气换热器(20)的管程、第一压缩机(4)、第二水冷器(6)、第一尾气换热器(7)的管程和气液分离器(19),烟气被逐级加压和降温;之后,高压低温的烟气进入第一吸附器(9)或第二吸附器(10)中,烟气中的二氧化碳被吸附,直至吸附饱和;脱除二氧化碳后的高压低温尾气进入第一压缩膨胀一体机(3)的膨胀端,经膨胀减压降温后,低温常压尾气再依次进入第一尾气换热器(7)、第二尾气换热器(20)和第三尾气换热器(23)的壳程,为烟气提供冷量,经复热升温后的常温常压尾气经尾气管道(63)送出界区;达到饱和状态的第一吸附器(9)或第二吸附器(10),通过真空泵(12)进行抽真空,将被吸附的二氧化碳解吸出来,使得其获得再生,解吸出来的二氧化碳依次进入二氧化碳加热器(26)的壳程、第一吸附器(9)或第二吸附器(10)的床层加热管道、二氧化碳换热器(8)的壳程到达二氧化碳气体管道(61)或第二压缩机(15)的入口,部分二氧化碳气体送出界区,剩余部分加压后,依次经过第三水冷器(18)、二氧化碳冷凝器(17)的壳程到达二氧化碳储罐(14)或二氧化碳液体管道(62),二氧化碳气体被逐级冷却和冷凝为液体,部分进入罐区储存起来,部分送出界区;所述的太阳能制冷器(2)与二氧化碳冷凝器(17)的管程连通,为气体二氧化碳的冷凝提供冷量;所述太阳能集热器(24)导热油出口部分依次与第一导热油储罐(22)和二氧化碳加热器(26)的壳程连接,加热二氧化碳气体,为第一吸附器(9)或第二吸附器(10)的再生提供热量,另外部分高温导热油通入第一导热油储罐(22),将日间产生的太阳热能储存起来;太阳能发电器(1)为真空泵(12)、第一压缩机(4)和第二压缩机(15)提供电能;
在非日照时间里,太阳能发电器(1)、太阳能制冷器(2)和第二压缩机(15)都处于关闭状态,有机朗肯循环发电器(21)处于发电状态,有机朗肯循环发电器(21)代替太阳能发电器(1),为真空泵(12)和第一压缩机(4)提供电能;将液体二氧化碳储罐(14)中的液体二氧化碳经初步减压后,送入二氧化碳蒸发器(16)的壳程蒸发,获得的高压二氧化碳气体分别进入第二压缩膨胀一体机(11)的膨胀端和第三压缩膨胀一体机(13)的膨胀端,以驱动其压缩端工作,部分代替在日照时间里第一压缩机(4)和真空泵(12)的负荷,剩余负荷则依靠有机朗肯循环发电器(21)驱动第一压缩机(4)和真空泵(12)的运行来完成;经膨胀减压降温后的二氧化碳气体进入二氧化碳换热器(8)的壳程,回收冷量后经由二氧化碳气体管道(61)送出界区;所述二氧化碳蒸发器(16)管程的加热工质,来自于有机朗肯循环发电器(21)的有机工质气相出口,气相有机工质经换热被冷凝为液相后,有机工质液相再返回到有机朗肯循环发电器(21)的有机工质液相入口;所述的第一导热油储罐(22)为有机朗肯循环发电器(21)提供高温导热油,完成供热任务后温度降低,再汇同来自于二氧化碳加热器(26)壳程的低温导热油,送入到第二导热油储罐(25)储存起来。 说明书 : 一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及太阳能储能及电厂烟气净化技术领域,具体涉及一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法。背景技术[0002] 近年来,随着工业化的快速发展,伴随着大量的化石燃料被消耗,二氧化碳大量排放而带来的环境问题日益严重。与此同时,作为废气的二氧化碳也是一种宝贵的碳、氧资源,它在地球的储量比天然气、石油和煤的总和还多数倍。但是,由于回收二氧化碳的措施不利,每年能够回收再利用的二氧化碳还不足排放量的1%,既造成了大气的污染和温室效应,又浪费了宝贵的资源。因此,二氧化碳的捕集和回收研究受到国内外的广泛关注,已经成为未来社会经济发展的一个重要方向。在我国,燃煤电厂烟气二氧化碳气体排放的绝对数量,约占我国二氧化碳气体排放总量的一半。目前,烟气二氧化碳的捕集主要方法是利用碱性溶液对烟气进行洗涤,脱除烟气中的二氧化碳。该方法虽然吸收速率快、脱除效果好,但吸收过程中吸收剂使用量很大,吸收剂再生的热量消耗也会非常大。现有发电厂用烟气二氧化碳捕集装置的热源形式多以电厂抽蒸汽和烟气余热等作为再生热源,使得电厂的发电效率降低。因此,降低二氧化碳捕集的能量消耗,提高过程的经济性,是烟气二氧化碳捕集最主要的问题。发明内容[0003] 本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题,提供一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置及方法,实现了二氧化碳的捕集过程与可再生能源利用的高度集成,既能实现对发电厂烟气二氧化碳的高效分离和纯化的功能,又能充分利用清洁能源实现减排任务。[0004] 为了实现上述目的,本发明有如下的技术方案:[0005] 一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,包括太阳能发电器、太阳能制冷器、太阳能集热器、有机朗肯循环发电器以及烟气加压与降温子系统、二氧化碳吸附子系统、二氧化碳解吸子系统和二氧化碳液化子系统,所述的太阳能发电器用于提供烟气加压与降温子系统、二氧化碳解吸子系统及二氧化碳液化子系统所需电能,太阳能制冷器用于提供二氧化碳液化子系统冷凝气体二氧化碳所需冷量,太阳能集热器利用导热油加热二氧化碳气体,为二氧化碳吸附子系统的再生提供热量,并且将日间产生的太阳热能储存起来;所述的有机朗肯循环发电器用于在夜间代替太阳能发电器,同时配合二氧化碳液化子系统利用储存的液体二氧化碳作为工质驱动烟气加压与降温子系统、二氧化碳吸附子系统、二氧化碳解吸子系统在夜间持续工作。[0006] 作为优选,所述烟气加压与降温子系统包括烟气管道、第三尾气换热器、二氧化碳换热器、第一压缩膨胀一体机、第一水冷器、第二尾气换热器、第一压缩机、第二压缩膨胀一体机、第二水冷器、第一尾气换热器以及气液分离器;所述第三尾气换热器、二氧化碳换热器的管程以及第一压缩膨胀一体机的压缩端入口通过管道依次与烟气管道相连;第一压缩膨胀一体机的压缩端出口依次连接第一水冷器与第二尾气换热器的管程,再分别连接第一压缩机或第二压缩膨胀一体机的压缩端之后,依次与第二水冷器、第一尾气换热器以及气液分离器相连。[0007] 作为优选,所述二氧化碳吸附子系统包括第一吸附器与第二吸附器,所述二氧化碳解吸子系统包括真空泵、第三压缩膨胀一体机、二氧化碳气体管道、尾气管道以及水管道,所述二氧化碳液化子系统包括二氧化碳加热器、第二压缩机、第三水冷器、二氧化碳冷凝器、液体二氧化碳储罐、二氧化碳蒸发器;所述气液分离器的气相出口与第一吸附器或第二吸附器的下部通道连接,第一吸附器或第二吸附器的下部通道还通过管道连接真空泵或第三压缩膨胀一体机的压缩端之后,依次经二氧化碳加热器、第一吸附器或第二吸附器的床层加热管道、二氧化碳换热器壳程进入二氧化碳气体管道或第二压缩机的入口;所述第一吸附器或第二吸附器的上部通道通过管道依次与第一压缩膨胀一体机膨胀端、第一尾气换热器、第二尾气换热器和第三尾气换热器壳程和尾气管道连接;所述第二压缩机出口通过管道依次与第三水冷器、二氧化碳冷凝器壳程和液体二氧化碳储罐连接,液体二氧化碳储罐的出口通过管道依次连接二氧化碳蒸发器壳程之后,分别与第三压缩膨胀一体机和第二压缩膨胀一体机的膨胀端连接,再经过二氧化碳换热器的壳程和二氧化碳气体管道连接;所述二氧化碳换热器的壳程、第一水冷器的壳程、第二尾气换热器壳程和气液分离器的排液口通过管道与水管道连接。[0008] 作为优选,本发明的装置还包括第一导热油储罐和第二导热油储罐,所述二氧化碳加热器的入口通过管道与第一导热油储罐的导热油出口连接,所述二氧化碳加热器的出口通过管道与第二导热油储罐导热油入口连接;第二导热油储罐与太阳能集热器的导热油入口通过管道连接;太阳能集热器导热油出口输出部分高温导热油通过管道依次与第一导热油储罐和二氧化碳加热器的壳程连接,另一部分高温导热油经由管道连接第一导热油储罐,将日间产生的太阳热能储存起来;所述第一导热油储罐还通过管道连接有机朗肯循环发电器,有机朗肯循环发电器的导热油出口汇同二氧化碳加热器的出口与第二导热油储罐导热油入口连接。[0009] 作为优选,本发明的装置还包括若干个控制阀门,其中,所述第三压缩膨胀一体机的压缩端入口管道上设置第一控制阀门,第三压缩膨胀一体机的压缩端出口管道上设置第四控制阀门,真空泵的入口管道上设置第二控制阀门,真空泵的出口管道上设置第三控制阀门;第二导热油储罐与太阳能集热器之间的连接管道上设置第五控制阀门;第二压缩膨胀一体机的压缩端出口管道上设置第六控制阀门,第一压缩机的出口管道上设置第七控制阀门,第一压缩机的入口管道上设置第八控制阀门,第二压缩膨胀一体机的压缩端入口管道上设置第九控制阀门;液体二氧化碳储罐的出口管道上设置第十控制阀门;第二压缩膨胀一体机的膨胀端出口管道上设置第十一控制阀门;二氧化碳换热器与二氧化碳气体管道之间的管道上设置第十二控制阀门;气液分离器的气相出口与第一吸附器的下部通道之间设置第十三控制阀门,气液分离器的气相出口与第二吸附器的下部通道之间设置第十四控制阀门;所述第一吸附器以及第二吸附器的下部通道与真空泵或第三压缩膨胀一体机的压缩端之间分别设置第十五控制阀门与第十六控制阀门;第一吸附器以及第二吸附器的上部通道与第一压缩膨胀一体机膨胀端之间分别设置第十七控制阀门与第十八控制阀门;第三压缩膨胀一体机的膨胀端出口管道上设置第十九控制阀门;二氧化碳加热器与第一吸附器以及第二吸附器的床层加热管道之间分别设置第二十一控制阀门和第二十控制阀门;二氧化碳换热器与第二压缩机之间的管路上设置第二十二控制阀门;第一导热油储罐与有机朗肯循环发电器之间的管路上设置第二十三控制阀门。[0010] 作为优选,所述太阳能发电器通过电缆与真空泵、第一压缩机和第二压缩机连接。[0011] 作为优选,所述有机朗肯循环发电器通过电缆与真空泵、第一压缩机和第二压缩机连接。[0012] 作为优选,所述有机朗肯循环发电器的有机工质气相出口通过管道与二氧化碳蒸发器的管程入口连接,其有机工质液相入口通过管道与二氧化碳蒸发器的管程出口连接。[0013] 作为优选,所述太阳能制冷器通过管道与二氧化碳冷凝器的管程循环连接。[0014] 一种基于所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置的控制方法,利用操纵所述控制阀门的通断执行以下过程:[0015] 在日照时间里,太阳能发电器和太阳能制冷器处于发电和制冷工作状态,有机朗肯循环发电器处于关闭状态;常温常压的烟气依次进入第三尾气换热器的管程、二氧化碳换热器、第一压缩膨胀一体机的压缩端、第一水冷器、第二尾气换热器的管程、第一压缩机、第二水冷器、第一尾气换热器的管程和气液分离器,烟气被逐级加压和降温;之后,高压低温的烟气进入第一吸附器或第二吸附器中,烟气中的二氧化碳被吸附,直至吸附饱和;脱除二氧化碳后的高压低温尾气进入第一压缩膨胀一体机的膨胀端,经膨胀减压降温后,低温常压尾气再依次进入第一尾气换热器、第二尾气换热器和第三尾气换热器的壳程,为烟气提供冷量,经复热升温后的常温常压尾气经尾气管道送出界区;达到饱和状态的第一吸附器或第二吸附器,通过真空泵进行抽真空,将被吸附的二氧化碳解吸出来,使得其获得再生,解吸出来的二氧化碳依次进入二氧化碳加热器的壳程、第一吸附器或第二吸附器的床层加热管道、二氧化碳换热器的壳程到达二氧化碳气体管道或第二压缩机的入口,部分二氧化碳气体送出界区,剩余部分加压后,依次经过第三水冷器、二氧化碳冷凝器的壳程到达二氧化碳储罐或二氧化碳液体管道,二氧化碳气体被逐级冷却和冷凝为液体,部分进入罐区储存起来,部分送出界区;所述的太阳能制冷器与二氧化碳冷凝器的管程连通,为气体二氧化碳的冷凝提供冷量;所述太阳能集热器导热油出口部分依次与第一导热油储罐和二氧化碳加热器的壳程连接,加热二氧化碳气体,为第一吸附器或第二吸附器的再生提供热量,另外部分高温导热油通入第一导热油储罐,将日间产生的太阳热能储存起来;太阳能发电器为真空泵、第一压缩机和第二压缩机提供电能;[0016] 在非日照时间里,太阳能发电器、太阳能制冷器和第二压缩机都处于关闭状态,有机朗肯循环发电器处于发电状态,有机朗肯循环发电器代替太阳能发电器,为真空泵和第一压缩机提供电能;将液体二氧化碳储罐中的液体二氧化碳经初步减压后,送入二氧化碳蒸发器的壳程蒸发,获得的高压二氧化碳气体分别进入第二压缩膨胀一体机的膨胀端和第三压缩膨胀一体机的膨胀端,以驱动其压缩端工作,部分代替在日照时间里第一压缩机和真空泵的负荷,剩余负荷则依靠有机朗肯循环发电器驱动第一压缩机和真空泵的运行来完成;经膨胀减压降温后的二氧化碳气体进入二氧化碳换热器的壳程,回收冷量后经由二氧化碳气体管道送出界区;所述二氧化碳蒸发器管程的加热工质,来自于有机朗肯循环发电器的有机工质气相出口,气相有机工质经换热被冷凝为液相后,有机工质液相再返回到有机朗肯循环发电器的有机工质液相入口;所述的第一导热油储罐为有机朗肯循环发电器提供高温导热油,完成供热任务后温度降低,再汇同来自于二氧化碳加热器壳程的低温导热油,送入到第二导热油储罐储存起来。[0017] 相较于现有技术,本发明至少具有如下的有益效果:[0018] 将燃煤电厂烟气二氧化碳的捕集过程与可再生能源的利用与存储进行了高度集成,吸附过程可以实现全天候无间断运行,具有操作简单、负荷调整弹性大、安全可靠、环境友好且能源利用效率高的优点,能够大大提高烟气二氧化碳捕集的经济性,适于在工程中应用。本发明用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置以太阳能替代传统能源,充分利用可再生能源的清洁性和可再生性进行二氧化碳的捕集工作,有效提高了过程的经济性和环境友好性。[0019] 进一步的,本发明吸附装置还包括第一导热油储罐和第二导热油储罐,通过对两个导热油储罐的切换操作,将太阳能集热器日间产生的太阳热能存储起来,提供给再生用的二氧化碳气体加热和有机朗肯循环发电器夜间运行的使用,节省了传统的蒸汽消耗。[0020] 进一步的,本发明通过二氧化碳气体的冷凝液化和存储,将太阳能制冷器日间产生的冷量存储起来,供有机朗肯循环发电器夜间运行使用,其气化产生的高压二氧化碳气体,可在夜间驱动第三压缩膨胀一体机的压缩端工作,实现了太阳能的存储功能。[0021] 进一步的,本发明吸附器的吸附剂床层内布置有加热盘管,以管内的高温二氧化碳气体为热载体,为吸附器的再生操作提供热量,其产生的高温,对二氧化碳的解吸有利,能够有效地降低再生操作对真空度的要求即,能够节约再生过程的动力消耗。[0022] 进一步的,本发明吸附装置的装置内部实现脱除二氧化碳后的低温烟气再通过三级烟气换热器与烟气进行热量交换,提高了热量的利用效率。[0023] 进一步的,本发明的吸附装置通过三个压缩膨胀一体机的膨胀端,可以有效回收尾气和二氧化碳的压力势能,用于驱动其压缩端做功,节省了电量消耗。附图说明[0024] 图1本发明用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置结构示意图;[0025] 附图中:1‑太阳能发电器;2‑太阳能制冷器;3‑第一压缩膨胀一体机;4‑第一压缩机;5‑第一水冷器;6‑第二水冷器;7‑第一尾气换热器;8‑二氧化碳换热器;9‑第一吸附器;10‑第二吸附器;11‑第二压缩膨胀一体机;12‑真空泵;13‑第三压缩膨胀一体机;14‑液体二氧化碳储罐;15‑第二压缩机;16‑二氧化碳蒸发器;17‑二氧化碳冷凝器;18‑第三水冷器;19‑气液分离器;20‑第二尾气换热器;21‑有机朗肯循环发电器;22‑第一导热油储罐;23‑第三尾气换热器;24‑太阳能集热器;25‑第二导热油储罐;30‑第一控制阀门;31‑第二控制阀门;32‑第三控制阀门;33‑第四控制阀门;34‑第五控制阀门;35‑第六控制阀门;36‑第七控制阀门;37‑第八控制阀门;38‑第九控制阀门;39‑第十控制阀门;40‑第十一控制阀门;41‑第十二控制阀门;42‑第十三控制阀门;43‑第十四控制阀门;44‑第十五控制阀门;45‑第十六控制阀门;46‑第十七控制阀门;47‑第十八控制阀门;48‑第十九控制阀门;49‑第二十控制阀门;50‑第二十一控制阀门;51‑第二十二控制阀门;52‑第二十三控制阀门;60‑烟气管道;61‑二氧化碳气体管道;62‑二氧化碳液体管道;63‑尾气管道;64‑水管道。具体实施方式[0026] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。[0027] 请参阅图1,本发明用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置具有以下结构:[0028] 第一压缩膨胀一体机3压缩端入口通过管道依次连接二氧化碳换热器8和第三尾气换热器23的管程及烟气管道60,第一压缩膨胀一体机3压缩端出口通过管道和阀门依次与第一水冷器5、第二尾气换热器20管程、第一压缩机4或第二压缩膨胀一体机11压缩端、第二水冷器6、第一尾气换热器7管程、气液分离器19气相出口和第一吸附器9或第二吸附器10下部通道连接,所述的第一吸附器9或第二吸附器1下部通道通过管道和阀门依次与真空泵12或第三压缩膨胀一体机13压缩端、二氧化碳加热器26、第一吸附器9或第二吸附器10的床层加热管道、二氧化碳换热器8壳程、二氧化碳气体管道61或第二压缩机15入口连接,其上部通道通过管道和阀门依次与第一压缩膨胀一体机3膨胀端、第一尾气换热器7和第二尾气换热器20壳程和尾气管道63连接,所述第二压缩机15出口通过管道依次与第三水冷器18、二氧化碳冷凝器17壳程和液体二氧化碳储罐14连接,液体二氧化碳储罐1出口通过管道和阀门依次与二氧化碳蒸发器16壳程、第二压缩膨胀一体机11和第三压缩膨胀一体机13的膨胀端、二氧化碳换热器8壳程和二氧化碳气体管道61连接,上述二氧化碳换热器8壳程、第一5水冷器壳程、第二尾气换热器20壳程和气液分离器19各个排液口通过管道与水管道64连接,所述二氧化碳加热器26的入口通过管道与第一导热油储罐22导热油出口连接,其出口通过管道与第二导热油储罐25导热油入口连接。太阳能制冷器2出口通过管道与二氧化碳冷凝器17管程入口连接,其入口通过管道与二氧化碳冷凝器17管程出口连接。太阳能集热器24导热油出口通过管道和阀门依次与第一导热油储罐22、有机朗肯循环发电器21的导热油通道和第二导热油储罐25连接,有机朗肯循环发电器21的导热油入口通过管道和阀门与第二导热油储罐25出口连接,有机朗肯循环发电器21有机工质气相出口通过管道与二氧化碳蒸发器16管程入口连接,其有机工质液相入口通过管道与二氧化碳蒸发器16管程出口连接。太阳能发电器1通过电缆与真空泵12、第一压缩机4和第二压缩机15连接,有机朗肯循环发电器21也通过电缆与真空泵12、第一压缩机4和第二压缩机15连接,太阳能制发电器1日间发电量能够满足第一压缩机4和第二压缩机15及真空泵12的日间用电量需求,有机朗肯循环发电器21夜间(即非日照时间内)发电量能够满足第一压缩机4和第二压缩机15及真空泵12的夜间用电量需求,太阳能集热器1日间产生的热量能够满足二氧化碳加热器26和有机朗肯循环发电器21夜间运行的需要,太阳能制冷器2日间制冷量满足二氧化碳冷凝器17的用冷量需求,包括满足产品外售,以及维持有机朗肯循环发电器21、第二压缩膨胀一体机11和第三压缩膨胀一体机13夜间运行时所需要的液体二氧化碳的总量。[0029] 一种基于所述用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置的控制方法,包括以下步骤:[0030] 在日间(日照时间)里,太阳能发电器1和太阳能制冷器2都处于正常的发电和制冷工作状态,有机朗肯循环发电器21处于关闭状态。将第一控制阀门30、第四控制阀门33、第六控制阀门35、第九控制阀门38、第十一控制阀门40、第十九控制阀门48和第二十三控制阀门52关闭,其余阀门全部打开。首先,常温常压的烟气通过烟气管道60和阀门连接依次进入第三尾气换热器23的管程、二氧化碳换热器8、第一压缩膨胀一体机3的压缩端、第一水冷器5、第三尾气换热器20的管程、第一压缩机4、第二水冷器6、第一尾气换热器7的管程和气液分离器19,烟气被逐级加压和降温;之后,高压低温的烟气通过管道和阀门连接进入第一吸附器9或第二吸附器10中,烟气中的二氧化碳被吸附,直至吸附饱和;脱除二氧化碳后的高压低温尾气经由管道连接进入第一压缩膨胀一体机3的膨胀端,经膨胀减压降温后,低温常压尾气再经由管道连接依次进入第一尾气换热器7、第三尾气换热器20和第二尾气换热器23的壳程,为烟气提供冷量,经复热升温后的常温常压尾气经尾气管道63送出界区;达到饱和状态的第一吸附器9或第二吸附器10,通过经由管道和阀门连接的真空泵12对其抽真空,将被吸附的二氧化碳解吸出来,使得其获得再生,解吸出来的二氧化碳经由管道和阀门连接依次进入二氧化碳加热器26的壳程、第一吸附器9或第二吸附器10的床层加热管道、二氧化碳换热器23的壳程、二氧化碳气体管道61或第二压缩机入口连接15,部分二氧化碳气体送出界区,剩余部分加压后,通过管道连接依次经过第三水冷器18、二氧化碳冷凝17的壳程和液体二氧化碳储罐14或二氧化碳液体管道62,二氧化碳气体被逐级冷却和冷凝为液体,部分进入罐区储存起来,部分送出界区;所述的太阳能制冷器2的出口通过管道与二氧化碳冷凝器17的管程入口连接,其入口通过管道与二氧化碳冷凝器17管程入口连接,为气体二氧化碳的冷凝提供冷量;所述太阳能集热器24的导热油出口部分通过管道和阀门依次与第一导热油储罐22和二氧化碳加热器26的壳程连接,加热二氧化碳气体,为第一吸附器9或第二吸附器10的再生提供热量,其余部分的高温导热油,经由管道连接第一导热油储罐22,将日间产生的太阳热能储存起来;上述过程中,太阳能发电器1通过电缆与真空泵12、第一压缩机4和第二压缩机15连接,为其提供电能。[0031] 在夜间(非日照时间)里,太阳能发电器1、太阳能制冷器2和第二压缩机15都处于关闭状态,有机朗肯循环发电器21处于发电状态。将第五控制阀门34和第二十二控制阀门51关闭,其余阀门全部打开。有机朗肯循环发电器21代替太阳能发电器1,其通过电缆与真空泵12和第一压缩机4连接,为其提供电能;同时,将二氧化碳储罐14中的液体二氧化碳经初步减压后,经由管道连接送入二氧化碳蒸发器16的壳程蒸发,获得的高压二氧化碳气体分别经由管道连接进入第二压缩膨胀一体机11的膨胀端和第三压缩膨胀一体机13的膨胀端,以驱动其压缩端工作,达到部分代替以上日间工艺过程中的第一压缩机4和真空泵12的负荷的目的,剩余负荷则依靠机朗肯循环发电器21驱动夜间的第一压缩机4和真空泵12的运行来完成;经膨胀减压降温后的二氧化碳气体经由管道连接进入二氧化碳换热器8的壳程,回收其冷量后经由二氧化碳气体管道61送出界区;上述二氧化碳蒸发器16管程的加热工质,来自于经由管道连接的有机朗肯循环发电器21的有机工质气相出口,其经换热被冷凝后,有机工质液相再经由管道连接返回到有机朗肯循环发电器21的有机工质液相入口;第一导热油储罐22经由管道和阀门连接为有机朗肯循环发电器21提供高温导热油,完成供热任务后,导热油的温度降低,再经由管道连接汇同来自于二氧化碳加热器26壳程的低温导热油,送入到第二导热油储罐25,储存起来。[0032] 在以上过程中,当第一吸附器9处于吸附状态时,第十三控制阀门42和第十七控制阀门46打开,第十五控制阀门44、第十八控制阀门47和第二十一控制阀门50关闭;第二吸附器10就处于再生状态,第十六控制阀门45和第二十控制阀门49打开,第十四控制阀门43、第十五控制阀门44和第十八控制阀门47关闭;当第一吸附器9吸附达到饱和时,通过第十五控制阀门44和第二十一控制阀门50打开,第十三控制阀门42、第十六控制阀门45和第十七控制阀门46关闭,可以将其切换为再生状态,而第二吸附器10相应也被切换进入吸附状态,第十四控制阀门43和第十八控制阀门47打开,第十三控制阀门42、第十六控制阀门45和第二十控制阀门49关闭。如此周而复始,相互切换操作,实现系统的连续稳定运行。[0033] 同时,上述工艺过程中来自二氧化碳换热器8壳程、第一水冷器壳程5、第二尾气换热器壳程20和气液分离器19排液口的水汇合在一起,通过管道与水管道64连接,送出界区。[0034] 通过上述分析可以得出,本发明提出的一种用于烟气二氧化碳捕集的变温变压吸附装置,将二氧化碳的捕集过程与可再生能源利用与存储进行了高度集成,最终能够得到一种可以实现全天候无间断运行的吸附装置,具有操作简单,负荷调整弹性大、安全可靠,且环境友好和能源利用效率高的优势,可大大提高烟气二氧化碳捕集的经济性,适于在工程中应用。[0035] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

专利地区:陕西

专利申请日期:2022-02-25

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114345079B

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