一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统，除湿过滤装置顺次连接一级压缩机、级间换热器

【技术实现步骤摘要】
一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统


[0001]本专利技术属于压缩储能及CO2捕集
，尤其是涉及一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统。

技术介绍

[0002]目前，可再生能源的间歇性、波动性和不确定性会对电网系统安全运行造成影响，在此背景下储能技术引起了越来越多的关注。
[0003]储能技术主要包括：压缩气体储能、抽水储能、飞轮储能、电磁储能、电化学储能等。其中，压缩气体储能具有建造成本低、运行寿命长、场地限制少、容量大等优点，在应对可再生能源间歇性供能、电网调峰方面具有良好的应用前景。压缩气体储能的气体来源广泛，可以是空气、二氧化碳、工业废气等。储能模式下，气源经过压缩机多级增压，储存在高压气体储罐中；释能模式下，高压气体经过多级膨胀实现对外的能量输出。气体压缩后的冷却及膨胀前的加热有助于提升系统的储能效率，防止带液膨胀，提升系统的效率及运行安全性。当前，压缩机的级间冷却和膨胀机的级间加热过程产生的巨大能耗成为限制压缩气体储能的主要因素，已有学者围绕压缩储能过程中气体加热、冷却环节的冷热综合利用问题展开研究。
[0004]针对化石能源带来的温室效应问题，当前开发出了多种二氧化碳捕集技术，包括：以胺法碳捕集为代表的化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、低温液化法等。低温液化法是利用压缩和冷凝的方法使气态二氧化碳变成液体，达到分离的目的。该技术提取纯度高、无二次污染，液态的捕集形式便于后期的封存、运输。然而，在压缩环节的巨大能耗限制了该技术的进一步发展。
[0005]将压缩烟气储能与低温液化碳捕集技术结合，有望提供一种具有竞争力的工业烟气碳捕集方案，在解决电力调峰的同时实现废气中二氧化碳的液态捕集。
[0006]公开号为CN 114777419 A的中国专利公开了一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统及方法，该系统中烟气经过三级压缩达到高压状态，通过制冷装置后进入气液分离器实现二氧化碳的液化捕集，压缩机之间、膨胀机之间分别设有对应的换热器，通过换热介质构成循环系统，实现冷热的综合利用；然而该系统需要额外引入制冷装置，增加设备初期投资及系统占地，同时由于储能、释能环节存在较大跨度的时间间隔，采用循环介质实现压缩机级后冷却和膨胀机级前加热，对于管道及换热介质储罐的保温性能提出了较高的要求，并且高温气体与换热介质、换热介质与低温气体之间同时存在换热温差，降低了系统冷热综合的利用效率。
[0007]综上所述，现有技术将压缩烟气储能与液化二氧化碳捕集进行结合，开展系统设计的探索，但当前耦合系统仍然面临以下问题：二氧化碳液化分离环节需要额外引入制冷系统，增加设备初期投资及系统占地；为提升系统储能效率、防止膨胀机带液工作，需要对储能气体进行分段冷却、加热，采用外部冷热源将产生巨大能耗；储能、释能环节由于存在时间间隔，采用循环式换热介质对管道及换热介质储罐的保温性能提出了较高的要求，并
且高温气体与换热介质、换热介质与低温气体之间同时存在换热温差，降低了系统冷热综合的利用效率。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统，采用脱除二氧化碳后的净化烟气进行两级膨胀，产生制冷效应，实现二氧化碳液化捕集，无需额外引入制冷系统；利用液化换热器、级间换热器实现系统冷热综合利用；同时，在释能模式下，利用中压烟气直接加热膨胀气体，无需额外引入换热介质，降低管道及中压气体储罐的保温性能要求。
[0009]一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统，包括除湿过滤装置、一级压缩机、级间换热器、二级压缩机、液化换热器、气液分离器、液态CO2储罐、一级膨胀机、二级膨胀机、高压气体储罐、释能膨胀机和中压气体储罐；
[0010]其中，除湿过滤装置顺次连接一级压缩机、级间换热器的
①
号换热流道后，通过第三切换阀分为两路管线，其中一路依次连接中压气体储罐、阀门后与另一路汇合，汇合后顺次连接二级压缩机、液化换热器的
①
号换热流道、气液分离器的进料口；
[0011]气液分离器的液相出口与液态CO2储罐相连；气液分离器的气相出口分为两路管线，一路顺次连接第一流量控制阀、一级膨胀机、液化换热器的
②
号换热流道、二级膨胀机、液化换热器的
③
号换热流道后连接至第一切换阀；另一路顺次连接第二流量控制阀、高压气体储罐后连接至第一切换阀；经过第一切换阀后两路管线汇合成一路，并顺次连接级间换热器的
②
号换热流道、第二切换阀，第二切换阀的出口与外界大气或释能膨胀机相连；
[0012]通过第一流量控制阀和第二流量控制阀控制压缩气体的流量分配；通过控制第一切换阀、第二切换阀和第三切换阀实现储能工作模式和释能工作模式的切换。
[0013]进一步地，所述的一级膨胀机和二级膨胀机采用经过气液分离器脱除CO2的净化烟气作为工质，净化烟气经过一级膨胀机后膨胀制冷，并为液化换热器的
②
号换热流道提供冷量；被加热后的净化烟气进入二级膨胀机中继续膨胀制冷，并为液化换热器的
③
号换热流道提供冷量；利用高压气体膨胀时产生的制冷效应使高压烟气经过液化换热器的
①
号换热流道时实现CO2的液化捕集。
[0014]进一步地，储能工作模式时，第一切换阀与液化换热器的
③
号换热流道的出口气路相连，第二切换阀与外界大气连通，第三切换阀与二级压缩级的进气口相连；阀门打开，待储存在中压气体储罐中的烟气全部进入二级压缩机后，关闭阀门。
[0015]进一步地，释能工作模式时，第一切换阀与高压气体储罐出口相连，第二切换阀与释能膨胀机的进口相连，第三切换阀与中压气体储罐的进口相连，阀门关闭。
[0016]进一步地，释能工作模式时，一级压缩机保持运行状态，压缩后的高温气体作为高压膨胀气体的热源，在级间换热器中进行换热，冷却后的中压气体储存在中压气体储罐中。
[0017]进一步地，所述的一级压缩机在释能模式下处理的压缩气量可以根据对外输出的净能量需求进行调整。
[0018]进一步地，第一流量控制阀和第二流量控制阀按照液化换热需求冷量和膨胀释能需求功量通过控制阀门开度实现制冷烟气与储能烟气流量的合理分配。
[0019]可选择地，所述的一级压缩机、二级压缩机、一级膨胀机、二级膨胀机、释能膨胀机
根据运行工况、设备布局选择同轴或不同轴。
[0020]可选择地，所述的液化换热器采用板翅式、绕管式或管壳式换热器。
[0021]可选择地，所述的第一切换阀、第二切换阀和第三切换阀采用电磁切换阀或手动切换阀。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1、本专利技术利用脱除二氧化碳后的净化烟气膨胀制冷，为高压烟气提供冷量，实现二氧化碳液化捕集，膨胀过程释放的能量可以直接对外输出或作为储蓄的能量再次输入系统中，对比当前的耦合系统无需额外引入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统，其特征在于，包括除湿过滤装置(1)、一级压缩机(2)、级间换热器(3)、二级压缩机(4)、液化换热器(5)、气液分离器(6)、液态CO2储罐(7)、一级膨胀机(9)、二级膨胀机(10)、高压气体储罐(11)、释能膨胀机(13)和中压气体储罐(14)；其中，除湿过滤装置(1)顺次连接一级压缩机(2)、级间换热器(3)的
①
号换热流道后，通过第三切换阀(12
‑
c)分为两路管线，其中一路依次连接中压气体储罐(14)、阀门(15)后与另一路汇合，汇合后顺次连接二级压缩机(4)、液化换热器(5)的
①
号换热流道、气液分离器(6)的进料口；气液分离器(6)的液相出口与液态CO2储罐(7)相连；气液分离器(6)的气相出口分为两路管线，一路顺次连接第一流量控制阀(8
‑
a)、一级膨胀机(9)、液化换热器(5)的
②
号换热流道、二级膨胀机(10)、液化换热器(5)的
③
号换热流道后连接至第一切换阀(12
‑
a)；另一路顺次连接第二流量控制阀(8
‑
b)、高压气体储罐(11)后连接至第一切换阀(12
‑
a)；经过第一切换阀(12
‑
a)后两路管线汇合成一路，并顺次连接级间换热器(3)的
②
号换热流道、第二切换阀(12
‑
b)，第二切换阀(12
‑
b)的出口与外界大气或释能膨胀机(13)相连；通过第一流量控制阀(8
‑
a)和第二流量控制阀(8
‑
b)控制压缩气体的流量分配；通过控制第一切换阀(12
‑
a)、第二切换阀(12
‑
b)和第三切换阀(12
‑
c)实现储能工作模式和释能工作模式的切换。2.根据权利要求1所述的采用净化烟气膨胀制冷耦合压缩烟气储能的碳捕集系统，其特征在于，所述的一级膨胀机(9)和二级膨胀机(10)采用经过气液分离器(6)脱除CO2的净化烟气作为工质，净化烟气经过一级膨胀机(9)后膨胀制冷，并为液化换热器(5)的
②
号换热流道提供冷量；被加热后的净化烟气进入二级膨胀机(10)中继续膨胀制冷，并为液化换热器(5)的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：植晓琴，赵博，叶恒扬，邱利民，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：