[发明专利]一种自萃取分层的二氧化碳捕集系统及捕集方法

说明书

本发明公开了一种自萃取分层的二氧化碳捕集系统及捕集方法，包括吸收塔、相分离器、解吸塔，吸收塔设有待分离气入口、脱碳尾气出口、COsubgt;2/subgt;贫液Ⅱ入口、COsubgt;2/subgt;富液Ⅰ出口；解吸塔设有COsubgt;2/subgt;富液Ⅱ入口、COsubgt;2/subgt;产品气出口、COsubgt;2/subgt;贫液Ⅰ出口；相分离器设有第一入口和第二入口，第一入口连接COsubgt;2/subgt;富液Ⅰ出口，第二入口连接COsubgt;2/subgt;贫液Ⅰ出口，相分离器内的COsubgt;2/subgt;贫相区出口与COsubgt;2/subgt;贫液Ⅱ入口相连，COsubgt;2/subgt;富相区出口与COsubgt;2/subgt;富液Ⅱ入口相连。本发明的自萃取分层的二氧化碳捕集系统，两相操作仅发生于相分离器，通过负载的COsubgt;2/subgt;在不同溶剂间置换，调节溶剂极性，促进自萃取分层反应，实现了吸收和解吸单元的充分解耦及单相操作，提高了溶剂分子利用率和碳捕集容量，降低了设备尺寸和捕集成本。

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS)技术领域，具体涉及一种自萃取分层的二氧化碳捕集系统及捕集方法。

背景技术

为实现政府间气候变化专门委员会(IPCC)2018年提出的1.5℃温升目标，即努力将全球变暖限制在高于工业化前水平1.5℃的范围内，需要更有雄心的减排措施。除目前方兴未艾的新能源开发与利用、节能与提高能效等减碳手段以外，以CCUS为代表的碳移除技术也越来越受重视。CCUS技术从电力、工业甚至空气源中捕集二氧化碳，加以利用或封存于地质构造中，从而达到碳减排或碳移除的目标。CCUS技术链条中，碳捕集是最重要的环节，捕集成本的高低决定该技术路线未来是否可被市场接纳。由于我国原则上不再新建单纯以发电为目的的煤电项目，其他新建项目也将面临越来越严苛的碳排放指标限制，所以针对现有排碳源开展CCUS项目改造，未来预计将作为捕碳技术的优先应用场景。现有碳排放源，如来自火电、钢铁、建材、石化、化工、有色和造纸七大行业的集中排放源，又以燃煤、燃气火电厂，有色、造纸等行业的自备电厂等低浓度(CO₂体积分数35％)排放源为二氧化碳收集难度大、成本高昂的项目改造“深水区”，所以急需颠覆性的突破技术来因应这一挑战。

化学溶剂吸收法是针对燃烧后烟气中二氧化碳捕集的常规技术，具有良好的可操作性和可规模放大性，相比以乙醇胺溶剂为代表的传统化学吸收法，液—液相变溶剂吸收法是近十年发展起来的第二代燃烧后二氧化碳捕集技术，利用溶剂吸收二氧化碳后的液—液分层特性，捕集的二氧化碳集中在CO₂富相层，而CO₂贫相层却几乎没有二氧化碳负载，两相分离后，只取CO₂富相层进行溶剂热再生，如此可大大降低二氧化碳解吸的能耗和相应的捕集成本。然而，基于上述相变工艺的常规捕集方法固然在液—液相分离后对解吸过程有帮助，解吸塔的尺寸和能耗都得以降低，但吸收塔一侧的劣势也是显而易见的，包括溶剂在吸收塔内便发生液—液分层，产生的CO₂富相粘度高，降低后续的二氧化碳传质和吸收速率，产生的CO₂贫相虽然粘度低，但几乎不含速率活化成分，也基本没有二氧化碳负载能力，同样影响后续的二氧化碳吸收动力学，如此产生的综合效果是，溶剂成分的有效分子利用率不高，在相同的二氧化碳去除率(一般为90％)要求下，吸收容量和吸收塔的尺寸相较传统乙醇胺法没有明显提升。所以，需要开发一种改进型的相变工艺系统，使吸收塔内溶剂在操作过程中维持单一相态，而两相的分层和分离过程发生在吸收塔外一个独立的相分离器中。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是，一种自萃取分层的二氧化碳捕集系统，包括吸收塔、相分离器、解吸塔。

所述吸收塔的下部一侧设有待分离气入口，吸收塔的顶部设有脱碳尾气出口，吸收塔上部一侧设有CO₂贫液Ⅱ入口，吸收塔底部设有CO₂富液Ⅰ出口。