[发明专利]基于耦合液化与低温吸附技术的高效碳捕获系统及方法

说明书

本发明提供了关于一种基于耦合液化与低温吸附技术的高效碳捕获系统及方法，属于碳捕获技术领域。包括依次串联的第一热交换器、第二热交换器、第三交换器、第四交换器以及分馏塔，分馏塔的出气口连接吸附装置，在第一热交换器与第二热交换器之间设置有压缩机；还设置有制冷装置，所述制冷装置的冷端连接第四热交换器，为其提供冷能，所述制冷装置的热端连接储热装置，为其提供热能；所述储热装置连接所述吸附装置，为其提供热能。本发明可以把输入废气中的余热与制冷装置的热能共同转移到CO₂脱附过程，从而减少能量浪费并避免了其过程一般需要的额外输入能量，未液化气体具有液化CO₂的超低温，为吸附提供了理想的低温环境，且可保证连续生产。

技术领域

本创作关于一种碳捕获系统及方法，尤其是一种基于耦合液化与低温吸附技术的高效碳捕获系统及方法。

背景技术

据悉，近年来全球化石燃料消费量持续增加，大量排放的CO₂导致全球气候变暖，这对环境、生态等造成了巨大危害。

为此，国际气候委员会提出降低碳排放的目标：在2100年之前将全球气温温升(对比工业化前)控制在1.5℃以下。尽管太阳能、风能等新能源技术已经取得重大进展，但目前仅可作为化石能源的补充，无法显著改变大气中CO₂含量上升的趋势。为此，国际能源署在《能源技术展望2020》报告中强调了CO₂捕获、利用和储存(以下简称为CO₂捕获)技术对实现“双碳”目标的重要性。其中，CO₂捕获是本发明的研究重点。

CO₂捕获是指从含有较低浓度CO₂的气体中分离并储存高浓度CO₂(95％以上)的过程。捕获所得的高浓度CO₂可作为化学、食品等工业的原材料，也可以通过与岩石中的矿物质生成碳酸盐以达到安全储存的目的。化石燃料电厂废气中CO₂的捕获主要在燃烧后、燃烧前与含氧燃烧中三个位置实现，并主要有以下研究趋势：(1)降低对电厂构成的能源增耗：CO₂捕获需要耗费大量电能，导致了额外的CO₂排放，从而对电厂构成能源增耗。因此，有效降低CO₂捕获的能耗比(MJ/kg或GJ/t为单位)意义重大；(2)提高CO₂回收率：最大化捕获CO₂量占废气中总CO₂含量的比例，减少CO₂排放到大气中的量。

现有CO₂捕获技术包括吸收、吸附、超低温和膜分离等方法，针对上述的性能指标均存在优化空间。例如，吸收式CO₂捕获涉及到高成本、高毒性、易降解的化学溶剂(如单乙醇胺，MEA)，并需要消耗大量能源实现高温(约150℃)的再生过程以收集高纯CO₂，故在电厂应用中实用性不理想。同时，由于CO₂与N₂的分子直径相近，所以膜分离方法在CO₂/N₂之间选择性较低，一般仅适用于对捕获后CO₂浓度要求不高的应用或者作为辅助捕获技术。对比之下，吸附和超低温这两种CO₂捕获技术可避免使用高成本和高毒性的化学品，后者还可获得高压(20个大气压以上)和高浓度(95％)的CO₂。此两种技术的发展潜力较大。