專利名稱：供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工以及環(huán)境工程領(lǐng)域的二氧化碳分離回收技術(shù)，特別涉及一種 供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)以及方法。
背景技術(shù)：
CO2等溫室氣體的大量排放是造成全球氣候變暖的一個(gè)重要原因。因此，CO2的排 放問題已經(jīng)引起了國際社會(huì)的極大關(guān)注。減少化石燃料燃燒的CO2排放主要有兩個(gè)途徑 一是提高能源利用效率、二是從燃燒煙氣中捕集CO2，并加以利用、貯留或封存。在CO2的脫除技術(shù)中，用氨水噴淋火電站鍋爐排煙煙氣來吸收CO2,不僅可以達(dá)到 CO2減排的目的，還可以獲得優(yōu)質(zhì)化肥。但是，由于在高于60°c的環(huán)境溫度下碳酸氫銨會(huì)分 解為氨氣、水和CO2,造成CO2重新返回大氣，故這種CO2減排方法的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。 CO2的脫除技術(shù)還有CaO碳酸化煅燒循環(huán)的CO2分離(CCR)技術(shù)、高分子膜脫除C02、02/C02 循環(huán)燃燒技術(shù)及化學(xué)鏈燃燒(CLC)技術(shù)等。但上述技術(shù)往往工業(yè)化實(shí)施成本較高。在CO2的脫除技術(shù)中，很重要的一種方法是采用溶液吸收法脫除C02。根據(jù)吸收劑 性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如水洗法、低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙 二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。另一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾 法，活化MDEA法，MEA法等。上述CO2脫除技術(shù)都已十分成熟，在化工領(lǐng)域早已實(shí)現(xiàn)了工業(yè) 化。有人提出了利用化學(xué)吸收法從火力發(fā)電廠的燃燒廢氣中分離回收二氧化碳的方 案(請(qǐng)參照清原正高，從發(fā)電用鍋爐排氣中回收CO2的試驗(yàn)，能源.資源，能源.資源學(xué)會(huì)， 1993年，第14卷，第1其，91-97頁)。根據(jù)這一方案，盡管隨條件的不同而不同，但二氧化 碳的分離回收率能夠達(dá)到80%以上。然而，采用傳統(tǒng)的化學(xué)吸收法從燃燒煙氣中分離回收 二氧化碳所需的能耗高達(dá)750 900kcal/kg-C02，因此分離回收的運(yùn)行成本非常高。而氣態(tài)二氧化碳的液化通常采用二級(jí)或者三級(jí)壓縮之后冷凝的工藝。由于該工藝 中二氧化碳的壓縮是由壓縮機(jī)來進(jìn)行的，因而電耗非常大。由于被大量的氮?dú)馑♂?，?統(tǒng)燃燒方式所排煙氣中C02濃度僅有8 15%，其分離與回收成本很高。化學(xué)鏈燃燒技術(shù) (CLC)具有零能耗分離CO2的特性。但是，現(xiàn)有的化學(xué)鏈燃燒技術(shù)由于需要在很高的工作溫 度(> 1000°C )下工作，載氧體發(fā)生燒結(jié)和積碳，導(dǎo)致使用壽命過短等問題，因而迄今仍未 有實(shí)際的應(yīng)用。另一方面，在現(xiàn)有的化石燃料燃燒供熱系統(tǒng)，尤其是低壓蒸汽鍋爐或者熱水鍋爐 中，具有很高品位的燃燒熱并沒有得到合理的梯度利用。如北方地區(qū)用于冬季集中供暖的 燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)，用1000°c以上的燃燒熱來獲取60 90°C的熱水，確實(shí)是一種能量梯度 的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種二氧化碳捕集系統(tǒng)以及方法，所解決的技術(shù)問題是通過生成并連續(xù)供應(yīng)水蒸氣與二氧化碳的高壓混合氣，然后對(duì)混合氣中水蒸氣進(jìn)行冷凝分 離的方式增加混合氣體中二氧化碳的分壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的增壓與捕集，從而可以減少 二氧化碳排放。本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于，通過對(duì)能量的梯度利用，在實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕集的同 時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱，從而可以有效的利用能源。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其包括水蒸氣冷凝 換熱器、氣液分離器、以及二氧化碳儲(chǔ)罐，所述水蒸氣冷凝換熱器，用于冷凝二氧化碳和水 蒸氣的混合氣體中的水蒸氣，使混合氣體中的水蒸氣冷凝為液態(tài)水，并可將冷凝熱作為熱 源向外部供熱；所述氣液分離器，用于分離來自水蒸氣冷凝換熱器的液態(tài)水和二氧化碳?xì)?體；所述二氧化碳儲(chǔ)罐，用于容納來自氣液分離器的二氧化碳。
較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，所述二氧化碳儲(chǔ)罐中還包括二氧化碳 冷凝換熱器，用于冷凝二氧化碳儲(chǔ)罐中的二氧化碳。較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，還包括二氧化碳吸收塔，采用二氧化 碳吸收液吸收含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳；以及二氧化碳吸收液再生塔，用于再生來自 二氧化碳吸收塔的吸收富液，該二氧化碳吸收液再生塔的頂部連接于所述的水蒸氣冷凝換 熱器，向水蒸氣冷凝換熱器提供二氧化碳和水蒸氣的混合氣體。較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，所述二氧化碳吸收液為碳酸鉀、三氧化 二砷、一乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙酸、碳酸丙烯酯和聚乙二醇二甲醚其中之一或者上述各 物質(zhì)的混合物的水溶液。較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，還包括燃燒器，向所述的二氧化碳吸 收塔提供燃燒產(chǎn)物，并向所述的二氧化碳吸收液再生塔提供用于再生二氧化碳吸收液的熱量。較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，還包括化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，在該化學(xué)鏈 燃燒反應(yīng)器內(nèi)交替進(jìn)行載氧劑的還原反應(yīng)和載氧劑的氧化反應(yīng)；該化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器向所 述的二氧化碳吸收塔提供載氧劑的還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，并向所述的二氧化碳吸收液再生 塔提供用于再生二氧化碳吸收液的熱量。較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，還包括預(yù)重整反應(yīng)器，與所述的化學(xué) 鏈燃燒反應(yīng)器串聯(lián)，化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的進(jìn)料來自于預(yù)重整反應(yīng)器的物料出口；化學(xué)鏈燃 燒反應(yīng)器中至少填充有氧化銅和氧化鎳作為載氧劑。較佳的，所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，還包括循環(huán)管線，連接化學(xué)鏈燃燒反 應(yīng)器和預(yù)重整反應(yīng)器，用于將所述載氧劑還原反應(yīng)的部分反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)入預(yù)重整反應(yīng)器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種供熱及二氧化碳捕集方法，包括冷凝二氧化碳和水蒸氣的混合氣體中的水蒸氣，并將水蒸氣的冷凝熱作為熱源向 外部供熱；對(duì)水蒸氣冷凝后的物料進(jìn)行氣液分離，形成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w；對(duì)氣液分 離后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行冷凝，形成液態(tài)二氧化碳。較佳的，前述的供熱及二氧化碳捕集方法，所述的混合氣體來自于如下步驟采用 二氧化碳吸收液吸收含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳；加熱上述的吸收了二氧化碳的吸收富 液，生成二氧化碳和水蒸氣的混合氣體。較佳的，前述的供熱及二氧化碳捕集方法，所述的二氧化碳和水蒸氣的混合氣體的壓力2. O 5. OMPa0本發(fā)明中，混合氣體壓力的提高是通過提高吸收富液的加熱溫度來 實(shí)現(xiàn)的。
較佳的，前述的供熱及二氧化碳捕集方法，所述的含二氧化碳?xì)怏w為有機(jī)物的燃 燒產(chǎn)物或者化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)過程中載氧劑還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，所述的加熱熱源為有機(jī)物 的燃燒熱或者化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)過程的反應(yīng)熱。本發(fā)明中，有機(jī)物是指化石燃料、生物質(zhì)等具 有一定熱值又含有碳元素的物質(zhì)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。以本發(fā)明在北方地區(qū)冬季的 天然氣集中供暖中的應(yīng)用為例，較傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)1)采用本發(fā)明的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，通過梯度利用高品位的天然氣燃燒熱 或者天然氣的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的反應(yīng)熱來進(jìn)行二氧化碳捕集與增壓。在此，所述的燃燒熱 或者反應(yīng)熱并沒有被用掉排走，而是轉(zhuǎn)化為雖品位顯著降低但溫度依然高于所需供暖溫度 的水蒸氣冷凝熱，從而照樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶供暖。即，可在供暖的同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳的低能 耗甚至是零能耗捕集。2)通過在本發(fā)明中采用化學(xué)鏈燃燒方式，天然氣燃燒生成的水蒸氣的潛熱可得到 完全的回收，從而可使高位熱值基準(zhǔn)的供熱效率達(dá)到90%以上，因而較傳統(tǒng)燃?xì)忮仩t的節(jié) 能率可達(dá)10%以上；3)由于化學(xué)鏈燃燒過程在500°C左右的較低溫度下進(jìn)行，因而幾乎不產(chǎn)生熱力型 NOx，從而可顯著減少大氣污染物質(zhì)的排放；4)本發(fā)明通過對(duì)增壓后二氧化碳進(jìn)行冷凝，可同時(shí)提供液體CO2產(chǎn)品。由于本發(fā) 明的二氧化碳增壓并非采用電驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)來進(jìn)行的，因而耗電量不足常規(guī)液體CO2制備 方法的30%，因此，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本發(fā)明對(duì)于北方地區(qū)的天然氣集中供暖，由于可同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能與二氧化碳捕集， 因而將是一次重大的技術(shù)革新。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)的示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)的示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的二氧化碳分離回收系統(tǒng)其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特 征及其功效，詳細(xì)說明如后。請(qǐng)參閱圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例1提出的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于 分離二氧化碳和水蒸氣的混合氣體中的二氧化碳，使二氧化碳得到增壓，并對(duì)分離后的二 氧化碳進(jìn)行冷凝，使其形成液態(tài)二氧化碳。該系統(tǒng)包括水蒸氣冷凝換熱器31、氣液分離器 32、二氧化碳儲(chǔ)罐33。所述水蒸氣冷凝換熱器31，用于冷卻二氧化碳和水蒸氣的混合氣體，使混合氣體中的水蒸氣冷凝為液態(tài)水。在水蒸氣冷凝換熱器內(nèi)設(shè)有水蒸氣冷凝冷卻盤管 311和冷卻盤管312，盤管內(nèi)流動(dòng)有換熱介質(zhì)，其吸收混合氣體的熱量后輸出。兩個(gè)冷卻盤 管內(nèi)流動(dòng)不同溫度的冷媒，從而可以在不同的冷凝溫度下對(duì)水蒸氣的潛熱進(jìn)行回收，其中 上游的冷卻盤管311在較高的冷凝溫度下工作，將回收的冷凝熱作為熱源向外部供熱，而 下游的冷卻盤管312在較低的冷凝溫度下工作，用于對(duì)水蒸氣進(jìn)行深度去除。所述氣液分 離器32通過管道連接于所述的水蒸氣冷凝換熱器31，用于分離來自水蒸氣冷凝換熱器31 的液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w，形成的液態(tài)水儲(chǔ)存在該氣液分離器中，分離出的二氧化碳?xì)怏w 被輸出。所述二氧化碳儲(chǔ)罐33連接于所述氣液分離器的氣體輸出口，用于容納二氧化碳， 在二氧化碳儲(chǔ)罐33內(nèi)設(shè)有二氧化碳冷凝冷卻盤管331，盤管內(nèi)流動(dòng)有冷媒，其吸收氣態(tài)二 氧化碳的冷凝熱后輸出。 請(qǐng)參閱圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例2提出的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，與實(shí)施例1 相比，本實(shí)施例的系統(tǒng)還包括混合氣體供應(yīng)裝置，用于向水蒸氣冷凝換熱器31提供水蒸氣 和二氧化碳?xì)怏w的混合氣體。該混合氣體供應(yīng)裝置包括二氧化碳吸收塔10和二氧化碳吸 收液再生塔20。所述的二氧化碳吸收塔10，用于吸收含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳。所述 的二氧化碳吸收塔10包括塔底11，用于容納吸收富液，所述吸收富液是吸收了二氧化碳 的二氧化碳吸收液；填料層12，設(shè)置在該二氧化碳吸收塔10內(nèi)的中部位置，其作用在于使 二氧化碳吸收液與進(jìn)入塔內(nèi)的氣體有更大的接觸表面；供氣口 16，設(shè)置在上述填料層12之 下，用于向吸收塔內(nèi)提供含二氧化碳的原料氣體；排氣口 15，設(shè)置在二氧化碳吸收塔10的 頂部，用于排出原料氣被吸收完二氧化碳后的剩余氣體；噴淋設(shè)備13，設(shè)置在上述填料層 12之上，用于均勻噴灑二氧化碳吸收液。在該吸收塔內(nèi)，二氧化碳吸收液在吸收塔內(nèi)自上而 下淋下，氣體自下而上流動(dòng)，二氧化碳吸收液與進(jìn)入吸收塔內(nèi)的含二氧化碳?xì)怏w(如煙氣) 接觸，并吸收其中的二氧化碳。二氧化碳吸收塔10的塔底設(shè)有換熱器17，用于將吸收二氧 化碳時(shí)產(chǎn)生的熱量輸出、供給用戶。所述的二氧化碳吸收液為碳酸鉀、三氧化二砷、一乙醇 胺、二乙醇胺、氨基乙酸、碳酸丙烯酯和聚乙二醇二甲醚其中之一或者上述各物質(zhì)的混合物 的水溶液。所述的二氧化碳吸收液再生塔20，連接有再沸器26，其上部設(shè)有噴淋設(shè)備23，連 接于所述吸收塔10底部的吸收富液出口。在二氧化碳吸收液再生塔20的中部設(shè)有填料層 22，用于使吸收富液可以充分再生，二氧化碳吸收液再生塔的底部為塔底21用于容納再生 后的吸收貧液，二氧化碳吸收液再生塔20頂部設(shè)有排氣口 25，該排氣口 25連接于水蒸氣冷 凝換熱器31。通過管道將二氧化碳吸收塔底部的吸收富液輸送至二氧化碳吸收液再生塔 進(jìn)行吸收液的再生，形成氣體和液體兩相。該氣體的主要成分為二氧化碳和水蒸氣，從排氣 口輸出供應(yīng)給水蒸氣冷凝換熱器31。所述液體為吸收貧液，由于經(jīng)過再生吸收貧液含有的 二氧化碳濃度大大降低。通過管道將塔底21和噴淋設(shè)備13連接，將吸收貧液送至二氧化 碳吸收塔10中，可再次用于吸收二氧化碳。再沸器26，用于加熱塔底21內(nèi)的吸收溶液，以 產(chǎn)生大量的水蒸氣用于氣提，并保持二氧化碳吸收液再生塔20內(nèi)的溫度，從而使二氧化碳 吸收液在高溫下得到再生。再沸器26采用外部熱源加熱。較佳的，采用燃燒器(未圖示) 作為外部熱源，燃料燃燒產(chǎn)生的燃燒熱供給再沸器26，燃料燃燒產(chǎn)生的含二氧化碳的煙氣 輸送至二氧化碳吸收塔10。這樣，燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳最終被捕集到二氧化碳儲(chǔ)罐33 中，而燃料燃燒產(chǎn)生的燃燒熱則最終從冷卻盤管311和換熱器17輸出，雖然輸出熱量的溫度低于供給再沸器熱量的溫度，但同樣可以滿足如居民供暖等的供熱需求。較佳的，可以設(shè)置有換熱器24，用于使從二氧化碳吸收液再生塔20的塔底輸出的 二氧化碳吸收液和從二氧化碳吸收塔10塔底11輸出的二氧化碳吸收液進(jìn)行換熱，從而減 少進(jìn)行二氧化碳吸收液再生時(shí)所需的熱量。請(qǐng)參閱圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例3提出的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，與實(shí)施例2 相比，本實(shí)施例還包括化學(xué)鏈燃燒裝置。該化學(xué)鏈燃燒裝置用于向再沸器26提供熱量，以 再生二氧化碳吸收液。同時(shí)，該化學(xué)鏈燃燒裝置產(chǎn)生的主要由二氧化碳與水蒸氣組成的載 氧劑還原反應(yīng)產(chǎn)物還可以作為含二氧化碳?xì)怏w輸送給二氧化碳吸收塔10。該化學(xué)鏈燃燒裝 置主要包括化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200，還可以包括預(yù)重整反應(yīng)器100和循環(huán)管線110以及相應(yīng) 的管道和閥門?；瘜W(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200，用于進(jìn)行載氧劑的還原反應(yīng)或者載氧劑的再生反 應(yīng)，較佳的采用固定床反應(yīng)器。在化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200內(nèi)填充有氧化銅和氧化鎳作為載 氧劑，較佳的，所述的氧化銅和氧化鎳載氧劑在化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200內(nèi)分別形成多層氧 化銅層和氧化鎳層，氧化銅層和氧化鎳層間隔設(shè)置。所述的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200的換熱 夾套通過管道與再沸器連接，將化學(xué)鏈燃燒產(chǎn)生的熱量輸送至再沸器。所述的預(yù)重整反應(yīng) 器100，用于原料的重整反應(yīng)，其可以采用現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。所述的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200 與所述的預(yù)重整反應(yīng)器100串聯(lián)，使得預(yù)重整反應(yīng)器100流出的預(yù)重整反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入到化 學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200，并作為化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的原料進(jìn)行載氧劑的還原反應(yīng)，也就是，化學(xué) 鏈燃燒反應(yīng)器200的進(jìn)料是來自于預(yù)重整反應(yīng)器的物料出口。循環(huán)管線110，連接于化學(xué)鏈 燃燒反應(yīng)器200的物料出口和預(yù)重整反應(yīng)器100的物料入口，用于將所述載氧劑還原反應(yīng) 的反應(yīng)產(chǎn)物(水和二氧化碳)導(dǎo)入預(yù)重整反應(yīng)器100，作為預(yù)重整反應(yīng)所需的重整劑。閥門 111設(shè)置在連接預(yù)重整反應(yīng)器100和化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200的管線上，閥門112設(shè)置在化 學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200的反應(yīng)物出口管線220上，閥門114設(shè)置在循環(huán)管線110上，閥門112 和閥門114相互配合可以控制輸入到預(yù)重整反應(yīng)器100內(nèi)的重整劑的流量。在化學(xué)鏈燃燒 反應(yīng)器200的物料出口管線220上還設(shè)有空氣輸入管線210，用于在進(jìn)行載氧劑再生(生成 載氧劑)時(shí)向化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器200內(nèi)輸入空氣，在管線210上設(shè)有閥門113。在化學(xué)鏈燃 燒反應(yīng)器200的物料入口還設(shè)有氮?dú)廨敵龉芫€230，并在該管線上設(shè)有閥門105。在進(jìn)行化 學(xué)鏈燃燒反應(yīng)時(shí)，閥門113、105關(guān)閉，閥門111、112、114導(dǎo)通。在進(jìn)行載氧劑再生時(shí)，閥門 113、105導(dǎo)通，閥門111、112、114關(guān)閉。本實(shí)施例提出的化學(xué)鏈燃燒裝置，在載氧劑進(jìn)行還 原反應(yīng)時(shí)，由于氧化銅的還原反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因而可以向再沸器供熱，另外，在進(jìn)行載氧 劑的再生時(shí)，金屬銅和鎳的氧化過程為放熱過程，從而可以使本化學(xué)鏈燃燒裝置無論在載 氧劑的還原過程還是在載氧劑的再生過程都可以向再沸器供熱，因此本裝置具備連續(xù)供熱 的能力。又由于連續(xù)供熱，因而可以使用固定床作為化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，且只需一組反應(yīng)設(shè) 備。載氧劑在反應(yīng)器內(nèi)無需流化，所以可以避免載氧劑磨損，提高載氧劑的使用壽命。在化 學(xué)鏈燃燒裝置進(jìn)行載氧劑再生時(shí)，通過將反應(yīng)產(chǎn)物輸送至供氣口 16，可以在二氧化碳儲(chǔ)罐 34得到液態(tài)二氧化碳。在本實(shí)施例中，雖然化學(xué)鏈燃燒裝置產(chǎn)生的熱量首先被用于向再沸 器供熱，但該熱量并沒有被用掉排走，而是經(jīng)由水蒸氣冷凝換熱器31的冷卻盤管311以及 換熱器17供給用戶使用。在上述各個(gè)實(shí)施例中，僅描述了完成本發(fā)明各實(shí)施例的技術(shù)方案的基本流程，對(duì) 于實(shí)現(xiàn)該流程的其他零件或者設(shè)備進(jìn)行了省略，例如，保證各個(gè)物質(zhì)流動(dòng)方向所需的泵或者閥門。對(duì)于實(shí)現(xiàn)上述各個(gè)實(shí)施例所述的動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)所需要的其他設(shè)備或者零件，本領(lǐng) 域人員皆可在現(xiàn)有技術(shù)中找到對(duì)應(yīng)的技術(shù)手段，本發(fā)明人在此不再贅述。
本發(fā)明實(shí)施例4提出一種供熱及二氧化碳捕集方法，用于對(duì)二氧化碳和水的混 合氣體進(jìn)行分離，并對(duì)二氧化碳進(jìn)行增壓與液化，同時(shí)還可以對(duì)外供熱。該方法包括冷 凝二氧化碳和水蒸氣的混合氣體中的水蒸氣；對(duì)水蒸氣冷凝后的物料進(jìn)行氣液分離，形成 液體水和二氧化碳?xì)怏w；對(duì)氣液分離后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行冷凝，形成二氧化碳液體。例 如，在實(shí)施例1所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)中水蒸氣冷凝換熱器對(duì)二氧化碳和水蒸氣 的混合氣體進(jìn)行冷卻，水蒸氣冷凝換熱器入口的混合氣體的總壓為2. 6MPa，溫度為230°C， 該冷卻過程包含溫度為90°C和0°C的二級(jí)冷卻，則混合氣體中的大部分水蒸氣會(huì)凝結(jié)為液 態(tài)水，由于混合氣體是連續(xù)供應(yīng)的，且氣路的氣流阻力很小，所以水蒸氣冷凝換熱器內(nèi)的壓 力會(huì)保持在2. 6MPa附近。水蒸氣冷凝換熱器出口物料為含有液態(tài)水的二氧化碳?xì)怏w，將 其引入到氣液分離器中進(jìn)行氣液分離，然后二氧化碳從氣液分離器輸出。由于氣液分離器 與水蒸氣冷凝換熱器連通且且氣路的氣流阻力很小，所以氣液分離器內(nèi)的壓力也會(huì)維持在 2. 6MPa附近。也就是說，經(jīng)過冷卻及氣液分離過程的二氧化碳?xì)怏w的壓力與混合氣的壓力 基本相同，約為2. 6MPa。在二氧化碳儲(chǔ)罐中，在15°C左右對(duì)二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行冷卻，此時(shí)二 氧化碳?xì)怏w會(huì)在2. 6MPa和_13°C左右的條件下凝結(jié)為液體二氧化碳。在上述的過程中，由 于原料混合氣體的供應(yīng)是連續(xù)的，且上述各個(gè)過程是在接近等壓的條件下進(jìn)行的，所以混 合氣體中水的分壓消失后，二氧化碳的分壓則增加至入口混合氣體的總壓，從而在不使用 二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化碳的捕集、增壓與液化。上述過程中，90°C冷卻過 程回收的的熱量可以作為熱源為用戶供熱。較佳的，上述實(shí)施例中所述的混合氣體可以是來自于對(duì)含二氧化碳?xì)怏w(例如， 煙氣)進(jìn)行吸收處理后形成的二氧化碳和水的混合氣體。所述的混合氣體來自于如下步 驟采用二氧化碳吸收液吸收含二氧化碳?xì)怏w(例如，煙氣)中的二氧化碳；加熱上述的吸 收了二氧化碳的二氧化碳吸收液，生成二氧化碳和水蒸氣的混合氣體。上述過程可以采用 實(shí)施例2的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在二氧化碳吸收塔內(nèi)用二氧化碳吸收液與煙氣接觸，使二氧化碳 吸收液吸收煙氣中的二氧化碳形成吸收富液，并降落到二氧化碳吸收塔的塔底；將塔底的 吸收富液輸送到二氧化碳吸收液再生塔中并采用外部熱源對(duì)其加熱升溫，使吸收二氧化碳 的吸收液分解，形成氣體和液體兩相，該氣體主要為二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣。對(duì)吸收富液的 加熱溫度為210-265°C，以產(chǎn)生2. 0-5. OMPa的壓力。再生后形成的氣體作為混合氣體通入 水蒸氣冷凝換熱器中進(jìn)行二氧化碳的捕集。另一方面，將再生后形成的吸收貧液經(jīng)換熱后 通入到二氧化碳吸收塔頂部再次用于吸收煙氣中的二氧化碳。本方法雖然采用了外部熱源 對(duì)二氧化碳吸收液進(jìn)行再生，但是由于沒有存在熱量消耗的步驟，所以該外部熱源的熱量 可以從水蒸氣冷凝換熱器以較低的溫度輸出給用戶。上述過程中所述的二氧化碳吸收液 為碳酸鉀、三氧化二砷、一乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙酸、碳酸丙烯酯和聚乙二醇二甲醚其 中之一或者上述各物質(zhì)的混合物的水溶液。例如，當(dāng)采用碳酸鉀水溶液作為吸收溶液時(shí)，在 吸收反應(yīng)器內(nèi)二氧化碳和碳酸鉀發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鉀。較佳的，采用燃料燃燒向再沸器 供熱，并將燃料燃燒產(chǎn)生的含二氧化碳的煙氣通入二氧化碳吸收塔，從而在供熱的同時(shí)實(shí) 現(xiàn)煙氣中的二氧化碳的捕集。較佳的，上述實(shí)施例所述的供熱及二氧化碳捕集方法還包括化學(xué)鏈燃燒過程，如圖3所示，在化學(xué)鏈燃燒部分設(shè)由預(yù)重整器，以天然氣作為原料，天然氣經(jīng)過部分重整生成 一部分CO和H2進(jìn)入載氧體的還原與氧化反應(yīng)器，進(jìn)行還原反應(yīng)，在相對(duì)較低的溫度下使 CuO/NiO載氧體還原成Cu、Ni并生成水蒸氣和CO2氣體，生成的Ni作為重整催化劑催化CH4 繼續(xù)重整生成CO和H2，從而維持載氧體在較低的溫度下的還原過程。由于在重整過程中， 生成的CO和H2及時(shí)被載氧體所氧化，因而有利于該重整反應(yīng)的進(jìn)行。載氧劑還原過程的 產(chǎn)物只含CO2和H2O, —部分回流至預(yù)重整器，作為天然氣的重整劑，大部分進(jìn)入二氧化碳吸 收塔，在90°C左右的溫度下被碳酸鉀吸收溶液吸收，吸收二氧化碳后的吸收富液進(jìn)入再生 塔，利用化學(xué)鏈燃燒產(chǎn)生的高品位熱量在230°C左右的溫度下進(jìn)行再生，釋放出較高壓力水 蒸氣和CO2的混合氣體(總壓約為2. 6MPa)，并進(jìn)入水蒸氣冷凝換熱器進(jìn)行冷卻。在進(jìn)行載氧體的氧化過程時(shí)，將空氣通入反應(yīng)器，使還原過程中所生成的Cu/Ni 氧化并生成CuO/NiO，同時(shí)放出熱量，得到N2氣體。由于使用了 CuO/NiO載氧體，載氧體的 還原與氧化過程均為放熱過程，從而實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的連續(xù)供熱。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì) 對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于其包括水蒸氣冷凝換熱器、氣液分離器、以及二氧化碳儲(chǔ)罐，所述水蒸氣冷凝換熱器，用于冷凝二氧化碳和水蒸氣的混合氣體中的水蒸氣，使混合氣體中的水蒸氣冷凝為液態(tài)水；所述氣液分離器，用于分離來自水蒸氣冷凝換熱器的液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w；所述二氧化碳儲(chǔ)罐，用于容納來自氣液分離器的二氧化碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于所述的二氧化碳儲(chǔ)罐 中還包括二氧化碳冷凝換熱器，用于冷凝二氧化碳儲(chǔ)罐中的二氧化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于其還包括二氧化碳吸收塔，采用二氧化碳吸收液吸收含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳；以及二氧化碳吸收液再生塔，用于再生來自二氧化碳吸收塔的吸收富液，該二氧化碳吸收 液再生塔連接于所述的水蒸氣冷凝換熱器，向水蒸氣冷凝換熱器提供二氧化碳和水蒸氣的 混合氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于所述的二氧化碳吸收 液為碳酸鉀、三氧化二砷、一乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙酸、碳酸丙烯酯和聚乙二醇二甲醚其 中之一或者上述各物質(zhì)的混合物的水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于其還包括燃燒器，向所述的二氧化碳吸收塔提供燃燒產(chǎn)物，并向所述的二氧化碳吸收液再生塔 提供用于再生二氧化碳吸收液的熱量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于還包括化學(xué)鏈燃燒反 應(yīng)器，在該化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器內(nèi)交替進(jìn)行載氧劑的還原反應(yīng)和載氧劑的氧化反應(yīng)；該化學(xué) 鏈燃燒反應(yīng)器向所述的二氧化碳吸收液再生塔提供用于再生二氧化碳吸收液的熱量，和/ 或向所述的二氧化碳吸收塔提供載氧劑的還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于其還包括預(yù)重整反應(yīng)器，與所述的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器串聯(lián)，化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的進(jìn)料來自于預(yù) 重整反應(yīng)器的物料出口 ；所述化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器中至少填充有氧化銅和氧化鎳作為載氧劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于其還包括循環(huán)管線， 連接化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和預(yù)重整反應(yīng)器，用于將所述載氧劑還原反應(yīng)的部分反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)入 預(yù)重整反應(yīng)器。
9.一種供熱及二氧化碳捕集方法，其特征在于包括冷凝二氧化碳和水蒸氣的混合氣體中的水蒸氣，并將水蒸氣的冷凝熱作為熱源向外部 供熱；對(duì)水蒸氣冷凝后的物料進(jìn)行氣液分離，形成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w；對(duì)氣液分離后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行冷凝，形成液態(tài)二氧化碳。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的供熱及二氧化碳捕集方法，其特征在于所述的混合氣體來 自于如下步驟采用二氧化碳吸收液吸收含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳；加熱上述的吸收了二氧化碳的吸收富液，生成二氧化碳和水蒸氣的混合氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的供熱及二氧化碳捕集方法，其特征在于所述的二氧化碳和 水蒸氣的混合氣體的壓力2. 0 5. OMPa0
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的供熱及二氧化碳捕集方法，其特征在于其中所述的含 二氧化碳?xì)怏w為有機(jī)物的燃燒產(chǎn)物或者化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)過程中載氧劑還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn) 物，所述的加熱熱源為有機(jī)物的燃燒熱或者化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)過程的反應(yīng)熱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種供熱及二氧化碳捕集系統(tǒng)以及方法，可以有效利用熱源，同時(shí)捕集二氧化碳。該系統(tǒng)包括用于冷凝二氧化碳和水蒸氣的混合氣體中水蒸氣的水蒸氣冷凝換熱器；用于分離來自水蒸氣冷凝換熱器的液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w的氣液分離器；二氧化碳儲(chǔ)罐以及用于冷凝二氧化碳儲(chǔ)的二氧化碳冷凝換熱器；進(jìn)行二氧化碳吸收的二氧化碳吸收塔；進(jìn)行吸收富液再生的二氧化碳吸收液再生塔；化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，至少填充有氧化銅和氧化鎳作為載氧劑；在該化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行載氧劑的還原反應(yīng)或者載氧劑的再生反應(yīng)；該化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器向所述的二氧化碳吸收塔提供載氧劑的還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，并向所述的二氧化碳吸收液再生塔的再沸器提供再生熱。
文檔編號(hào)B01D53/14GK101962186SQ20091030473
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者蘇慶泉 申請(qǐng)人:蘇慶泉