一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统及工作方法，所述系统包括烟气处理系统、干燥处理系统、凝华液化处理系统以及制冷系统，主要由干燥器、凝华器、固液分离器、气液分离器以及换热器组成。本发明专利技术中烟气回收干冰的融化冷能后经制冷剂降温，进入干燥器内干燥，然后依次与低温洁净气体和干冰换热，回收冷能后，经制冷剂降温至略高于凝华温度，进入凝华器内凝华得到浆液，在固液分离器内分离，分离得到的干冰依次与干烟气和湿烟气换热融化后收集。本发明专利技术不仅对干冰融化冷能进行两级回收，而且通过将制冷剂分流，分别对烟气除湿，对盐水和异戊烷降温，对系统进行热耦合，从而降低系统能耗。从而降低系统能耗。从而降低系统能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及一种碳捕集系统，具体地说，是涉及一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统。

技术介绍

[0002]对于火电厂烟气、发动机尾气等高含量碳排放源，目前常采用化学吸收工艺或膜分离法工艺等实现高含碳尾气的二氧化碳富集，而采用低温分离工艺可实现碳捕集与回收。其中，低温分离工艺包括通过压缩冷凝液化CO2的低温冷凝法，以及常压下固化分离CO2的低温凝华法。而目前鲜少直接采用低温冷凝法将含碳尾气进行液化分离，这是因为需将包含大量氮气、氧气、烃类、CO2等烟气实现大幅增压，气体增压耗功较大会导致系统能耗高、设备庞大。而低温凝华法的过程是将二氧化碳气体在常压下，直接降温至凝华温度
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78℃以下，并对干冰进行收集得到，能实现常压下CO2固化分离脱除，搭配合适的冷源即可低能耗实现碳捕获。由于深冷状态下的干冰不易长时间保冷运输，常规会对干冰进行增压升温，使其液化便于储存。然而干冰融化为液态二氧化碳的过程为吸热过程，查询CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition(CRC理化手册)的Enthalpy of Fusion(融化热)(6
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156)得到二氧化碳的融化焓为9.02kj/mol，意味着在理想情况下每融化1摩尔二氧化碳，可以回收约9.02KJ的冷能。而这部分冷能常常被浪费掉，故如何将干冰融化为液态二氧化碳过程的冷能进行回收利用，是目前需要解决的问题。
[0003]名称为“一种采用低温凝华法的富氧燃烧尾气处理系统(CN107677044B)的专利技术专利中提出，在凝华腔和液化腔之间设置密封板，通过打开密封板，使干冰落入液化腔后迅速关闭密封板，然后对液化腔内的干冰换热，使干冰升温升华为二氧化碳气体并达到自增压的效果，达到压力条件后，二氧化碳变为液相输送至输液罐内储罐。该技术方案无需利用额外的能量便可实现增压，提高了能源利用率。然而首先，二氧化碳的三相点温度约为
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58℃，压力约为5.2bar，在液化腔内要达到压力条件需要的干冰量较多，而最终液化得到的二氧化碳较少；其次，该方式通过密封板的打开关闭，实现凝华腔和液化腔的分隔，在实际操作中，密封板的密封性能直接影响干冰的升华，如果密封板的密封性能不佳，则液化腔内的压力难以达到，大部分二氧化碳升华为气体，二氧化碳的液化率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术专利的目的是为了解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统。
[0005]本专利技术中烟气回收干冰的融化冷能后经制冷剂降温，进入干燥器内干燥，然后依次与低温洁净气体和干冰换热，回收冷能后，经制冷剂降温至略高于凝华温度，进入凝华器内凝华得到浆液，在固液分离器内分离，分离得到的干冰依次与干烟气和湿烟气换热后收集。
[0006]本专利技术不仅对干冰融化冷能进行两级回收，而且通过将制冷剂分流，分别对烟气
除湿，对盐水和异戊烷降温，对系统进行热耦合，从而降低系统能耗。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。
[0008]一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，包括烟气处理系统、干燥处理系统、凝华液化处理系统以及制冷系统。
[0009]烟气处理系统由外界烟气进口与第一换热器1的左端进口1c相连，第一换热器1的右端出口1d与第二换热器2的左端进口2c相连构成。
[0010]干燥处理系统由第二换热器2的右端出口2d与干燥器9的气相进口相连，干燥器9的气相出口与凝华液化处理系统中背压阀30的出口处管路汇合后，共同连接至第三换热器3的左端进口3c，第三换热器3的右端出口3d与第四换热器4的左端进口4c相连，第四换热器4的右端出口4d与第五换热器5的左端进口5c相连，第五换热器5的右端出口5d与凝华液化处理系统相连，干燥器9的液相出口与第八换热器8的上端进口8a相连，第八换热器8的下端出口8b与第一固液分离器14的进口相连，第一固液分离器14的固相出口与外界相连，第一固液分离器14的液相出口经盐水泵16与第六换热器6的下端进口6b相连，第六换热器6的上端出口6a与盐水储罐10的进口相连，盐水储罐10的出口与干燥器9的液相进口相连构成。
[0011]凝华液化处理系统由第五换热器5的右端出口5d与凝华换热器11的气相进口相连，凝华换热器11的气相出口与第三换热器3的上端进口3a相连，第三换热器3的下端出口3b与外界相连，凝华换热器11的液相出口与第二固液分离器15的进口相连，第二固液分离器15的液相出口与第七换热器7的上端进口7a相连，第七换热器7的下端出口7b经异戊烷泵17与异戊烷储罐12的进口相连，异戊烷储罐12的出口与凝华换热器11的液相进口相连，第二固液分离器15的固相出口经二氧化碳泵18与第四换热器4的下端进口4a相连，第四换热器4的上端出口4a与第一换热器1的上端进口1a相连，第一换热器1的下端出口1b与气液分离罐13的进口相连，气液分离罐13的液相出口与外界二氧化碳收集系统相连，气液分离罐13的气相出口与背压阀30相连，背压阀30与干燥处理系统中干燥器9液相出口处管路汇合后共同连接至第三换热器3的左端进口3c构成。
[0012]制冷系统由外界制冷剂进口处并联有三路管路，第一路与第六换热器6的右端进口6d相连，第二路与第五换热器5的下端进口5b相连，第三路与第七换热器7的左端进口7c相连，第五换热器5的上端出口5a与第七换热器7的右端出口7d汇合后共同连接至制冷剂泵37，制冷剂泵37的出口处并联有两路管路，第一路与第八换热器8的左端进口8c相连，第二路与第二换热器2的上端进口2a相连，第八换热器8的右端出口8d、第六换热器6的左端出口6c以及第二换热器2的下端出口2b，三处管路汇合后共同连接至外界制冷机出口构成。
[0013]进一步优选的，外界烟气进口与第一换热器1的左端进口1c所连管路由远至近依次设置有相连通的第一单向阀19、管道过滤器20、第一调节阀21以及流量计22；第二换热器2的右端出口2d与干燥器9的气相进口所连管路中设置有第一温度控制器24。
[0014]进一步优选的，第一换热器1的右端出口1d与第二换热器2的左端进口2c所连管路中设置有第六温度控制器35，第八换热器8的左端进口8c处管路设置有第三调节阀31，第二换热器2的上端进口2a处管路设置有第六调节阀(34)；第八换热器(8)的下端出口(8b)与第一固液分离器(14)所连管路中设置有第二温度控制器(25)；第三调节阀31的控制信号与第二温度控制器25通过导线相连，第六调节阀34的控制信号与第一温度控制器24通过导线相连。
[0015]进一步优选的，第一调节阀21的输入控制信号与质量流量控制器22的输出控制信号通过导线相连。
[0016]进一步优选的，质量流量控制器22的输入控制信号与第六温度控制器35的输出控制信号通过导线相连。
[0017]进一步优选的，干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，其特征在于，包括烟气处理系统、干燥处理系统、凝华液化处理系统以及制冷系统，所述烟气处理系统由外界烟气进口与第一换热器(1)的左端进口(1c)相连，第一换热器(1)的右端出口(1d)与第二换热器(2)的左端进口(2c)相连构成；所述干燥处理系统由第二换热器(2)的右端出口(2d)与干燥器(9)的气相进口相连，干燥器(9)的气相出口与凝华液化处理系统中背压阀(30)的出口处管路汇合后，共同连接至第三换热器(3)的左端进口(3c)，第三换热器(3)的右端出口(3d)与第四换热器(4)的左端进口(4c)相连，第四换热器(4)的右端出口(4d)与第五换热器(5)的左端进口(5c)相连，第五换热器(5)的右端出口(5d)与凝华液化处理系统相连，干燥器(9)的液相出口与第八换热器(8)的上端进口(8a)相连，第八换热器(8)的下端出口(8b)与第一固液分离器(14)的进口相连，第一固液分离器(14)的固相出口与外界相连，第一固液分离器(14)的液相出口经盐水泵(16)与第六换热器(6)的下端进口(6b)相连，第六换热器(6)的上端出口(6a)与盐水储罐(10)的进口相连，盐水储罐(10)的出口与干燥器(9)的液相进口相连构成；所述凝华液化处理系统由第五换热器(5)的右端出口(5d)与凝华换热器(11)的气相进口相连，凝华换热器(11)的气相出口与第三换热器(3)的上端进口(3a)相连，第三换热器(3)的下端出口(3b)与外界相连，凝华换热器(11)的液相出口与第二固液分离器(15)的进口相连，第二固液分离器(15)的液相出口与第七换热器(7)的上端进口(7a)相连，第七换热器(7)的下端出口(7b)经异戊烷泵(17)与异戊烷储罐(12)的进口相连，异戊烷储罐(12)的出口与凝华换热器(11)的液相进口相连，第二固液分离器(15)的固相出口经二氧化碳泵(18)与第四换热器(4)的下端进口(4a)相连，第四换热器(4)的上端出口(4a)与第一换热器(1)的上端进口(1a)相连，第一换热器(1)的下端出口(1b)与气液分离罐(13)的进口相连，气液分离罐(13)的液相出口与外界二氧化碳收集系统相连，气液分离罐(13)的气相出口与背压阀(30)相连，背压阀(30)与干燥处理系统中干燥器(9)液相出口处管路汇合后共同连接至第三换热器(3)的左端进口(3c)构成；所述制冷系统由外界制冷剂进口处并联有三路管路，第一路与第六换热器(6)的右端进口(6d)相连，第二路与第五换热器(5)的下端进口(5b)相连，第三路与第七换热器(7)的左端进口(7c)相连，第五换热器(5)的上端出口(5a)与第七换热器(7)的右端出口(7d)汇合后共同连接至制冷剂泵(37)，制冷剂泵(37)的出口处并联有两路管路，第一路与第八换热器(8)的左端进口(8c)相连，第二路与第二换热器(2)的上端进口(2a)相连，第八换热器(8)的右端出口(8d)、第六换热器(6)的左端出口(6c)以及第二换热器(2)的下端出口(2b)，三处管路汇合后共同连接至外界制冷机出口构成。2.根据权利要求1所述的基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，其特征在于，外界烟气进口与第一换热器(1)的左端进口(1c)所连管路由远至近依次设置有相连通的第一单向阀(19)、管道过滤器(20)、第一调节阀(21)以及流量计(22)；第二换热器(2)的右端出口(2d)与干燥器(9)的气相进口所连管路中设置有第一温度控制器(24)。3.根据权利要求1所述的基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，其特征在于，第一换热器(1)的右端出口(1d)与第二换热器(2)的左端进口(2c)所连管路中设置有第六温度控制器(35)；第八换热器(8)的左端进口(8c)处管路设置有第三调节阀(31)；第二换热器(2)的上端进口(2a)处管路设置有第六调节阀(34)；第八换热器(8)的下端出口(8b)与第一
固液分离器(14)所连管路中设置有第二温度控制器(25)；第三调节阀(31)的控制信号与第二温度控制器(25)通过导线相连；第六调节阀(34)的控制信号与第一温度控制器(24)通过导线相连。4.根据权利要求1所述的基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，其特征在于，第一调节阀(21)的输入控制信号与质量流量控制器(22)的输出控制信号通过导线相连。5.根据权利要求1所述的基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，其特征在于，质量流量控制器(22)的输入控制信号与第六温度控制器(35)的输出控制信号通过导线相连。6.根据权利要求1所述的基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统，其特征在于，干燥器(9)的气相...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋庆峰，宋肖，陈育平，冯汉升，付豹，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：