一种二氧化碳捕集系统

1.本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，特别是涉及一种二氧化碳捕集系统。


背景技术：

2.碳捕集、利用与封存(carbon capture，utilization and storage，ccus)技术是指将co2从相关排放源捕集并分离出来，输送到工厂利用或海洋、油气田等地点进行长期封存，从而减少温室气体排放的技术。该技术被认为是最具前景的碳减排技术。co2捕集技术是ccus技术的关键环节，目前，co2捕集工艺可以分为以下三类：燃烧前捕集、富氧燃烧捕集(燃烧中捕集)以及燃烧后捕集，绝大多数co2的捕集都是采用燃烧后捕集技术。针对化石燃料燃烧后co2捕集的主流技术有化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法和膜分离法等，其中化学吸收法因其吸收速度快、吸收容量大、市场前景较好等特点，应用最为广泛。
3.化学吸收法的原理是：低温下溶剂与co2发生化学反应将其吸收，加热时饱和吸收剂发生吸收的逆反应，从而将co2解吸出来。如图1所示的传统化学吸收工艺，其中，具备一定co2浓度的烟气经过预处理(包括除尘、脱硫、脱硝等)后进入吸收塔，与吸收剂(即贫液)逆流接触，通过传质、扩散和反应等过程，co2与吸收剂发生化学反应，形成可溶解于水的稳定或亚稳定化合物。吸收了co2的吸收剂(即富液)经换热器升温后流入再生塔中并与高温蒸汽再次发生热交换，稳定或亚稳定化合物受热发生分解并释放出co2，从再生塔解吸出的co2再经过后续降温、干燥和净化流程，成为纯度较高的co2产品，同时解吸出co2的吸收剂(即贫液)再经换热器降温后，返回吸收塔循环吸收co2。
4.目前研究和应用较多的化学吸收法有活化热钾碱法和多醇胺法，如申请号为201810687897.8的中国发明专利公布了一种利用碳酸钾溶液捕集烟道尾气中二氧化碳的方法，申请号为201810688782.4的中国发明专利公布了一种利用氢氧化钾和碳酸钾捕集二氧化碳的方法。上述方法虽然具有吸收速度快、净化度高、再生气纯度高等优点，但因其存在吸收剂浓度低、大量溶剂蒸发(热钾碱法水蒸气与co2摩尔比为1.8～2.2)、有机溶剂易蒸发和易降解、再生能耗高(普遍大于2.4gj/t co2)等缺点，尤其是操作成本和再生能耗过高，阻碍了其大规模工业推广应用。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种具有效率高、能耗低等特点的二氧化碳捕集系统。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种二氧化碳捕集系统，包括：二氧化碳吸收装置、固液分离装置、二氧化碳解吸装置、第一换热装置、第二换热装置和热泵；
8.所述二氧化碳吸收装置的顶端出口经气体管路与所述第一换热装置的第一入口连接；所述二氧化碳吸收装置的侧端出口经浆液管路与所述第一换热装置的第二入口连接；所述二氧化碳吸收装置的第一侧端入口经浆液管路与所述第一换热装置的第一出口连
接；所述二氧化碳吸收装置的底端设置有气体入口；
9.所述第一换热装置的第二出口经蒸汽管路与所述热泵的第一入口连接；所述热泵的第一出口经液体管路分别与所述第一换热装置的第三入口和所述第二换热装置的第一入口连接；所述热泵的第二出口经蒸汽管路与所述二氧化碳解吸装置的第一侧端入口连接；所述二氧化碳解吸装置的顶端出口经气体管路与所述第二换热装置的第二入口连接；所述第二换热装置的第一出口经蒸汽管路与所述热泵的第二入口连接；所述第二换热装置的第二出口经液体管路与所述二氧化碳吸收装置的第一侧端入口连接；所述二氧化碳吸收装置的底端出口经浆液管路与所述固液分离装置的第一入口连接；所述固液分离装置的第一出口与所述二氧化碳解吸装置的第二侧端入口管路连接；所述二氧化碳解吸装置的底端出口以及所述固液分离装置的第二出口均经浆液管路与所述二氧化碳吸收装置的第二侧端入口连接。
10.可选地，所述二氧化碳吸收装置至少为一级吸收塔；
11.所述一级吸收塔中填充有二氧化碳吸收剂。
12.可选地，所述二氧化碳吸收剂为能够实现反应结晶相变的化合物溶液。
13.可选地，所述化合物溶液包括碳酸钾溶液和/或碳酸钠溶液。
14.可选地，所述二氧化碳吸收装置为反应分离一体化装置。
15.可选地，所述反应分离一体化装置包括：微气泡气体分布器、初步分离装置和吸收塔；
16.所述微气泡气体分布器设置在所述吸收塔底部，所述气体入口设置在所述吸收塔上，且气体从所述气体入口进入所述吸收塔，经所述微气泡气体分布器后被分散成小于预设值的气泡；
17.所述吸收塔包括主体管道、第一管道和第二管道；所述主体管道中填充有二氧化碳吸收剂；所述第一管道和所述第二管道均与所述主体管道连通，且进行一体化设置；所述气泡与所述主体管道中的二氧化碳吸收剂反应后，经所述第二管道进入所述初步分离装置；所述初步分离装置进行初步固液分离后，将小颗粒浆液返回至所述主体管道，大颗粒浆液经液体管路进入所述固液分离装置；所述小颗粒浆液的浓度小于所述大颗粒浆液的浓度，且浆液颗粒的大小基于设定颗粒值确定。
18.可选地，所述第一换热装置上设有未反应气体出口，所述第二换热装置上设有二氧化碳气体出口。
19.可选地，所述第一换热装置和所述第二换热装置均为冷却换热蒸发器。
20.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
21.本发明提供的二氧化碳捕集系统，通过结合换热装置(即第一换热装置和第二换热装置)与热泵，利用水蒸气汽化吸收大量潜热而在液化时释放大量潜热的特性，充分利用其吸收的反应热，将换热装置产生的水蒸气通过热泵(循环性能系数cop一般为4～10)实现热量品位的提升，从而为二氧化碳解吸过程提供能量，实现了蒸汽潜热的再利用，不仅可将二氧化碳吸收阶段的反应放热全部用于其解吸阶段的吸热过程，还解决了传统二氧化碳化学捕集工艺在吸收和解吸装置之间存在的大量且反复的升降温过程而造成的热量消耗的问题，显著降低了吸收剂再生过程和二氧化碳捕集过程的能量消耗，同时提高效率，进而能够解决现有技术中存在的能耗偏高、无法进行大规模工业推广应用等问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
23.图1为传统化学吸收工艺流程示意图；
24.图2为本发明实施例1提供的二氧化碳捕集系统的流程示意图；
25.图3为本发明实施例2提供的二氧化碳捕集系统的流程示意图；
26.图4为本发明实施例3提供的二氧化碳捕集系统的流程示意图。
27.符号说明：
28.1-二氧化碳吸收装置，2-固液分离装置，3-二氧化碳解吸装置，4-第一换热装置，5-第二换热装置，6-热泵，7-气体入口，8-未反应气体出口，9-二氧化碳气体出口，10-微气泡气体分布器，11-初步分离装置，12-吸收塔，13-第一管道，14-第二管道。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明的目的是提供一种具有高效率、低能耗等特点的二氧化碳捕集系统，以解决现有技术中存在的能耗偏高、无法进行大规模工业推广应用等问题。
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
32.实施例1
33.如图2所示，该实施例中提供的二氧化碳捕集系统，包括：二氧化碳吸收装置1、固液分离装置2、二氧化碳解吸装置3、第一换热装置4、第二换热装置5和热泵6。
34.二氧化碳吸收装置1的顶端出口经气体管路与第一换热装置4的第一入口连接。二氧化碳吸收装置1的侧端出口经浆液管路与第一换热装置4的第二入口连接。二氧化碳吸收装置1的第一侧端入口经浆液管路与第一换热装置4的第一出口连接。二氧化碳吸收装置1的底端设置有气体入口7。
35.第一换热装置4的第二出口经蒸汽管路与热泵6的第一入口连接。热泵6的第一出口经液体管路分别与第一换热装置4的第三入口和第二换热装置5的第一入口连接。热泵6的第二出口经蒸汽管路与二氧化碳解吸装置3的第一侧端入口连接。二氧化碳解吸装置3的顶端出口经气体管路与第二换热装置5的第二入口连接。第二换热装置5的第一出口经蒸汽管路与热泵6的第二入口连接。第二换热装置5的第二出口经液体管路与二氧化碳吸收装置1的第一侧端入口连接。二氧化碳吸收装置1的底端出口经浆液管路与固液分离装置2的第一入口连接。固液分离装置2的第一出口与二氧化碳解吸装置3的第二侧端入口管路连接。二氧化碳解吸装置3的底端出口以及固液分离装置2的第二出口均经浆液管路与二氧化碳吸收装置1的第二侧端入口连接。
36.其中，该实施例中采用的二氧化碳吸收装置1为一级吸收塔。一级吸收塔中填充有二氧化碳吸收剂。二氧化碳吸收剂为能够实现反应结晶相变的化合物溶液，例如碳酸钾溶液和/或碳酸钠溶液。
37.进一步，第一换热装置4上设有未反应气体出口8，第二换热装置5上设有二氧化碳气体出口9。
38.为了进一步提高水蒸气汽化潜热特性的利用效果，本实施例中采用的第一换热装置4和第二换热装置5均优选为冷却换热蒸发器。
39.基于本实施例上述提供的二氧化碳捕集系统的结构，其实施原理为：
40.待处理气体从气体入口7进入二氧化碳吸收装置1，待处理气体中的co2与二氧化碳吸收装置1中填充的吸收剂反应生成固态吸收产物，未反应气体与水蒸气通过气体管路进入第一换热装置4，其中水蒸气通过相变成为液态水并返回至二氧化碳吸收装置1，未反应气体通过未反应气体出口8排出，二氧化碳吸收装置1中的浆液通过浆液管路进入第一换热装置4，浆液在第一换热装置4中进行换热后通过浆液管路返回二氧化碳吸收装置1，第一换热装置4产生的水蒸气通过蒸汽管路进入热泵6，热泵6产生的液态水通过液体管路最终返回第一换热装置4和第二换热装置5，热泵6产生的水蒸汽通过蒸汽管路进入二氧化碳解吸装置3。
41.二氧化碳吸收装置1中的固态吸收产物通过浆液管路进入固液分离装置2，分离后的清液通过清液回流管路返回二氧化碳吸收装置1，分离后的固体通过管路进入二氧化碳解吸装置3。
42.固态吸收产物在二氧化碳解吸装置3中被解吸后，生成的co2和水蒸气通过气体管路进入第二换热装置5，其中水蒸气通过相变生成液态水并返回至二氧化碳吸收装置1，co2通过co2气体出口收集，第二换热装置5产生的水蒸气通过蒸汽管路进入热泵6，热泵6产生的液态水通过液体管路最终返回第一换热装置4和第二换热装置5，热泵6产生的高温蒸汽通过蒸汽管路进入二氧化碳解吸装置3。
43.固态吸收产物在二氧化碳解吸装置3中被解吸分解后，生成的吸收剂通过管路返回至二氧化碳吸收装置1。
44.例如，当采用质量浓度为50％的碳酸钾溶液作为吸收剂时，烟道气从气体入口7进入二氧化碳吸收装置1，二氧化碳吸收装置1中的反应温度为105℃，烟道气中的co2与碳酸钾溶液反应，生成碳酸氢钾固体，105℃的水蒸气和未反应气体通过气体管路进入第一换热装置4，第一换热装置4中有常压100℃的沸腾水，105℃的水蒸气被冷凝为液态水从而与未反应气体分离，并通过液体管路返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，未反应气体从未反应气体出口8排出。105℃的浆液通过浆液管路进入第一换热装置4，105℃的浆液与100℃沸腾水换热后通过浆液管路返回二氧化碳吸收装置1中，第一换热装置4中的沸腾水吸热后不断汽化为水蒸气进入热泵6，在热泵6内水蒸气通过相变成为液态水，同时释放大量潜热，产生130℃的蒸汽进入二氧化碳解吸装置3，热泵6中的低温液态水通过液体管路返回至第一换热装置4和第二换热装置5中循环利用。
45.二氧化碳吸收装置1中的碳酸氢钾浆液通过浆液管路进入固液分离装置2，经过分离后的清液通过清液回流管路返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，分离后的碳酸氢钾固体通过管路进入二氧化碳解吸装置3。
46.二氧化碳解吸装置3中的反应温度为115℃，碳酸氢钾固体利用热泵6提供的热能发生分解反应，生成碳酸钾、水蒸气和co2，其中水蒸气和co2通过气体管路进入第二换热装置5，第二换热装置5中有常压100℃的沸腾水，分解生成的水蒸气被冷凝为液态水从而与co2气体分离，并返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，co2气体从co2气体出口排出，沸腾水不断吸热汽化为水蒸气进入热泵6，在热泵6内水蒸气通过相变成为液态水，同时释放大量潜热，产生130℃的蒸汽进入二氧化碳解吸装置3继续为其供热，热泵6中的低温液态水通过液体管路返回至第一换热装置4和第二换热装置5中循环利用。
47.在二氧化碳解吸装置3中生成的碳酸钾固体通过管路被返回至二氧化碳吸收装置1中作为吸收剂循环利用。
48.实施例2
49.本实施例采用如图3所示的二氧化碳捕集系统对烟道气中的co2进行捕集，本实施例与实施例1所用的二氧化碳捕集系统的区别在于，本实施例中二氧化碳吸收装置1为串联的两级吸收塔。
50.本实施例采用质量浓度为50％的碳酸钾溶液作为吸收剂，烟道气从气体入口7进入二氧化碳吸收装置1的第一级吸收塔，二氧化碳吸收装置1中的反应温度为105℃，烟道气中的co2与碳酸钾溶液反应，生成碳酸氢钾固体，105℃的水蒸气和未反应完气体通过气体管路进入二氧化碳吸收装置1的第二级吸收塔，未反应完气体中剩余的co2继续与碳酸钾溶液反应，生成碳酸氢钾固体，第二级吸收塔中的未反应气体和水蒸气通过气体管路进入第一换热装置4，105℃的浆液通过浆液管路进入第一换热装置4，第一换热装置4中有常压100℃的沸腾水，105℃的水蒸气被冷凝为液态水从而与未反应气体分离，并通过液体管路返回至二氧化碳吸收装置1中，未反应气体从未反应气体出口8排出，105℃的浆液与第一换热装置4中的沸腾水换热后通过浆液管路返回二氧化碳吸收装置1中，沸腾水吸热后不断汽化为水蒸气进入热泵6，在热泵6内水蒸气通过相变成为液态水，同时释放大量潜热，产生130℃的蒸汽进入二氧化碳解吸装置3，热泵6中的低温液态水通过液体管路返回至第一换热装置4和第二换热装置5中循环利用。
51.二氧化碳吸收装置1的第一级吸收塔和第二级吸收塔中的浆液通过浆液管路进入固液分离装置2，经过分离后的清液通过清液回流管路返回至二氧化碳吸收装置1的两级吸收塔中循环利用，分离后的碳酸氢钾固体通过管路进入二氧化碳解吸装置3。
52.二氧化碳解吸装置3中的反应温度为115℃，碳酸氢钾固体利用热泵6提供的热能发生分解反应，生成碳酸钾、水蒸气和co2，其中水蒸气和co2通过气体管路进入第二换热装置5，第二换热装置5中有常压100℃的沸腾水，分解生成的水蒸气被冷凝为液态水从而与co2气体分离，并返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，co2气体从co2气体出口8排出，沸腾水不断吸热汽化为水蒸气进入热泵6，在热泵6内水蒸气通过相变成为液态水，同时释放大量潜热，产生130℃的蒸汽进入二氧化碳解吸装置3继续为其供热，热泵6中的低温液态水通过液体管路返回至第一换热装置4和第二换热装置5中循环利用。
53.在二氧化碳解吸装置3中生成的碳酸钾固体被返回二氧化碳吸收装置1的两级吸收塔中作为吸收剂循环利用。
54.实施例3
55.本实施例采用如图4所示的二氧化碳捕集系统对烟道气中的co2进行捕集，本实施
例与实施例1的区别在于，本实施例中二氧化碳吸收装置1为反应分离一体化装置，可实现吸收co2后的大颗粒结晶产物的浓缩和粒度调整。另外，本实施例中二氧化碳吸收装置1采用微气泡技术，可生成500μm以下的微气泡。最后，为了进一步增加co2吸收速率，吸收剂采用高浓度的碳酸钾、碳酸钠混合吸收剂。
56.其中，反应分离一体化装置包括：微气泡气体分布器10、初步分离装置11和吸收塔12。
57.微气泡气体分布器10设置在吸收塔12中，气体入口7设置在吸收塔12上，且气体从气体入口7进入吸收塔12，经微气泡气体分布器10后被分散成小于预设值(例如500μm)的气泡。
58.吸收塔包括主体管道、第一管道13和第二管道14。主体管道中填充有二氧化碳吸收剂。第一管道13和第二管道14均与主体管道连通，且进行一体化设置。气泡与主体管道中的二氧化碳吸收剂反应后，经第二管道14进入初步分离装置11。初步分离装置11进行初步固液分离后，将小颗粒浆液返回至主体管道，大颗粒浆液经液体管路进入固液分离装置2。小颗粒浆液的浓度小于大颗粒浆液的浓度，且浆液颗粒的大小可以根据实际应用需求进行设定。
59.本实施例采用质量浓度为60％的碳酸钾溶液和25％的碳酸钠溶液组成的混合溶液作为吸收剂，烟道气从气体入口7进入二氧化碳吸收装置1，通过微气泡气体分布器10被分散成小于500μm的微细气泡以提高反应速率，二氧化碳吸收装置1中的反应温度为105℃，烟道气中的co2与碳酸钾/碳酸钠溶液反应，生成碳酸氢钾和碳酸氢钠固体，105℃的浆液在反应分离一体化的二氧化碳吸收装置1中先经过初步分离装置11进行初步固液分离，低浓度浆液(即小颗粒浆液)从初步分离装置11顶部出口经第一管道13返回二氧化碳吸收装置1中继续参与反应，在初步分离装置11底部出口形成高固含率的浓缩浆液。
60.二氧化碳吸收装置1中105℃的水蒸气和未反应气体通过气体管路进入第一换热装置4，低浓度浆液通过浆液管路进入第一换热装置4，第一换热装置4中有常压100℃的沸腾水，105℃的水蒸气被冷凝为液态水从而与未反应气体分离，并通过液体管路返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，未反应气体从未反应气体出口8排出，105℃的低浓度浆液与100℃沸腾水换热后通过浆液管路返回二氧化碳吸收装置1中，第一换热装置4中的沸腾水吸热后不断汽化为水蒸气进入热泵6，在热泵6内水蒸气通过相变成为液态水，同时释放大量潜热，产生130℃的蒸汽进入二氧化碳解吸装置3，热泵6中的低温液态水通过液体管路返回至第一换热装置4和第二换热装置5中循环利用。
61.初步分离装置11底部出口形成的高固含率的浓缩浆液(即大颗粒浆液)通过浆液管路进入固液分离装置2，经过分离后的清液通过清液回流管路返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，分离后的碳酸氢钾和碳酸氢钠固体通过管路进入二氧化碳解吸装置3。
62.二氧化碳解吸装置3中的反应温度为115℃，碳酸氢钾/碳酸氢钠固体混合物利用热泵6提供的热能发生分解反应，生成碳酸钾/碳酸钠混合物、水蒸气和co2，其中水蒸气和co2通过气体管路进入第二换热装置5，第二换热装置5中有常压100℃的沸腾水，分解生成的水蒸气被冷凝为液态水从而与co2气体分离，并返回至二氧化碳吸收装置1中循环利用，co2气体从co2气体出口8排出，沸腾水不断吸热汽化为水蒸气进入热泵6，在热泵6内水蒸气通过相变成为液态水，同时释放大量潜热，产生130℃的蒸汽进入二氧化碳解吸装置3继续
为其供热，热泵6中的低温液态水通过液体管路返回至第一换热装置4和第二换热装置5中循环利用。
63.在二氧化碳解吸装置3中生成的碳酸钾/碳酸钠混合固体通过管路被返回至二氧化碳吸收装置1中作为吸收剂循环利用。
64.基于上述描述，相对于现有技术本发明具有以下优点：
65.首先，本发明采用化合物水溶液作为吸收剂，在二氧化碳吸收装置内吸收剂吸收co2后发生相变生成固态吸收产物，对二氧化碳吸收装置内的固液混合物进行固液分离后，仅把固态吸收产物送入二氧化碳解吸装置进行加热分解即可实现解吸过程，而无需对大量液体进行加热，此举一方面可大幅降低解吸再生能耗。另一方面，由于二氧化碳解吸过程比吸收过程温度高，解吸后的吸收剂溶液需先降温再进入二氧化碳吸收装置重复利用，因此，本发明可避免大量解吸后的吸收剂溶液降温而造成的低阶热量浪费，从而降低能耗。
66.其次，本发明通过将换热装置与热泵相结合的设计，利用水汽化潜热分别是其气相和液相比热2000多倍和1000多倍的特性，充分利用co2吸收的反应热，将换热装置产生的水蒸气通过潜热回收热泵(循环性能系数cop一般为4～10)实现热量品位的提升，从而为二氧化碳解吸过程提供能量，实现了蒸汽潜热的再利用，不仅可将二氧化碳吸收阶段的反应放热全部用于其解吸阶段的吸热过程，还避免了传统二氧化碳化学捕集工艺在吸收和解吸装置之间存在的大量且反复的升降温过程而造成的热量消耗，吸收剂理论再生能耗可降至0.8gj/(t
·
co2)以下，综合再生能耗有望降至1.4gj/(t
·
co2)以下，显著降低了吸收剂再生过程和二氧化碳捕集过程的能量消耗。
67.再次，本发明采用高浓度吸收剂(吸收剂浓度是传统方法的2倍多)进行相变反应，不仅克服了传统方法为防止反应结晶沉积导致管道堵塞而采用低浓度吸收剂后化学吸收反应速率低的缺陷，还可显著减小吸收和再生装置的反应器体积。
68.最后，本发明通过水的相变，封闭系统充分实现了参与换热和化学反应的水的循环利用，可降低水耗。
69.此外，本发明通过水和吸收剂的相变，避免了传统方法中大量溶剂的往返重复输送，减少动力消耗。
70.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
71.本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

技术特征：
1.一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括：二氧化碳吸收装置、固液分离装置、二氧化碳解吸装置、第一换热装置、第二换热装置和热泵；所述二氧化碳吸收装置的顶端出口经气体管路与所述第一换热装置的第一入口连接；所述二氧化碳吸收装置的侧端出口经浆液管路与所述第一换热装置的第二入口连接；所述二氧化碳吸收装置的第一侧端入口经浆液管路与所述第一换热装置的第一出口连接；所述二氧化碳吸收装置的底端设置有气体入口；所述第一换热装置的第二出口经蒸汽管路与所述热泵的第一入口连接；所述热泵的第一出口经液体管路分别与所述第一换热装置的第三入口和所述第二换热装置的第一入口连接；所述热泵的第二出口经蒸汽管路与所述二氧化碳解吸装置的第一侧端入口连接；所述二氧化碳解吸装置的顶端出口经气体管路与所述第二换热装置的第二入口连接；所述第二换热装置的第一出口经蒸汽管路与所述热泵的第二入口连接；所述第二换热装置的第二出口经液体管路与所述二氧化碳吸收装置的第一侧端入口连接；所述二氧化碳吸收装置的底端出口经浆液管路与所述固液分离装置的第一入口连接；所述固液分离装置的第一出口与所述二氧化碳解吸装置的第二侧端入口管路连接；所述二氧化碳解吸装置的底端出口以及所述固液分离装置的第二出口均经浆液管路与所述二氧化碳吸收装置的第二侧端入口连接。2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳吸收装置至少为一级吸收塔；所述一级吸收塔中填充有二氧化碳吸收剂。3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳吸收剂为能够实现反应结晶相变的化合物溶液。4.根据权利要求3所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述化合物溶液包括碳酸钾溶液和/或碳酸钠溶液。5.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳吸收装置为反应分离一体化装置。6.根据权利要求5所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述反应分离一体化装置包括：微气泡气体分布器、初步分离装置和吸收塔；所述微气泡气体分布器设置在所述吸收塔底部，所述气体入口设置在所述吸收塔上，且气体从所述气体入口进入所述吸收塔，经所述微气泡气体分布器后被分散成小于预设值的气泡；所述吸收塔包括主体管道、第一管道和第二管道；所述主体管道中填充有二氧化碳吸收剂；所述第一管道和所述第二管道均与所述主体管道连通，且进行一体化设置；所述气泡与所述主体管道中的二氧化碳吸收剂反应后，经所述第二管道进入所述初步分离装置；所述初步分离装置进行初步固液分离后，将小颗粒浆液返回至所述主体管道，大颗粒浆液经液体管路进入所述固液分离装置；所述小颗粒浆液的浓度小于所述大颗粒浆液的浓度，且浆液颗粒的大小基于设定颗粒值确定。7.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述第一换热装置上设有未反应气体出口，所述第二换热装置上设有二氧化碳气体出口。8.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述第一换热装置和所述第
二换热装置均为冷却换热蒸发器。

技术总结
本发明公开一种二氧化碳捕集系统，涉及二氧化碳捕集技术领域。本发明通过将换热装置与热泵结合，利用水蒸气汽化吸收潜热的特性，充分利用吸收CO2的反应热，将换热装置产生的水蒸气通过热泵实现热量品位的提升，进而释放大量潜热，再利用潜热产生高温蒸汽，从而为二氧化碳解吸过程提供能量，实现蒸汽潜热的再利用，不仅可将二氧化碳吸收阶段的反应放热全部用于其解吸阶段的吸热过程，还解决了传统二氧化碳化捕集工艺在吸收和解吸装置之间存在的大量且反复的升降温过程而造成的热量消耗的问题，显著降低了吸收剂再生过程和二氧化碳捕集过程的能量消耗，同时提高CO2吸收效率，以便于进行大规模工业推广应用。于进行大规模工业推广应用。于进行大规模工业推广应用。


技术研发人员：黄青山 张海东 肖航 陈阿强 李萍 王真真 杨超
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/25