一种节能型船舶烟气CO2捕集工艺及系统的制作方法

本发明属于船舶尾气处理与碳捕集封存领域，具体地说是一种节能型船舶烟气捕集工艺及系统。

背景技术：

1、随着国际海事组织（imo）《船舶能效指数（eexi）》《船舶碳强度指标（cii）》等强制性法规的落地实施，全球远洋船舶碳排放管控进入刚性阶段，船舶碳捕集技术已成为航运业降碳的核心路径之一；在现有捕集技术中，胺液吸收法以其捕集效率高、处理规模大、波动适应性强、运行成本低、原料易得等优势，成为技术最为成熟、工业化应用最为广泛的工艺；其核心原理是利用醇胺类吸收剂与烟气中的发生可逆化学反应，在低温常压下通过胺液与烟气逆向接触完成吸收，在高温低压下实现解吸与胺液再生，形成闭式循环。

2、然而，现有技术在实现船舶烟气规模化捕集时，主要受限于陆上胺液吸收工艺对远洋船舶场景的系统性适配瓶颈，导致在实际应用中难以兼顾烟气复杂工况下的稳定捕集效率与船舶有限空间及能源条件下的低能耗运行，从而影响整体性能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种节能型船舶烟气捕集工艺及系统，以解决现有技术中陆上胺液吸收工艺对远洋船舶场景的系统性适配瓶颈、难以兼顾烟气复杂工况下的稳定捕集效率等问题。

2、一种节能型船舶烟气捕集工艺，包括以下步骤：船舶主机排出的烟气经前端降温后进入烟气风机，经烟气风机加压至后，通过管路输送至精细过滤分离器，经所述精细过滤分离器过滤处理后的烟气由管路输送至吸收塔底部入口；

3、将自所述吸收塔底部进入的烟气，沿塔内填料层向上流动，与自所述吸收塔顶部喷淋层向下流动的复合胺液吸收剂在填料层中逆向接触，发生化学反应后，富含的胺液以富胺液形式汇集于所述吸收塔塔底，脱碳后的净烟气经所述吸收塔顶部除雾器处理后由塔顶排放口排出，塔底富胺液由管路引出，经富液增压泵加压后输送至贫富液换热器壳程入口；

4、经富液增压泵加压后输送至贫富液换热器壳程入口的富胺液，与所述贫富液换热器管程内来自解吸塔塔底的热贫胺液换热升温后，由管路引出并输送至所述解吸塔上部进料口，富胺液在所述解吸塔内沿填料层向下流动，所述解吸塔塔底设有再沸器，所述再沸器以船舶主机排烟余热为主热源对塔底液相加热，维持所述解吸塔塔底温度，所述解吸塔操作压力保持在微正压区间，由塔顶真空度调节阀控制，富胺液在所述再沸器提供的热量作用下分解释放气体，再生后的热贫胺液汇集于所述解吸塔塔底，由管路引出进入所述贫富液换热器管程入口；

5、热贫胺液自所述贫富液换热器管程流出后，由管路输送至贫液空冷器入口，经所述贫液空冷器冷却至不高于后，由贫液增压泵加压至，经管路输送至活性炭过滤器入口，所述活性炭过滤器与机械过滤器以小股流旁路方式串联连接于贫胺液主循环管路上，净化流量分率为，贫胺液经所述活性炭过滤器及所述机械过滤器依次过滤处理后，由管路汇入主循环管路，输送至所述吸收塔顶部喷淋层入口，形成胺液闭式循环回路，主循环管路上设有胺液补充接口，与外部胺液储存单元连接，用于在线补充胺液；

6、由所述解吸塔塔顶排出的气体进入空冷器入口，经所述空冷器冷却降温后，由管路输送至分离器入口，所述分离器将气相co2与夹带的液相水分离，分离出的液相酸水经酸水回流泵加压后由管路返回至所述解吸塔上部回流口，分离后的气体由所述分离器顶部气相出口引出，经多级压缩后进入制冷机组入口，经所述制冷机组冷凝液化后以液态形式由管路输送至液态储罐储存，所述液态储罐设有卸料接口，用于船舶靠港后与岸基接收终端对接。

7、一种节能型船舶烟气捕集系统，包括：

8、烟气预处理与吸收单元，用于对船舶主机排放烟气进行精细预处理并完成的深度捕集，包括：烟气精细过滤单元以及吸收单元，具体为：

9、烟气精细过滤单元是利用型精细过滤分离器对降温后的烟气进行精细过滤，精细过滤分离器通过内置滤芯对经过的烟气执行颗粒物及游离液滴的分离拦截，接收经过烟气风机升压至后的含杂质烟气，并将过滤的洁净烟气输出至吸收单元；

10、吸收单元是对精细过滤后的洁净烟气进行深度吸收，并将吸收后得到的富胺液输送至余热驱动解吸再生单元，包括：气液接触强化处理以及富胺液输送处理；

11、余热驱动解吸再生单元，用于根据变工况自适应智能控制单元下发的热源调配指令，对富胺液进行高温低压解吸再生，通过构建双热源协同供热与微负压解吸自调节机制，逐层分析主机负荷变化对解吸热量的影响，包括：双热源动态分配以及解吸压力自适应调节，具体为：

12、双热源动态分配是在不同主机负荷阶段，对船舶主机排烟余热实际供热量与解吸塔实际需求热量进行动态匹配，对解吸塔再沸器的热源输入进行动态调配；

13、胺液净化循环与液化储运单元，用于对再生贫胺液进行净化循环回用并将捕集的液化储存，根据再生贫胺液的健康状态监测结果，制定动态净化调节机制，实时动态调整胺液净化流量分率及补液量，具体为：

14、动态净化调节机制是通过接收变工况自适应智能控制单元的胺液健康状态信息，输出对净化流量分率与补液量的动态调节，包括：对贫胺液的在线净化调节、胺液浓度闭环补偿调节以及液化储运调节；

15、变工况自适应智能控制单元，用于统一调度三个单元的运行，实现在船舶主机变负荷工况下对烟气的稳定高效捕集。

16、优选的，所述对降温后的烟气进行精细过滤，具体如下：

17、采集精细过滤分离器两侧远传差压计的实时差压值，同时设定滤芯正常运行差压上限为，切换触发差压阈值为，具体数值对比满足公式；

18、将设定的阈值与采集的实时差压值进行对比，根据对比结果进行烟气含杂质状态的动态判断，具体为：

19、若对比结果满足公式，则表示滤芯处于正常运行区间，当前运行侧继续执行过滤，且采集目标为正常工况下的烟气过滤数据；

20、若对比结果满足公式，则表示滤芯进入预警区间，变工况自适应智能控制单元发出预警信号，并通知运维人员提前备料，且采集目标为滤芯负载趋势数据；

21、若对比结果满足公式，变工况自适应智能控制单元联动触发ab型精细过滤分离器的在线切换指令，将过滤通路切换至备用侧，同时触发快开盲板开启信号，允许在线更换饱和滤芯。

22、优选的，所述气液接触强化处理，具体如下：

23、基于吸收塔入口烟气浓度以及吸收塔出口净烟气浓度，计算吸收塔的捕集效率；

24、基于计算的吸收塔的捕集效率，自适应判断是否触发变工况自适应智能控制单元联动调节喷淋密度，具体为：

25、设定吸收塔的捕集效率阈值，并将设定的阈值与计算的吸收塔的捕集效率进行对比，根据对比结果判断是否触发变工况自适应智能控制单元联动调节喷淋密度，则有：

26、若对比结果满足公式，则触发变工况自适应智能控制单元联动调节喷淋密度，反之，则不触发变工况自适应智能控制单元联动调节喷淋密度。

27、优选的，所述逐层分析主机负荷变化对解吸热量的影响，具体如下：

28、第一层是基于变工况自适应智能控制单元采集的主机负荷率信号，判断当前主机的余热供应能力；

29、第二层接收来自第一层的传递数据，通过微负压解吸自适应调节识别解吸压力对再生能耗的影响，将解吸塔操作压力控制在的微正压区间内；

30、第三层接收来自第二层的传递数据，对经贫富液换热器换热后输出的贫胺液再生质量进行深度监控，是利用贫胺液负载量与解吸塔底部温度及塔顶产出速率之间的线性关系评估贫胺液再生程度。

31、优选的，所述判断当前主机的余热供应能力，具体如下：

32、基于进入解吸塔的富胺液质量流量、单位质量富胺液的解吸焓以及解吸塔散热损失，计算解吸塔再沸器的需求热量；

33、设定主机余热可覆盖解吸热需求的负荷率阈值为，并将变工况自适应智能控制单元采集的主机负荷率信号为，与设定的负荷率阈值进行对比，根据对比结果判断当前主机的余热供应能力，则有：

34、若对比结果满足公式，则表示排烟余热充足，则表示当前主机的余热供应量与解吸塔再沸器的需求热量对比满足公式，完全以主机余热作为再沸器热源，维持正常解吸温度，将热量充足状态标记连同当前余热供应量一并传递至第二层；

35、若对比结果满足公式，则表示排烟余热不足，则表示当前主机的余热供应量与解吸塔再沸器的需求热量对比满足公式，将余热不足标记及当前传递至第二层，同时触发备用蒸汽加热器的比例调节阀开启，补充热量，且补充的热量为，其中，表示补充的热量；

36、若对比结果满足公式，余热供应量，将余热中断标记传递至第二层，同时触发备用蒸汽加热器全量接入，即，由变工况自适应智能控制单元向胺液净化循环与液化储运单元发送降负荷运行信号。

37、优选的，所述识别解吸压力对再生能耗的影响，具体如下：

38、接收来自第一层的传递数据，在设定的移动窗口内，通过计算累积均值实现对解吸塔顶部产出速率的累积统计；

39、设定解吸效率标准值，并计算累积均值与解吸效率标准值之间的比值，同时设定解吸效率阈值下限，取值范围为，并将计算的比值与设定的解吸效率阈值下限进行对比，根据对比结果判定解吸塔的解吸效率，则有：

40、若对比结果满足公式，则表示解吸效率正常，将正常判断结果及当前解吸塔操作压力传递至第三层；

41、若对比结果满足公式，则表示解吸效率下降，进一步判断异常来源，若异常来源于第一层传递的余热不足标记，则判定为热源不足导致的解吸效率下降，联动将当前解吸塔操作压力向区间下限调整，降低解吸温度需求，直到调整后满足公式为止。

42、优选的，所述评估贫胺液再生程度，具体如下：

43、第三层接收来自第二层的传递数据，对经贫富液换热器换热后输出的贫胺液再生质量进行深度监控，具体如下：

44、利用贫胺液负载量与解吸塔底部温度及塔顶产出速率之间的线性关系评估贫胺液再生程度；

45、设定贫胺液再生程度合格上限，将贫胺液负载量与设定的贫胺液再生程度合格上限进行对比，根据对比结果确定的贫胺液再生程度，则有：

46、若对比结果满足公式，则表示贫胺液再生合格，输出至胺液净化循环与液化储运单元；

47、若对比结果满足公式，则表示贫胺液再生不合格，触发升温或降压调节，直到调节后满足公式为止。

48、优选的，所述动态净化调节机制，具体如下：

49、接收变工况自适应智能控制单元的胺液健康状态信息，输出对净化流量分率与补液量的动态调节，包括：对贫胺液的在线净化调节、胺液浓度闭环补偿调节以及液化储运调节，具体为：

50、对贫胺液的在线净化调节，是根据变工况自适应智能控制单元下发的胺液健康状态信号进行调节；

51、胺液浓度闭环补偿调节，是根据变工况自适应智能控制单元下发的胺液浓度趋势分析结果进行调节，对浓度趋势偏差进行定量评估；

52、液化储运调节，是根据变工况自适应智能控制单元下发的捕集负荷信号，对液化制冷机组的运行功率进行动态匹配。

53、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

54、1、本发明通过采取型精细过滤分离器与切换阀组相结合的在线互备过滤技术，利用远传差压计对滤芯运行状态进行实时监测，并设定正常运行、预警及切换触发三级差压判断阈值，在滤芯达到切换阈值时自动触发过滤通路在线切换并允许不停机更换饱和滤芯，实现了在船舶持续航行条件下对烟气中固体颗粒物、游离液滴及碳氢化合物的连续稳定拦截，从源头阻断有害杂质进入吸收系统的效果；解决了远洋船舶燃用重油、柴油所产生的烟气导致胺液频繁发泡及浓度加速下降、吸收稳定性难以保障的问题。

55、2、本发明通过采取抗摇摆规整填料与多层液体再分布器相结合的气液接触强化技术，并基于吸收塔入口与出口浓度的实时监测，由变工况自适应智能控制单元在捕集效率低于设定阈值时联动调节液气比，实现了在船舶横摇、纵摇工况下塔内气液均匀分布、消除偏流与液泛，并在主机变负荷导致烟气流量及浓度发生波动时自适应维持捕集效率稳定的效果；解决了船舶摇摆工况与烟气波动性共同作用下陆上标准塔器气液分布失衡、捕集效率骤降的问题。

56、3、本发明通过采取以船舶主机排烟余热为主热源、备用蒸汽加热器为辅助热源的双热源协同供热技术，基于主机负荷率信号对余热供应能力进行分段判断，在余热充足时全量利用余热、余热不足时精确补充蒸汽、余热中断时无缝切换至全蒸汽供热，同时将解吸塔操作压力控制在微正压区间以降低解吸温度需求，实现了在主机全负荷工况范围内稳定保障解吸热量供给、利用船舶低品位余热驱动解吸再生、降低额外燃油消耗的效果；解决了远洋船舶无法稳定获取解吸热源、依赖额外燃油供热抵消降碳效益的核心能源瓶颈。

57、4、本发明通过采取活性炭过滤器与机械过滤器以小股流旁路方式串联于主循环管路的在线净化技术，并基于胺液浓度与浓度变化趋势的闭环监测，在胺液浓度下降时精确计算并触发在线补液、在热稳定盐超标或检测到发泡风险时自动提升净化流量分率并联动消泡剂注入，实现了以小股流分率持续去除热稳定盐、降解产物及悬浮杂质，无需停机换液，在船舶长期远洋连续航行条件下主动维持胺液在有效吸收浓度范围内稳定循环的效果；解决了海上胺液降解速率快、热稳定盐积累迅速、远洋条件下无法频繁靠港更换胺液的运维难题。