本發明涉及船舶溫室氣體減排，具體涉及一種碳捕集和胺回收系統。

背景技術：

1、國際海事組織通過了船舶溫室氣體減排戰略，提出了在本世紀中實現國際海運界溫室氣體零排放的愿景，通過化學胺吸收法來進行碳捕集成為一種有效措施。

2、現有的化學胺吸收法中，胺蒸汽及其降解產物通常通過單級或雙級洗滌來捕獲，這導致洗滌水中胺濃度高，氣體相中胺的分配效果差，大量的胺會隨著排氣流和細小液滴一起被帶走并釋放到大氣中。另外，現有設計一般采用吸收塔和水洗塔一體的設計，導致整個塔過高，不利于安裝和運輸。

技術實現思路

1、本發明旨在克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種碳捕集和胺回收系統，以實現發動機煙氣中脫硫、碳捕集和胺捕捉回收三階高效凈化煙氣處理。

2、具體的，本發明提供一種碳捕集和胺回收系統，包括通過管道系統依次相連的粗洗塔、吸收塔、脫碳塔、脫胺塔；

3、所述粗洗塔用于除去煙氣中的污染物，包括但不限于硫氧化物、pm顆粒物，硫化氫；

4、所述吸收塔的上部設有胺溶液噴淋模塊，煙氣自所述吸收塔的下層區域進入，所述胺溶液噴淋模塊通過噴淋胺溶液以捕獲煙氣中的二氧化碳形成碳捕捉溶液和脫碳煙氣；

5、所述脫碳塔用于接收所述碳捕捉溶液并處理得到高純度co2和回收溶液；其中高純度co2排放或再處理；所述回收溶液通過管道系統回流至所述吸收塔頂部的胺溶液噴淋模塊，實現循環利用；

6、所述脫碳煙氣向上傳輸至脫胺塔，經脫胺后排出。

7、本發明的碳捕集和胺回收系統能夠實現發動機煙氣中脫硫、碳捕集和胺捕捉回收三階凈化煙氣處理。首先發動機中產生的煙氣會被粗洗塔處理，以去除其中硫氧化物、pm顆粒物，硫化氫等污染物，粗洗塔上方安裝有冷卻管用于煙氣的噴淋冷卻。粗洗塔的頂部設有粗濾裝置，用于實現對煙氣的粗濾，粗洗塔的底部設有廢水收集管路。所述粗洗塔的頂部連接所述吸收塔的中下部；二者的管道之間還設有增壓風機，以提高煙氣的流轉速度。所述吸收塔中安裝有液位監測器、溫度檢測器以及ph檢測器，用于檢測液位的高低，塔內溫度以及根據ph值推測胺溶液的濃度以適時補充。

8、所述脫胺塔包括頂部區域、上層區域和下層區域，在脫胺塔內通過循環水洗、旋風除霧和加藥劑循環水洗減少胺排放，提高胺回收效率，包括以下步驟：

9、s31：在脫胺塔下層區域設置有循環水洗模塊，所述循環水洗模塊包含水柜，通過對煙氣進行循環水洗以回收其中的胺蒸汽，循環水吸收胺蒸汽后被收集在水柜,經該步驟處理后，煙氣中胺含量濃度為t1；

10、s32：在脫胺塔頂部區域設置有旋風除霧器，去除煙氣中殘留的氨蒸汽和氣溶膠，進行回收處理,經該步驟處理后，煙氣中胺含量濃度為t2；

11、s33：在所述循環水洗模塊中設置有藥劑柜，在所述循環水洗模塊中加入藥劑以增強噴淋時對胺類物質的捕獲能力，以使胺類物質含量進一步降低，經該步驟處理后，煙氣中胺含量濃度為t3；

12、在脫胺塔頂部排出管上設置有胺濃度測試儀，在經過s31、s32步驟后，通過胺濃度測試儀檢測到t2高于設定閾值p1時，開啟所述s33步驟；

13、還包括以下步驟：

14、s34：在脫胺塔上層區域具有酸洗循環模塊，進行循環噴淋酸溶液進行精洗，以進一步去除煙氣中胺蒸汽和氣溶膠，經該步驟處理后，煙氣中胺含量濃度為t4；

15、在胺濃度測試儀檢測t3高于設定閾值p2時，開啟所述酸洗循環模塊；

16、其中t4≤t3≤t2≤t1，其中p2≤p1；

17、所述水柜的底部通過排放管連接所述吸收塔的上部，所述循環水洗模塊的循環水吸收胺后呈堿性，ph值變大，在水柜內檢測所述循環水洗模塊中循環水的ph值，在高于設定閾值m1時，通過水柜底部排放管將循環水排入吸收塔中或流至所述吸收塔上層區域的胺溶液噴淋模塊，以作為胺溶液進行回收用于噴淋捕獲二氧化碳使用。

18、所述吸收塔的底部通過管道系統連接所述脫碳塔的中部，用于將富集二氧化碳的碳捕捉溶液傳輸至脫碳塔中，脫碳塔內同樣設有液位監測器、溫度檢測器以及ph檢測器等檢測儀器，用于塔內相關指標的實時檢測。碳捕捉溶液在所述脫碳塔中分離形成高純度co2和回收溶液；其中高純度co2向上傳輸實現回收或者排放；而回收溶液通過脫碳塔的底部經管道系統回流至吸收塔中。其中吸收塔和脫碳塔之間的管道均安裝有泵，用于液體的傳輸。

19、另一方面，經脫碳后的煙氣由吸收塔進一步向上傳輸至脫胺塔，在脫胺塔中經過脫胺后最終測得胺濃度達標后即可排放，所述脫胺塔中同樣設有ph檢測器、液位傳感器等，用于實時檢測塔內指標。且連接所述脫胺塔頂部出口的管道系統上還設有胺濃度測試儀，煙氣經檢測胺濃度合格后，由單向閥排出至排放口，胺濃度測試儀通過傅里葉變換紅外光譜儀進行測量胺蒸汽濃度。

20、進一步的，本發明主要通過水洗實現脫胺。本發明所述的碳捕集和胺回收系統還包括循環水洗模塊，所述循環水洗模塊包括水柜、第一噴淋組件、第一管道、第二管道；所述水柜安裝于所述脫胺塔的下方；所述第一噴淋組件設于所述脫胺塔內；所述水柜的底部通過第一管道連接所述第一噴淋組件；所述水柜的頂部通過第二管道連接所述脫胺塔的底部；循環水自水柜泵入至所述第一噴淋組件噴淋，噴淋后的回流水通過管道系統回流至所述水柜的頂部流入水柜，實現水循環，通過循環水噴淋向下運動與向上傳輸至脫胺塔的所述向上運動的脫碳煙氣進行逆向運行以回收煙氣中的胺蒸汽，由于水柜中的水在循環過程中存在損耗，本發明在水柜的上方設計了補水管，所述水柜中設有液位傳感器等，當檢測到液位低于閾值時，可以打開補水管進行補給。所述水柜的底部通過管道系統連接所述吸收塔的上部，在水柜內檢測循環水的ph值，在高于設定閾值時，通過底部排放管將循環水排入吸收塔中或流至所述吸收塔上層區域的胺溶液噴淋模塊，以作為胺溶液進行回收用于噴淋捕捉二氧化碳使用；典型的，洗滌水吸收胺后呈堿性，ph值變大，由此可設定ph閾值來控制洗滌水的堿性，在觸發閾值時開啟排入吸收塔。

21、進一步的，本發明所述的碳捕集和胺回收系統還包括換熱器和藥劑柜；所述換熱器連接第一管道；所述藥劑柜連接第二管道；所述換熱器用于冷卻所述第一管道，以減少蒸汽產生；所述藥劑柜用于捕獲回流水中的胺類雜質。藥劑柜中的藥劑，包括能夠與胺類化合物發生反應的物質，以強化捕獲胺類雜質效果，如胺類、氨類、醛類、碳酸類雜質，以使它們的含量進一步降低；所述藥劑柜的下方設有控制閥門，可以遠程控制藥劑的釋放；所述水柜還設有ph檢測器，通過ph值反應水柜中的水是否符合要求；如在脫氨塔通過ph值檢測到胺濃度偏高可以通過控制藥劑柜的閥門，加大藥劑劑量，提高胺類化合物的去除效率。典型的藥劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、離子交換樹脂、表面活性劑、丙酮溶劑、甲醇溶劑等。經加藥劑循環水洗后可以使煙氣中胺物質含量降低至1ppm或以下。

22、進一步的，本發明所述的碳捕集和胺回收系統還包括循環酸洗模塊；所述循環酸洗模塊包括依次連接的第三管道、酸柜、第四管道以及第二噴淋組件；所述脫胺塔包括頂部區域、上層區域和下層區域；所述第一噴淋組件安裝在所述下層區域；所述第二噴淋組件安裝于所述上層區域；所述第三管道的一端連接所述上層區域的下部，另一端連接所述酸柜的上部；所述第四管道的一端連接所述酸柜的下部，另一端連接所述第二噴淋組件。

23、本發明的脫胺采用二級洗滌的模式，脫碳后的煙氣進入脫胺塔的下層區域，通過循環水噴淋，實現一級水洗，經水洗后的煙氣向上繼續進入上層區間，通過循環酸噴淋，實現二級洗滌，使得胺蒸汽能基本回收；且噴淋酸溶液進行精洗，可以進一步去除煙氣中胺蒸汽和氣溶膠。進一步的，所述第一管道上設有第一泵，所述第四管道上設有第二泵。

24、進一步的，所述吸收塔的頂部設有一級除霧器；所述一級除霧器用于去除胺蒸汽和顆粒物；所述一級除霧器由多層蜂窩狀孔板交錯疊加構成，當胺蒸汽通過時，將凝結成液體，同時也能阻止較大顆粒物通過。

25、進一步的，所述旋風除霧器，包括支座、擋板、側壁、回收管以及一個或多個旋風器；所述旋風器安裝于所述支座的中軸；所述側壁罩設于所述旋風器上；所述側壁的兩側設有多個通孔，所述側壁的兩端與所述支座的內壁固定；所述擋板為錐形網狀，頂部與所述支座的頂部內壁連接，側邊與所述支座的側壁連接；所述側壁的兩側與所述支座之間形成收集槽，所述回收管連接所述收集槽。根據煙氣濃度可以為啟動單個旋風器或者多個旋風器，通過遠程控制即可。

26、本發明的另一發明點在于，采用二級除霧的方式實現脫胺效率更高，效果更好。首先本發明在吸收塔的頂部設置了一級除霧器，以初步去除排放中大部分胺蒸汽和較大顆粒物。進一步通過脫胺塔中的旋風除霧器實現二次除霧。即經過一次除霧后的煙氣從下往上流經旋風除霧器，旋風器進行旋轉擾動，煙氣在旋流運動中加速，將攜帶的微米級液滴先橫向通過側壁，本發明的側壁上具有多個通孔，以利于液滴和煙氣通過，微米級液滴再豎向拋向擋板，擋板為錐形網狀，小液體在擋板上凝結形成較大液滴后重力沉降至脫胺塔邊緣的收集槽內，通過在收集槽底部安裝回收管進行回收處理，脫胺后干凈煙氣穿過擋板的網眼向上排出；在脫胺塔內通過循環水洗、旋風除霧和加藥劑循環水洗減少胺排放，提高胺回收效率。

27、進一步的，所述脫碳塔上還設有添加劑柜，所述添加劑柜中為乙二酸、檸檬酸、醋酸、離子交換樹脂中的一種或多種；用于提高二氧化碳解吸速率。還包括co2處理模塊和排放口，所述co2處理模塊通過管道系統連接所述脫碳塔的頂部，可以對高純co2進行收集，所述排放口與所述脫胺塔的頂部連接，且所述排放口與所述co2處理模塊通過管道系統連通，對于捕集的co2可以通過co2處理模塊收集處理，也可以通過排放口排放，另外對于胺濃度達標的煙氣，最終可以通過排放口排出。

28、本發明還提供一種利用本發明碳捕集和胺回收系統實現的碳捕集和胺回收方法，包括以下步驟：

29、s1：煙氣粗處理：發動機中產生的煙氣經由粗洗塔處理，以去除其中硫氧化物、pm顆粒物，硫化氫污染物；

30、s2：碳捕集：經所述步驟s1處理后的煙氣經吸收塔底部進入，由胺溶液從吸收塔頂部往下噴淋以捕獲煙氣中的二氧化碳形成碳捕捉溶液，碳捕捉溶液進一步輸送至脫碳塔形成回收溶液和高純度co2；其中高純度co2輸送至co2處理模塊進行回收存儲，回收溶液返回吸收塔頂部進行噴淋實現噴淋循環；

31、s3：胺回收：經所述步驟s2處理后的煙氣從吸收塔頂部排出實現一級除霧，再進入脫胺塔進行循環水洗、循環酸洗以及經旋風除霧器二次除霧后排出。

32、進一步的，所述步驟s3中，

33、循環水洗的方法為：水柜中的水泵入至第一噴淋組件中對脫胺塔的下層區域噴淋，回流水通過管道系統回流至所述水柜，實現對進入脫胺塔煙氣的循環水洗，以降低煙氣中胺類物質濃度。

34、循環酸洗的方法為：酸柜中的酸液泵入至第二噴淋組件中對脫胺塔的上層區域噴淋，回流酸通過管道系統回流至所述酸柜，實現對進入脫胺塔煙氣的循環酸洗，以降低煙氣中胺類物質濃度；酸柜中可以是硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、檸檬酸等。

35、所述二次除霧的方法為：煙氣從下往上流經旋風除霧器，其中旋風器進行旋轉擾動，煙氣在旋流運動中加速，將攜帶的微米級液滴先橫向通過側壁上的通孔，再豎向拋向錐形網狀的擋板，微米級液滴在擋板上凝結形成較大液滴后重力沉降至收集槽內，通過回收管進行回收處理，脫胺后干凈煙氣穿過擋板的網眼向上排出。

36、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

37、本發明將吸收塔和可實現水洗的脫胺塔進行分離設計，以有利于運輸和靈活安裝。

38、本發明通過一套系統，實現脫硫、碳捕集和胺捕捉回收三階凈化煙氣處理，以使煙氣符合環保標準，整套系統結構設計合理，能夠實現能耗最低，回收效率最高。

39、本發明在胺捕捉階段，通過二級洗滌法和二級除霧減少化學胺吸收法中胺的排放，提高胺的回收效率，降低環境污染以使其含量進一步降低。

40、同時本發明中的二級除霧采用了旋風除霧的方式，相比一級除霧，旋風除霧效率更高，且通過把煙氣高速旋轉形成微米級液滴，再通過兩次轉向凝結形成較大液滴后重力沉降至脫胺塔邊緣收集槽內，除霧的效果也好。

41、本發明在吸收塔、脫碳塔、脫胺塔設置了ph值監測、胺濃度檢測，可以實現系統運轉過程中的實時監控。

42、本發明還設計了co2處理模塊，解吸的二氧化碳通過二氧化碳管進入co2處理模塊，也可以通過連通管進行直接排放，可結合實際需求選擇不同的處理方式。