[发明专利]一种低能耗二氧化碳捕集及封存技术和系统

说明书

本发明涉及一种低能耗二氧化碳捕集及封存系统，燃煤电厂产生的中高温烟气首先通入热回收换热器释放高温余热后变为低温烟气，之后进行脱硫脱硝处理后进入压缩机组，压缩后的烟气通过间冷回热器降温，然后进入气液分离装置分离其中的液态二氧化碳，脱除二氧化碳后的高压气体依次进入各级间冷回热器的冷侧和膨胀机组做功，膨胀作功后的气体最后再经过热回收换热器回收热量，达到排放温度后输送到烟囱，排放到大气。本发明将烟气压缩与膨胀功回收、回热器余热回收相结合，最大限度地节省功耗，通过与储能、蓄热系统相结合，起到电厂调峰的功能，削减了单位初投资成本；该系统还可以提供低温脱除二氧化碳所需的冷源以减少功耗，提高效率。

技术领域

本发明属于燃煤电厂烟气二氧化碳捕集以及电厂节能降耗技术领域，涉及一种二氧化碳的捕集及封存系统，更具体地说，是涉及一种高效低能耗的烟气二氧化碳捕集及封存系统。

背景技术

现有的碳捕集与封存方式主要分为：燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集。燃烧前捕集技术是将高碳化石燃料在其燃烧之前分离二氧化碳的碳捕集方式，其典型系统如整体煤气化联合循环，其分离二氧化碳的过程主要分为两步：1)高碳化石能源在氧气充足的环境下转化为氢气和二氧化碳；2)将氢气和二氧化碳分离，以氢气为燃料，所得产物主要为水，清洁无污染。然而这种清洁无污染的燃烧前碳捕集方式，初期投入过大，工艺过于复杂，技术可靠性不高，限制了其大规模工业应用。

富氧燃烧捕集主要方式是通过将空气中的氮气分离形成富氧的燃烧环境，高碳化石能源在这样的环境下充分燃烧，则产生的尾气主要为二氧化碳，然后进行封存。虽然富氧燃烧捕集技术工艺简单，但是由于富氧燃烧捕集技术中的纯氧环境制造非常困难，此过程投资较大，限制了其应用。

燃烧后捕集技术是直接传统大型燃煤电站烟气出口处捕集二氧化碳再进行储存和利用的碳捕集方式。由于燃烧后捕集技术对大型燃煤电站的改造较小，因此是公认的最有可能实现商业化应用的碳捕集方式。然而燃烧后捕集技术能耗较高，限制了其商业应用。因此如何降低燃烧后捕集技术的脱碳能耗成为了国内外研究的重点。

目前国内外提出了多种燃烧后捕集的方式：水合物分离技术(如中国专利申请CN201710252686.7等)、物理吸收法(如中国专利申请CN201110140000.8等)、化学吸收法(如中国专利申请CN201711360255.9等)、膜分离技术(如中国专利申请CN201810108522.1等)、低温分离技术(如中国专利申请CN201810037835.2等)、光催化还原二氧化碳(如中国专利申请CN201620778801.5等)等。低温分离技术的工作原理是将混合气体进行冷却压缩，然后经过蒸馏达到气体分离的效果。然而由于大型燃煤电站尾部烟气的二氧化碳含量降低，现有的低温分离技术效率相对较低，投资和能耗高，还无法用于大型燃煤电站的碳捕集系统。

发明内容

针对现有燃烧后二氧化碳捕集技术所存在的能耗较高、效率较低、投资较大等缺点和不足，本发明旨在提供一种高效低能耗的烟气二氧化碳捕集及封存系统，该系统基于高压液化分离原理，将烟气压缩与膨胀功回收、回热器余热回收相结合，最大限度地节省功耗；同时通过与储能、蓄热系统相结合，起到电厂调峰的功能，达到一投多用，削减单位初投资成本；此外，该系统还可以提供低温脱除二氧化碳所需的冷源，进一步减少功耗，提高效率。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种低能耗二氧化碳捕集及封存系统，包括热回收换热器、脱硫脱硝塔、压缩机组、膨胀机组、气液分离装置和烟囱，

其中，

所述压缩机组包括若干级压缩机，相邻两级压缩机的排气口与进气口之间通过管路连通，且每一级压缩机的排气管路上均设置有一级间冷回热器，各级压缩机的排气通过对应级的所述间冷回热器的热侧后释放热量，

所述膨胀机组包括若干级膨胀机，相邻两级膨胀机的排气口与进气口之间通过管路连通，每一级膨胀机的排气管路均通过一对应的所述间冷回热器的冷侧后与其下游部件连通，