一种气体捕集储存系统及方法

技术领域

本申请涉及船舶尾气净化领域，具体涉及一种气体捕集储存系统及方法。

背景技术

船舶碳捕集封存后处理技术以其减排力度大、对船舶运行工况匹配性好、经济性等优势已成为船舶排放的重要技术路线。虽然该技术可以实现大规模碳减排，但存在着系统解吸能耗高的问题，难以满足实际船舶的应用需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气体捕集储存系统及方法，可以解决上述技术问题。

本申请实施例提供一种气体捕集储存系统，包括：

吸收单元，所述吸收单元具有第一进口和第一出口，含碳烟气自所述第一进口送入所述吸收单元，所述含碳烟气中含有二氧化碳，所述含碳烟气与所述吸收单元内的吸收液接触，形成第一溶液，所述第一溶液自所述第一出口送出；

解吸单元，所述解吸单元具有第二进口，所述第一出口送出的第一溶液自所述第二进口送入所述解吸单元；

气体传送单元，所述气体传送单元用于向所述解吸单元中送入解吸气体，所述解吸气体与所述第一溶液接触，完成至少部分所述二氧化碳的解吸，形成第二溶液，所述第二溶液自所述解吸单元送入所述吸收单元。

在一些实施例中，还包括循环单元，所述循环单元包括第一循环泵，所述第一循环泵的进口与所述第一出口连通，所述第一循环泵的出口与所述第二进口连通。

在一些实施例中，所述循环单元包括第二循环泵，所述吸收单元具有第三进口，所述解吸单元具有第二出口，所述第二循环泵的进口与所述第二出口连通，所述第二循环泵的出口与所述第三进口连通。

在一些实施例中，所述循环单元包括换热器，所述换热器分别与所述第一循环泵的出口和所述第二循环泵的出口连通。

在一些实施例中，所述换热器具有第一换热出口，所述第一换热出口与所述第二进口连通；所述换热器具有第二换热出口，所述第二换热出口与所述第三进口连通。

在一些实施例中，所述循环单元包括第一加热器，所述第一加热器设置于所述第一换热出口与所述第二进口之间。

在一些实施例中，述循环单元包括冷却器，所述冷却器设置于所述第二换热出口与所述第三进口之间。

在一些实施例中，所述气体传送单元包括膜分离器，所述解吸单元具有第三出口，所述膜分离器的进口与所述第三出口连通。

在一些实施例中，所述气体传送单元包括冷凝器，所述冷凝器设置于所述膜分离器与所述第三出口之间。

在一些实施例中，所述气体传送单元包括第二加热器，所述解吸单元具有第四进口，所述第二加热器设置于所述膜分离器与所述第四进口之间。

在一些实施例中，所述气体传送单元具有第五进口，所述第五进口用于送入解吸气体。

相应的，本申请提供了一种气体捕集方法，包括：

含碳烟气送入吸收单元，所述吸收单元中具有吸收液，所述含碳烟气中包括二氧化碳，所述吸收液与所述含碳烟气接触后，形成第一溶液；

所述第一溶液送入解吸单元，气体传送单元向所述解吸单元中送入解吸气体，用于解吸所述第一溶液中的二氧化碳；

经解吸后的第一溶液形成第二溶液，所述第二溶液自所述解吸单元送入所述吸收单元。

在一些实施例中，所述吸收单元具有第一气压，所述第一气压的压力范围为0.8～1.2bar。

在一些实施例中，所述吸收单元具有第一温度，所述第一温度的范围为30～40℃。

在一些实施例中，所述解吸单元具有第二气压，所述第二气压的压力范围为0.8～1.2bar。

在一些实施例中，所述解吸单元具有第二温度，所述第二温度的范围为80～90℃。

本申请的有益效果在于：相较于现有技术，本申请提供了气体捕集储存系统及方法。本申请的气体捕集储存系统，包括：吸收单元：吸收单元具有第一进口和第一出口，含碳烟气自第一进口送入吸收单元，含碳烟气中含有二氧化碳，含碳烟气与吸收单元内的吸收液接触，形成第一溶液，第一溶液自第一出口送出；解吸单元，解吸单元具有第二进口，第一出口送出的第一溶液自第二进口送入解吸单元；气体传送单元，气体传送单元用于向解吸单元中送入气体，气体与第一溶液接触，完成至少部分二氧化碳的解吸，形成第二溶液，第二溶液自解吸单元送入吸收单元。本申请的气体捕集储存系统通过利用解吸气体降低解吸系统内的二氧化碳的分压，促进二氧化碳的解吸反应发生，降低解吸系统再生能耗，降低了系统运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为双膜理论的气提解吸原理图；

图2为本申请实施例中气体捕集储存系统的结构示意图；

图3为本申请实施例中气体捕集方法的流程示意图；

图中，100-吸收单元，110-吸收塔101-第一进口，102-第一出口，103-第三进口，200-解吸单元，210-解吸塔，201-第二进口，202-第二出口，203-第三出口，204-第四进口，300-气体传送单元，301-膜分离器，302-冷凝器，303-第二加热器，304-第五进口，400-循环单元，401-第一循环泵，402-第二循环泵，403-换热器，4031-第一换热出口，4032-第二换热出口，404-第一加热器，405-冷却器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例和附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加数字要求或建立顺序。本申请的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

气提解吸CO

在一些实施例中，气体捕集储存系统还包括循环单元400，循环单元400包括第一循环泵401，第一循环泵401的进口与第一出口102连通，第二进口201连通。

在一些实施例中，吸收单元100的主体结构为吸收塔，吸收塔具有用于含碳烟气送入的第一进口101，在一些实施例中，第一进口101位于吸收塔的下方，含碳烟气自第一进口101送入吸收塔的下方，含碳烟气在吸收塔中自下向上流动。

在一些实施中，吸收单元100具有第三进口103，在一些实施例中，第三进口位于吸收塔的上方，吸收液从吸收塔自上往下喷淋，含碳烟气自吸收塔底部进入向上流动，完成吸收液对于含碳烟气的吸附，其中，含碳烟气中的二氧化碳被吸收液吸附，形成第一溶液(富液)。

在一些实施中，吸收塔内可布置填料，用于增加吸收液与含碳烟气的接触面积和吸附效率，在一些具体实施例中，填料可以选择波纹板、陶瓷填料、金属填料中的一种或者多种。填料可使用散装或规整填料。

在一些实施例中，填料的形式、尺寸、型号与规格可根据实际脱除CO

在一些实施例中，吸收液包括有机胺类溶液，可采用MEA(乙醇胺)、MDEA(2-甲基-二乙氨基乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)等单一或混合有机胺溶液。

在一些实施例中，含碳烟气经过吸收液吸附后，洁净烟气自吸收塔顶部排出。

在一些实施例中，解吸单元200的主体结构为解吸塔210，位于解吸塔210内的第一溶液(富液，吸收过CO

在一些实施例中，解吸塔210上设置有第二进口201，第一溶液自第二进口201送入解吸塔，在一些实施例中，第二进口201位于解吸塔210上方，第一溶液自解吸塔210的塔顶送入解吸塔210中。

在一些实施例中，解吸塔210内同时送入解吸气体，解吸气体可以为不含溶质的氮气或溶剂蒸汽。在一些实施例中，解吸塔210具有第四进口204，解吸气体通过第四进口204送入解吸塔210内，在一些具体实施例中，第四进口204设置于解吸塔210的内部。富液在解吸塔210内解吸，重新释放出CO

在一些实施例中，解吸塔210具有第二出口202，在一些实施例中，第二出口202位于解吸塔210底部，第二溶液通过第二出口202送入吸收塔110。

在一些实施例中，解吸塔210具有第三出口203，在一些实施例中，第三出口203位于解吸塔210顶部，第三出口203用于送出位于解吸塔210内的产品气。在一些具体应用例中，解吸塔210顶部的第三出口203的产品气包括CO

在一些实施例中，气体传送单元300包括膜分离器301，膜分离器301的进口与第三出口203连通，膜分离器301在一些实施例中为氮气膜分离器，同于将氮气和二氧化碳分离，分离出的二氧化碳为高纯气体，送入储罐储存。膜分离器301分离出的氮气再次送入解吸塔210中进行循环。在一些实施例中，膜分离器301配有自增压装置，将产品气压力提升，过膜分离装置后，若满足船上液化模块需求，可取消传统的压缩模块，直接将满足压力的产品气液化储存。

为了实现产品气的提纯，气体传送单元300还包括冷凝器302，冷凝器302设置于膜分离器301与第三出口203之间，冷凝器302用于将产品气中的水蒸气进行分离，分离出的冷凝水汽送入解吸塔210内循环，补充解吸塔210内的水汽蒸发损失。

在一些实施例中，气体传送单元300包括第二加热器303，解吸单元200具有第四进口204，第二加热器303设置于膜分离器301之间与第四进口204之间，用于加热送入解吸塔210内的解吸气体，维持解吸塔210内的温度，在一些具体实施例方式中，第二加热器303为电加热器，在一些具体实施例中，经过第二加热器303加热的解吸气体的温度在85～95℃，如90℃。

在一些实施例中，气体传送单元300具有第五进口304，第五进口304用于送入解吸气体，在一些具体实施例中，第五进口304位于第二加热器303和膜分离器301之间，如第五进口304可以送入氮气，与从膜分离器301送出的氮气一起进入第二加热器303中进行加热，随后送入解吸塔210内，用于补充或者调整解吸塔210内送入的解吸气体的用量。

在一些实施例中，本申请的捕集储存系统还包括循环单元400，循环单元400包括第一循环泵401，第一循环泵401的进口与第一出口102连通，第二进口201连通，在一些实施例中，第一循环泵401为富液循环泵。

循环单元400包括第二循环泵402，吸收单元100具有第三进口103，解吸单元200具有第二出口202，第二循环泵402的进口与第二出口202连通，第二循环泵402的出口与第三进口103连通，在一些实施例中，第二循环泵402为贫液循环泵。

为了调节送入吸收塔110和解吸塔210中的贫/富液的温度，循环单元400包括换热器403，换热器403分别与第一循环泵401的出口和第二循环泵402的出口连通，换热器403具有第一换热出口4031，第一换热出口4031与第二进口201连通；换热器403具有第二换热出口4032，第二换热出口4032与第三进口103连通。

在一些实施例中，自第一循环泵401出口送入换热器403的第一溶液的温度范围在30～40℃，经过换热器403换热后，自换热器403的第一换热出口4031送出的富液的温度为75～85℃左右，如80℃。

在一些实施例中，自第二循环泵402出口送入换热器403的第二溶液的温度范围在85～95℃，如90℃，经过换热器403换热后，自换热器403的第二换热出口4032送出的贫液的温度为45～55℃左右，如50℃。

在一些实施例中，循环单元400包括第一加热器404，第一加热器404设置于第一换热出口4031与第二进口201之间。第一加热器404用于加热自换热器403送出的第一溶液，将第一溶液加热至所需温度，如从80℃加热至90℃。

在一些实施例中，循环单元400包括冷却器405，冷却器405设置于第二换热出口4032与第三进口103之间，冷却器405用于降低进入吸收塔110内的第二溶液的温度，如将第二溶液的温度从50℃降至40℃。

如图3所示，利用如图2所示的气体捕集储存系统的气体捕集方法，包括：

含碳烟气送入吸收单元100，吸收单元100中具有吸收液，含碳烟气中包括二氧化碳，吸收液与含碳烟气接触后，形成第一溶液；第一溶液送入解吸单元200，气体传送单元300向解吸单元200中送入解吸气体，用于解吸第一溶液中的二氧化碳；经解吸后的第一溶液形成第二溶液，第二溶液自解吸单元200送入吸收单元100。

在一些具体应用例中，含有CO

在一些具体实施例中，吸收液为有机胺溶液，本申请采用有机胺溶液对含碳烟气中CO

在具体应用例中，吸收塔110具有第一气压，第一气压的压力范围为0.8～1.2bar，如第一气压为1bar。本申请的吸收塔110的最佳气压为1bar，整个系统无需施加任何压力，降低了对于循环单元400中循环泵等的元件压力。此外，利用氮气气体降低解吸塔210内CO

在具体应用例中，解吸塔210具有第二气压，第二气压的压力范围为0.8～1.2bar，如第二气压为1bar。本申请的解吸塔210的最佳气压为1bar，整个系统无需施加任何压力，降低了对于循环单元400中循环泵等的元件压力和泵组的用量，降低了施工难度。在具体应用例中，解吸塔210具有第二温度，第二温度的范围为80～90℃。

本申请的采用氮气气提解吸CO

在一些具体实施例中，通过以下方法捕集二氧化碳：

含碳烟气送入吸收单元100，吸收单元100中具有吸收液，含碳烟气中包括二氧化碳，吸收液与含碳烟气接触后，形成第一溶液，吸收塔110内的吸收液为有机胺溶液，吸收塔内的温度为40℃，吸收塔110内的气压为1bar；

第一溶液经过换热器403换热后，送入解吸单元200，经过换热器403换热后的第一溶液的温度由40℃升至80℃；当解吸塔210内的温度维持在80℃，则此时第一加热器404无需加热，当解吸塔210内的温度维持在90℃，则通过第一加热器404将富液加热至90℃送至解吸塔210内；

气体传送单元300向解吸单元200中送入解吸气体，解吸气体为氮气，通过第二加热器303将氮气加热至90℃，自下而上送入解吸塔210，用于解吸第一溶液中的二氧化碳，解吸塔210的温度维持在80～90℃，气压为1bar，在本实施例中，解吸塔210的温度维持在90℃，

经解吸后的第一溶液形成第二溶液，第二溶液经过换热器403换热后，第二溶液经过换热器403换热后，温度从90℃降低至50℃，随后，通过设置在换热器403和吸收塔110的第三进口103之间的冷却器冷却至40℃送入吸收塔110。

自解吸塔210的第三出口203送出的产品气经冷凝器302冷却至30℃送入氮气膜分离器，经过氮气膜分离器分离的二氧化碳送入下一程序，分离的氮气再次进入循环。

请参见表1所示，表1中的二氧化碳解吸的能耗和本申请气提解吸方法的能耗作对比：吸收塔的设置参数相同，二氧化碳解吸与本申请的不同之处在于，不设置气体传送单元，二氧化碳解吸方法中的解吸塔内的温度范围为110～120℃，压力为1.5bar，本申请的解吸塔的温度范围为80-90℃，压力为1bar。

表1不同工艺能耗对比

表2本申请中气提解吸能耗

注1：表2的能耗是以150Nm

从表1和表2的结果可以看出，本申请通过气提解吸方法捕集含碳烟气中的二氧化碳，可以大幅降低系统能耗，降低了循环单元400送入解吸塔210内的富液的温度，降低了整个系统的能耗。且本申请通过氮气膜分离器，不仅可以分离二氧化碳和解吸气体，且分离出的二氧化碳可以直接将满足压力的产品气液化储存，无需单独增加加压装置。且本申请通过解吸气体送入解吸塔210，降低了二氧化碳的解吸压力。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种气体捕集储存系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。