一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法，該方法中，將空氣送入壓氣機(jī)(1)內(nèi)，壓縮至指定壓力后送入燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)(2)中，壓縮后的空氣在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中與噴入的天然氣混合燃燒，形成高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)馀蛎涀龉Γ苿?dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(3)發(fā)電；燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)(2)的出口與碳酸化反應(yīng)器(4)的底部連接，用于將燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的富含大量CO2的燃?xì)馔ㄈ胩妓峄磻?yīng)器中，進(jìn)而脫除燃?xì)庵械腃O2。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)合鈣循環(huán)工藝高效捕集CO2的優(yōu)勢(shì)和熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量梯級(jí)利用的特點(diǎn)，將鈣循環(huán)工藝與熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)了熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的零碳排放和獲得了高濃度的可供壓縮儲(chǔ)存的CO2和N2。

A CO2 capture method for gas turbine cogeneration three cogeneration system

The invention discloses a method for gas turbine thermal power cogeneration system three CO2 capture method, in this method, the air compressor (1), compressed to a specified pressure into the gas turbine or internal combustion engine (2), the compressed air is injected into the combustion and gas mixture in a gas turbine or an internal combustion engine the formation of high temperature and high pressure, gas, gas expansion work, promote the impeller to rotate, and drives the generator (3) power generation gas turbine engine; or (2) and the outlet of the carbonation reactor (4) connected to the bottom, for gas turbine or gas internal combustion engine produced abundant CO2 pass into the carbonation reaction device, and removal of gas in CO2. The advantages and characteristics of energy cascade utilization of CCHP system of the invention combines calcium cycle process of efficient capture of CO2, the calcium cycle process and CCHP system coupling, to achieve zero carbon emissions and cogeneration systems are CO2 and N2 for compressing and storing high concentration.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)將鈣循環(huán)工藝和熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行耦合，利用鈣循環(huán)工藝實(shí)現(xiàn)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的零碳排放，同時(shí)又獲得了高濃度的可供壓縮儲(chǔ)存的CO2、N2，屬于能源技術(shù)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)交叉領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種建立在能源梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，首先利用燃?xì)飧咂肺粺崮茉谠瓌?dòng)機(jī)中做功發(fā)電，再利用原動(dòng)機(jī)發(fā)電所產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行供熱、除濕或驅(qū)動(dòng)吸收機(jī)制冷。利用廢熱制冷，減少了夏季電力空調(diào)的需求，對(duì)消減夏季電力峰值可進(jìn)一步起到積極作用。但是在熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，天然氣等氣態(tài)燃料的燃燒會(huì)排放大量CO2，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。碳捕捉與封存技術(shù)(CCS)是目前公認(rèn)的降低全球CO2濃度最為有效的方法。其中，鈣循環(huán)工藝因?yàn)殁}基吸收劑價(jià)格便宜、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)受到了全球的廣泛關(guān)注。其工藝流程主要包括：鈣基吸收劑進(jìn)入煅燒反應(yīng)器煅燒，分解生成CaO與CO2，生成的CO2濃度可以達(dá)到95％以上，壓縮后可以直接回收用于封存；生成的CaO進(jìn)入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)捕集煙氣中的CO2，煙氣中CO2濃度可以降低至5％以下，生成的CaCO3返回煅燒反應(yīng)器進(jìn)行煅燒再生，如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)CO2減排目的。在運(yùn)行過(guò)程中，適時(shí)補(bǔ)充新鮮的鈣基吸收劑和排出部分失活的吸收劑可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問(wèn)題：本專利技術(shù)的目的是提供一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法，以熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上耦合了鈣循環(huán)工藝，實(shí)現(xiàn)了熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的零碳排放，同時(shí)還獲得了高濃度的可供壓縮儲(chǔ)存的CO2和N2。技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法，該方法包括壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、碳酸化反應(yīng)器、膨脹機(jī)、余熱鍋爐、熱交換器A、熱交換器B、吸收式制冷機(jī)組、煅燒反應(yīng)器、空氣分離器、熱交換器C、壓縮機(jī)A、熱交換器D、壓縮機(jī)B、熱交換器E、壓縮機(jī)C、單向控制閥A、單向控制閥B、單向控制閥C、單向控制閥D；其中，燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的出口與碳酸化反應(yīng)器的底部連接，用于將燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的富含大量CO2的燃?xì)馔ㄈ胩妓峄磻?yīng)器中，進(jìn)而脫除燃?xì)庵蠧O2。具體步驟如下：步驟一.將空氣送入壓氣機(jī)內(nèi)，壓縮至指定壓力后送入燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中，壓縮后的空氣在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中與噴入的天然氣混合燃燒，形成高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)馀蛎涀龉Γ苿?dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；步驟二.當(dāng)高溫高壓的燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中經(jīng)膨脹做功溫度降低至650～700℃時(shí)，將這部分仍然帶有一定壓力的燃?xì)馑腿胩妓峄磻?yīng)器中，反應(yīng)器中裝有煅燒后的鈣基吸收劑，此時(shí)在碳酸化反應(yīng)器中，煅燒后的鈣基吸收劑中的主要成分CaO與燃?xì)庵械腃O2反應(yīng)，生成CaCO3，從而脫除了燃?xì)庵械腃O2；步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥C送入煅燒反應(yīng)器中煅燒再生，空氣分離器產(chǎn)生的純氧與天然氣在煅燒反應(yīng)器內(nèi)混合燃燒，提供煅燒鈣基吸收劑所需的熱量；步驟四.煅燒后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥D又重新回到碳酸化反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的循環(huán)；多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑從煅燒反應(yīng)器的排渣口排出，同時(shí)加入適量新鮮的鈣基吸收劑；步驟五.煅燒鈣基吸收劑釋放的CO2和天然氣燃燒生成的CO2經(jīng)過(guò)熱交換器C釋放出熱量后，依次進(jìn)入壓縮機(jī)A、壓縮機(jī)B、壓縮機(jī)C進(jìn)行多級(jí)壓縮后儲(chǔ)存；其中，熱交換器D、熱交換器E分別對(duì)前級(jí)壓縮后的CO２氣流進(jìn)行冷凝除水和降低溫度；步驟六.在碳酸化反應(yīng)器中脫除CO2后的燃?xì)饫^續(xù)送入膨脹機(jī)內(nèi)膨脹做功，帶動(dòng)步驟五中所提及的多級(jí)壓縮機(jī)組壓縮CO２氣流；在膨脹機(jī)內(nèi)做完功后的燃?xì)馑腿胗酂徨仩t進(jìn)行余熱回收，加熱水蒸氣，經(jīng)余熱鍋爐后的燃?xì)馑腿霟峤粨Q器A中，經(jīng)冷凝除水后，熱交換器A出口可以得到高濃度的N2；步驟七.余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣一部分通過(guò)單向控制閥A進(jìn)入熱交換器B，經(jīng)熱交換器B調(diào)節(jié)溫度后作為熱源進(jìn)行供暖，剩余的水蒸氣通過(guò)單向控制閥B送入吸收式制冷機(jī)組，為工質(zhì)再生提供熱量。其中：步驟一中所提及的燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)可以用其他具有相同功效的設(shè)備代替，并不僅局限于燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)這兩種形式。步驟二中鈣基吸收劑為CaCO3或以CaO/Ca(OH)2/CaCO3為主要成分的天然礦物或廢棄物。碳酸化反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為650～700℃，反應(yīng)壓力由進(jìn)入碳酸化反應(yīng)器內(nèi)的燃?xì)獾膲毫Q定，燃?xì)鈮毫?huì)隨燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)型號(hào)不同而有所區(qū)別，但通常高于常壓。步驟三中煅燒鈣基吸收劑所需要的溫度為900～950℃，反應(yīng)壓力為常壓。空氣分離器提供煅燒反應(yīng)器中天然氣燃燒所需要的純氧，同時(shí)可以得到高濃度的N2。步驟三、步驟四中鈣基吸收劑在碳酸化反應(yīng)器和煅燒反應(yīng)器中的循環(huán)分別可以通過(guò)兩級(jí)鎖氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。步驟五中對(duì)于熱交換器C出口的CO2并不限制為三級(jí)壓縮，可以根據(jù)所需CO2的壓力采取合適的壓縮級(jí)數(shù)。步驟七中可以通過(guò)控制單向控制閥A和單向控制閥B的開度，從而控制制冷負(fù)荷和供暖負(fù)荷。有益效果：1.可以同時(shí)獲得供熱、制冷、發(fā)電、CO2和N2五種收益，充分實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用；2.整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了CO2的零排放，有利于緩解溫室效應(yīng)；3.多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑可以作為水泥生產(chǎn)廠的原料，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例示意圖。圖2為一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法的示意圖。圖中有：壓氣機(jī)1、燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)2、發(fā)電機(jī)3、碳酸化反應(yīng)器4、膨脹機(jī)5、余熱鍋爐6、熱交換器A7、單向控制閥A8、熱交換器B9、單向控制閥B10、吸收式制冷機(jī)組11、單向控制閥C12、煅燒反應(yīng)器13、單向控制閥D14、空氣分離器15、熱交換器C16、壓縮機(jī)A17、熱交換器D18、壓縮機(jī)B19、熱交換器E20、壓縮機(jī)C21。具體實(shí)施方式實(shí)施例下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本專利技術(shù)做更進(jìn)一步地解釋。下述實(shí)施例不以任何形式限制本專利技術(shù)，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均處于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍之中。一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法，如圖1所示，包括如下步驟：步驟一.將空氣引入壓氣機(jī)中，壓縮至指定壓力后通入燃?xì)廨啓C(jī)中和噴入的天然氣混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)狻１緦?shí)施例中燃燒裝置選用燃?xì)廨啓C(jī)，產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟群蛪毫Ψ謩e為852℃和0.98MPa。燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。為保證碳酸化爐中鈣基吸收劑處于脫除CO2的最佳溫度，本專利技術(shù)中燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度選定為650℃。經(jīng)計(jì)算，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)排氣壓力對(duì)應(yīng)為0.44MPa。步驟二.將燃?xì)廨啓C(jī)排出的650℃、0.44MPa的燃?xì)馔ㄈ胩妓峄癄t中，爐中裝有煅燒后的鈣基吸收劑。燃?xì)庵械腃O２和煅燒后的鈣基吸收劑發(fā)生碳酸化反應(yīng)，反應(yīng)方程為CaO+CO2→CaCO3，從而脫除了燃?xì)庵械腃O2。與此同時(shí)，燃?xì)庾陨韼в械膲毫τ欣谔妓峄磻?yīng)的加速進(jìn)行。步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑送入煅燒爐中進(jìn)行煅燒反應(yīng)，反應(yīng)方程為CaCO3→CaO+CO2，。煅燒過(guò)后的鈣基吸收劑又重新送回碳酸化爐中繼續(xù)吸收燃?xì)庵械腃O2，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鈣基吸收劑的循環(huán)利用。煅燒爐中反應(yīng)溫度通常為850～950℃，本實(shí)施例中設(shè)置為950℃。煅燒爐中煅燒CaCO3的熱量來(lái)源于天然氣和純氧的混合燃燒，其中純氧由空氣分離器制取。空氣分離器制取純氧的同時(shí)可以獲得N2，對(duì)N2經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后即可壓縮儲(chǔ)存。多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑從本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法，其特征在于該方法包括如下步驟：步驟一.將空氣送入壓氣機(jī)(1)內(nèi)，壓縮至指定壓力后送入燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)(2)中，壓縮后的空氣在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中與噴入的天然氣混合燃燒，形成高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)馀蛎涀龉Γ苿?dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(3)發(fā)電；步驟二.當(dāng)高溫高壓的燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中經(jīng)燃燒膨脹做功溫度降低至650～700℃時(shí)，將這部分仍然帶有一定壓力的煙氣送入碳酸化反應(yīng)器(4)中，碳酸化反應(yīng)器中裝有煅燒后的鈣基吸收劑，此時(shí)在碳酸化反應(yīng)器中，煅燒后的鈣基吸收劑中的主要成分CaO與燃?xì)庵械腃O2反應(yīng)，生成CaCO3，從而脫除了燃?xì)庵械腃O2；步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥C(12)送入煅燒反應(yīng)器(13)中煅燒再生，空氣分離器(15)產(chǎn)生的純氧與天然氣在煅燒反應(yīng)器內(nèi)混合燃燒，提供煅燒鈣基吸收劑所需的熱量；步驟四.煅燒后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥D(14)又重新回到碳酸化反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的循環(huán)；多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑從煅燒反應(yīng)器的排渣口排出，同時(shí)加入適量新鮮的鈣基吸收劑；步驟五.煅燒鈣基吸收劑釋放的CO2和天然氣燃燒生成的CO2經(jīng)過(guò)熱交換器C(16)釋放出熱量后，依次進(jìn)入壓縮機(jī)A(17)、壓縮機(jī)B(19)、壓縮機(jī)C(21)進(jìn)行多級(jí)壓縮后儲(chǔ)存；其中，熱交換器D(18)、熱交換器E(20)分別對(duì)前級(jí)壓縮后的CO2氣流進(jìn)行冷凝除水和降低溫度；步驟六.在碳酸化反應(yīng)器中脫除CO2后的燃?xì)饫^續(xù)送入膨脹機(jī)(5)內(nèi)膨脹做功，帶動(dòng)步驟五中所提及的壓縮機(jī)A(17)、壓縮機(jī)B(19)、壓縮機(jī)C(21)壓縮CO2氣流；在膨脹機(jī)內(nèi)做完功后的燃?xì)馑腿胗酂徨仩t(6)進(jìn)行余熱回收，加熱水蒸氣，經(jīng)余熱鍋爐后的燃?xì)馑腿霟峤粨Q器A(7)中，經(jīng)冷凝除水后，熱交換器A出口可以得到高濃度的N2；步驟七.余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣一部分通過(guò)單向控制閥A(8)進(jìn)入熱交換器B(9)，經(jīng)熱交換器B調(diào)節(jié)溫度后作為熱源進(jìn)行供暖，剩余的水蒸氣通過(guò)單向控制閥B(10)送入吸收式制冷機(jī)組(11)，為工質(zhì)再生提供熱量。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕捉方法，其特征在于該方法包括如下步驟：步驟一.將空氣送入壓氣機(jī)(1)內(nèi)，壓縮至指定壓力后送入燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)(2)中，壓縮后的空氣在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中與噴入的天然氣混合燃燒，形成高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)馀蛎涀龉Γ苿?dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(3)發(fā)電；步驟二.當(dāng)高溫高壓的燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中經(jīng)燃燒膨脹做功溫度降低至650～700℃時(shí)，將這部分仍然帶有一定壓力的煙氣送入碳酸化反應(yīng)器(4)中，碳酸化反應(yīng)器中裝有煅燒后的鈣基吸收劑，此時(shí)在碳酸化反應(yīng)器中，煅燒后的鈣基吸收劑中的主要成分CaO與燃?xì)庵械腃O2反應(yīng)，生成CaCO3，從而脫除了燃?xì)庵械腃O2；步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥C(12)送入煅燒反應(yīng)器(13)中煅燒再生，空氣分離器(15)產(chǎn)生的純氧與天然氣在煅燒反應(yīng)器內(nèi)混合燃燒，提供煅燒鈣基吸收劑所需的熱量；步驟四.煅燒后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥D(14)又重新回到碳酸化反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的循環(huán)；多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑從煅燒反應(yīng)器的排渣口排出，同時(shí)加入適量新鮮的鈣基吸收劑；步驟五.煅燒鈣基吸收劑釋放的CO2和天然氣燃燒生成的CO2經(jīng)過(guò)熱交換器C(16)釋放出熱量后，依次進(jìn)入壓縮機(jī)A(17)、壓縮機(jī)B(19)、壓縮機(jī)C(21)進(jìn)行多級(jí)壓縮后儲(chǔ)存；其中，熱交換器D(18)、熱交換器E(20)分別對(duì)前級(jí)壓縮后的CO2氣流進(jìn)行冷凝除水和降低溫度；步驟六.在碳酸化反應(yīng)器中脫除CO2后的燃?xì)饫^續(xù)送入膨脹機(jī)(5)內(nèi)膨脹做功，帶動(dòng)步驟五中所提及的壓縮機(jī)A(17)、壓縮機(jī)B(19)、壓縮機(jī)C(21)壓縮CO2氣流；在膨脹機(jī)內(nèi)做完功后的燃?xì)馑腿胗酂徨仩t(6)進(jìn)行余熱回收，加熱水蒸氣，經(jīng)余熱鍋爐后的燃?xì)馑腿霟峤粨Q器A(7)中，經(jīng)冷凝除水后，熱交換器A出口可以得到高濃度的N2；步驟七.余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣一部分通過(guò)單向控制閥A(8)進(jìn)入熱交換器B(9)，經(jīng)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：段倫博，陳健，蘇成林，石田，周琳緋，楊朋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32