[发明专利]一种动力装置烟气二氧化碳减排系统

说明书

本发明公开了一种动力装置烟气二氧化碳减排系统，主要包括第一预冷器、第二预冷器、凝华换热器、气液分离器、节流膨胀阀。本发明通过CO₂低温凝华相变原理实现烟气中CO₂的捕集，并将所捕集到的固态CO₂应用于CO₂气固两相制冷循环，利用固态CO₂升华相变潜热进行CO₂低温凝华捕集前预冷，从而实现低能耗CO₂凝华捕集。通过气液分离器分别得到气态和液态CO₂，气态CO₂用于与低温凝华捕集得到的固态CO₂混合形成气固两相制冷循环工质，液态CO₂通过增压泵提升压力后送往输运与储存环节。

技术领域

本发明涉及二氧化碳凝华捕集系统领域，具体是一种动力装置烟气二氧化碳减排系统。

背景技术

人为造成的温室气体过量排放引发的全球气候变化问题日趋严峻。二氧化碳（CO₂）作为温室气体的主要组成，对其产生与排放的控制受到广泛关注。碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）作为CO₂排放控制的关键技术成为国内外学者重点研究领域之一。

低温凝华CO₂捕集作为CO₂燃烧后捕集技术之一，具有产品回收率高、纯度高、捕集过程环境友好等特点。然而在低温凝华CO₂捕集技术中，低温冷源的制冷能耗是整个CO₂捕集系统的主要能耗来源。此外，在低温凝华捕集过程中，CO₂直接以固态形式被捕集，固态CO₂相应的低温储存条件严格，不利于后续的CO₂输运、利用与封存环节。在通过管道输运之前，必须将CO₂从固体转变为在约35 °C和11~15 MPa压力下的超临界流体。因此，如何实现CO₂的低能耗凝华捕集以及捕集后CO₂的储存与输运是该技术需要关注的重点问题。

将固态CO₂（干冰）转变为超临界CO₂的传统途径是在大气压下将干冰升华，并使用目前应用于胺吸收捕集工艺中的多级压缩方法。这种途径的主要缺点是CO₂压缩过程所需的能量投入（传统的CO₂压缩能量需求为90~120 kW h/t CO₂，即324~432 kJ/kg CO₂）以及辅助设施负荷的增加。同时，该方法对于固态CO₂升华过程中释放的潜热值（约570 kJ/kg）未实现合理利用。

近年来，以自然物质CO₂作为工质的制冷循环在制冷低温领域已日趋成熟并逐步实现工程应用。由于CO₂独特的三相点物性（-56.6 °C, 0.518 MPa），基于固态CO₂升华吸热的CO₂气固两相制冷循环可用于提供低于CO₂三相点的制冷温度。同时，升华后的气态CO₂可通过制冷循环中的节流膨胀装置与气液分离装置实现低能耗液化。由于在相同压力增加下，液态CO₂的焓值增加远小于气态下的焓值增加，即液态压缩时的轴功输入较少。因此，通过采用具有较低负荷的泵代替能量需求较高的气体压缩机，可以有效降低压缩能耗。

综上，将低温凝华CO₂捕集得到的固态CO₂直接用于CO₂气固两相制冷并提供CO₂低温凝华捕集所需的部分制冷量，并通过泵将CO₂压缩至输运压力，则可实现CO₂低能耗捕集与压缩。

发明内容