[发明专利]供热及二氧化碳捕集系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工以及环境工程领域的二氧化碳分离回收技术，特别涉及一种供热及二氧化碳捕集系统以及方法。

背景技术

CO₂等温室气体的大量排放是造成全球气候变暖的一个重要原因。因此，CO₂的排放问题已经引起了国际社会的极大关注。减少化石燃料燃烧的CO₂排放主要有两个途径：一是提高能源利用效率、二是从燃烧烟气中捕集CO₂，并加以利用、贮留或封存。

在CO₂的脱除技术中，用氨水喷淋火电站锅炉排烟烟气来吸收CO₂，不仅可以达到CO₂减排的目的，还可以获得优质化肥。但是，由于在高于60℃的环境温度下碳酸氢铵会分解为氨气、水和CO₂，造成CO₂重新返回大气，故这种CO₂减排方法的应用还需进一步研究。CO₂的脱除技术还有CaO碳酸化煅烧循环的CO₂分离(CCR)技术、高分子膜脱除CO₂、O₂/CO₂循环燃烧技术及化学链燃烧(CLC)技术等。但上述技术往往工业化实施成本较高。

在CO₂的脱除技术中，很重要的一种方法是采用溶液吸收法脱除CO₂。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如水洗法、低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。另一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。上述CO₂脱除技术都已十分成熟，在化工领域早已实现了工业化。

有人提出了利用化学吸收法从火力发电厂的燃烧废气中分离回收二氧化碳的方案(请参照：清原正高，从发电用锅炉排气中回收CO₂的试验，能源.资源，能源.资源学会，1993年，第14卷，第1其，91-97页)。根据这一方案，尽管随条件的不同而不同，但二氧化碳的分离回收率能够达到80％以上。然而，采用传统的化学吸收法从燃烧烟气中分离回收二氧化碳所需的能耗高达750～900kcal/kg-CO₂，因此分离回收的运行成本非常高。

而气态二氧化碳的液化通常采用二级或者三级压缩之后冷凝的工艺。由于该工艺中二氧化碳的压缩是由压缩机来进行的，因而电耗非常大。由于被大量的氮气所稀释，传统燃烧方式所排烟气中CO2浓度仅有8～15％，其分离与回收成本很高。化学链燃烧技术(CLC)具有零能耗分离CO₂的特性。但是，现有的化学链燃烧技术由于需要在很高的工作温度(＞1000℃)下工作，载氧体发生烧结和积碳，导致使用寿命过短等问题，因而迄今仍未有实际的应用。

另一方面，在现有的化石燃料燃烧供热系统，尤其是低压蒸汽锅炉或者热水锅炉中，具有很高品位的燃烧热并没有得到合理的梯度利用。如北方地区用于冬季集中供暖的燃气热水锅炉系统，用1000℃以上的燃烧热来获取60～90℃的热水，确实是一种能量梯度的浪费。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种二氧化碳捕集系统以及方法，所解决的技术问题是通过生成并连续供应水蒸气与二氧化碳的高压混合气，然后对混合气中水蒸气进行冷凝分离的方式增加混合气体中二氧化碳的分压来实现对二氧化碳的增压与捕集，从而可以减少二氧化碳排放。

本发明的另外一个目的在于，通过对能量的梯度利用，在实现二氧化碳捕集的同时，实现对外供热，从而可以有效的利用能源。

为实现上述目的，本发明提供一种供热及二氧化碳捕集系统，其包括：水蒸气冷凝换热器、气液分离器、以及二氧化碳储罐，所述水蒸气冷凝换热器，用于冷凝二氧化碳和水蒸气的混合气体中的水蒸气，使混合气体中的水蒸气冷凝为液态水，并可将冷凝热作为热源向外部供热；所述气液分离器，用于分离来自水蒸气冷凝换热器的液态水和二氧化碳气体；所述二氧化碳储罐，用于容纳来自气液分离器的二氧化碳。

较佳的，所述的供热及二氧化碳捕集系统，所述二氧化碳储罐中还包括二氧化碳冷凝换热器，用于冷凝二氧化碳储罐中的二氧化碳。