[发明专利]二氧化碳捕集系统压缩余热与富液的热集成系统及方法

说明书

本发明公开一种二氧化碳捕集系统压缩余热与富液的热集成系统及方法，包括：再生单元与所述换热单元连接，热交换后的富液利用外部热源加热释放出高浓度的二氧化碳，并得到解吸二氧化碳后的贫液，贫液进入换热单元进行热交换，热交换后进入所述吸收单元中；压缩单元与所述再生单元连接，所述压缩单元包括多级压缩机组，进入压缩单元的高浓度二氧化碳被多级压缩机组逐级压缩得到高压高浓度的二氧化碳；其中，所述吸收单元和/或换热单元抽出的分流富液与多级压缩机组的对应出口高温气体分别换热，换热后汇聚的回流富液进入换热单元和/或再生单元。该系统实现相关单元能量的综合梯级利用，降低碳捕集、利用与储存工艺的整体单位能耗。

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集与分离技术领域，具体涉及一种二氧化碳捕集系统压缩余热与富液的热集成系统及方法。

背景技术

二氧化碳捕集是当前和未来全球范围内所面临的迫切任务，如何进行二氧化碳的有效分离，也是工业应用研究的重点。化石能源的大量使用及其利用过程中释放的二氧化碳是造成全球温度升高的主要原因。为遏制气候变化造成的损失，全球各主要经济体已达成减少二氧化碳排放的共识。

化学吸收法是处理二氧化碳浓度低于30％的工业尾气的主要技术选择。利用二氧化碳在醇胺类溶液中溶解度随温度的变化规律，在低温吸收CO₂与高温释放CO₂的循环中实现二氧化碳从尾气中的脱除与富集，所捕集的CO₂需要与下游的利用与储存工艺结合，以最终实现CO₂的减排。

利用现有技术(如图1所示的核心流程所示)，在解吸塔7中实现CO₂从吸收富液4中的分离需要大量热量，例如，传统乙醇胺(MEA)吸收工艺的碳捕集能耗约为3.8GJ/tCO₂，该部分热量通常采用碳捕集系统外的热源12供给，如电厂内的汽机抽汽，该部分抽汽严重影响发电效率。大量的能量消耗导致碳捕集成本较高，制约了该技术的大规模推广与应用。

所捕集的CO₂通常需要经过多级第一压缩机15至第四压缩机18加压至CO₂超临界点(31.2℃，7.38MPa)以上，以便于运输和储存。多级压缩机所需要消耗大量的电功或蒸汽，进一步增加了碳捕集、利用与储存过程中的能量消耗和成本。压缩机做功造成气体温度升高，故压缩机级间需引入冷却介质24冷却温度升高的高压CO₂，使其满足下一级压缩机的入口参数要求。冷却介质24经贫液冷却器10，CO₂冷却器14和第一至第四级间冷却器20至23得到的回流介质25需经过系统外的装置，如冷却塔，冷却后循环使用。

为了降低碳捕集能耗，现有技术常采用换热网络的集成与优化，如吸收塔3底部富液4和解吸塔7底贫液8间能量回收利用的贫富液换热器6等，但此类优化通常集中在碳捕集单元内部，故效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳捕集系统压缩余热与富液的热集成系统及方法，该系统实现相关单元能量的综合梯级利用，降低碳捕集、利用与储存工艺的整体单位能耗。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种二氧化碳捕集系统压缩余热与富液的热集成系统，包括：

吸收单元，所述吸收单元中的吸收剂吸收二氧化碳得到的富液；

换热单元，所述换热单元与所述吸收单元连接，与进入换热单元的富液进行热交换；

再生单元，所述再生单元与所述换热单元连接，热交换后的富液利用外部热源加热释放出高浓度的二氧化碳，并得到解吸二氧化碳后的贫液，贫液进入换热单元进行热交换，热交换后进入所述吸收单元中；

及压缩单元，所述压缩单元与所述再生单元连接，所述压缩单元包括多级压缩机组，进入压缩单元的高浓度二氧化碳被多级压缩机组逐级压缩得到高压高浓度的二氧化碳；