一种船舶尾气处理系统及其处理方法

技术特征：
1.一种船舶尾气处理系统，其特征在于：包括尾气预处理系统、低温凝华碳捕集系统、熔融增压系统、精馏提纯系统、主冷却系统、异戊烷循环换热系统，外界烟气通过输送管道与尾气预处理系统连接，尾气预处理系统、熔融增压系统分别与低温凝华碳捕集系统连接，精馏提纯系统、异戊烷循环换热系统分别与熔融增压系统连接，精馏提纯系统与异戊烷循环换热系统连接，低温凝华碳捕集系统、熔融增压系统分别与主冷却系统连接，外界洁净空气通过输送管道与低温凝华碳捕集系统连接。2.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：尾气预处理系统包括第一气动调节阀(1)、烟气鼓风机(2)、预冷器(3)、干燥器(4)，外界烟气输送管道与第一气动调节阀(1)入口相连，两者的连接处设有第一流量计(23)，第一气动调节阀(1)出口与烟气鼓风机(2)入口相连，烟气鼓风机(2)出口与预冷器(3)的热端入口m-1连接，预冷器(3)的热端出口m-2与干燥器(4)入口连接，预冷器(3)的冷端入口m-3与外界制冷剂输送管道出口连接，预冷器(3)的冷端出口m-4与外界制冷剂输送管道入口连接。3.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：低温凝华碳捕集系统包括烟气换热器(5)、凝华换热器(6)，烟气换热器(5)的入口a-3与尾气预处理系统连接，烟气换热器(5)的出口a-4与凝华换热器(6)的气相入口b-1连接，凝华换热器(6)的气相出口b-2与烟气换热器(5)的进口a-1连接，烟气换热器(5)的出口a-2与外界洁净空气输送管道出口连通，两者之间设有二氧化碳气体检测器，凝华换热器(6)的浆液出口b-4与熔融增压系统连接，凝华换热器(6)的入口b-3与主冷却系统连接，凝华换热器(6)的入口b-5与异戊烷循环换热系统连接。4.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：熔融增压系统包括浆液泵(7)、固液分离器(8)、螺杆增压机(9)、高速离心泵(10)、冷凝器(11)、电加热器(12)、第一三通调节阀(25)、第二三通调节阀(27)，浆液泵(7)入口与低温凝华碳捕集系统连接，浆液泵(7)出口与固液分离器(8)的浆液入口c-1连接，固液分离器(8)的第二出口c-3与螺杆增压机(9)的第一入口f-1连接，螺杆增压机(9)的出口f-3与高速离心泵(10)入口相连，高速离心泵(10)出口与冷凝器(11)冷端入口g-1相连，冷凝器(11)冷端出口g-2与电加热器(12)入口连接，电加热器(12)出口与第二三通调节阀(27)入口相连，第二三通调节阀(27)的第一出口n-2与螺杆增压机(9)的第二入口f-2相连，第二三通调节阀(27)的第二出口n-3与精馏提纯系统连接，固液分离器(8)的第一出口c-2与第一三通调节阀(25)入口d-1相连，第一三通调节阀(25)的第一出口d-2与主冷却系统相连，第一三通调节阀(25)的第二出口d-3与异戊烷循环换热系统连接。5.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：精馏提纯系统包括预热器(13)、精馏塔(14)、co2液泵(20)、气液分离器(21)、液态co2杜瓦瓶(22)、第二气动调节阀(28)、第一海水冷凝器(29)、分离罐(30)、塔釜再沸器(31)，第二三通调节阀(27)的第二出口n-3与预热器(13)冷端入口h-1相连，预热器(13)冷端出口h-2与精馏塔(14)的进料口i-1相连，精馏塔(14)的出口i-2与第一海水冷凝器(29)入口相连，第一海水冷凝器(29)出口与分离罐(30)的入口p-1相连，分离罐(30)的第一出口p-2与精馏塔(14)的入口i-3相连，分离罐(30)第二出口p-3与熔融增压系统连接，co2液泵(20)入口与异戊烷循环换热系统连接，co2液泵(20)与气液分离器(21)入口l-1相连，气液分离器(21)的出口l-2与精馏塔(14)进料口i-4相连，气液分离器(21)出口l-3通过第二气动调节阀(28)与液态co2杜瓦瓶(22)连
接，气液分离器(21)与第二气动调节阀(28)之间设有第二流量计(26)，精馏塔(14)出口i-5与塔釜再沸器(31)的入口q-1相连，塔釜再沸器(31)的出口q-2与精馏塔(14)的进料口i-6相连，塔釜再沸器(31)的出口q-3与预热器(13)热端入口h-3相连，预热器(13)热端出口h-4与异戊烷循环换热系统连接。6.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：主冷却系统包括主冷却器(16)、外界冷源系统一或外界冷源系统二，主冷却器(16)冷端入口e-3与外界冷源系统一或外界冷源系统二的出口相连，主冷却器(16)冷端出口e-4与外界冷源系统一或外界冷源系统二的入口相连，主冷却器(16)的入口e-1与熔融增压系统连接，主冷却器(16)的出口e-2与低温凝华碳捕集系统连接。7.根据权利要求6所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：外界冷源系统一包括lng储罐(32)、止回阀(33)、lng输送泵(34)、第一单向截止阀(35)、第二单向截止阀(36)、喷淋嘴(37)、控制阀(38)、海水复温器(39)、船用发动机主机(40)、空气泵(41)、空气流量调节阀(42)，lng储罐(32)储存lng燃料，lng储罐(32)上安装有喷淋嘴(37)，lng储罐(32)、止回阀(33)、lng输送泵(34)、第一单向截止阀(35)、第二单向截止阀(36)、喷淋嘴(37)依次连接形成环路，第一单向截止阀(35)、第二单向截止阀(36)之间设有控制阀(38)，控制阀(38)与主冷却器(16)冷端入口e-3连接，船用发动机主机(40)通过海水复温器(39)与主冷却器(16)冷端出口e-4连接，空气泵(41)通过空气流量调节阀(42)与船用发动机主机(40)连接，船用发动机主机(40)燃烧后的烟气从外界烟气输送管道进入尾气预处理系统。8.根据权利要求6所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：外界冷源系统二包括氮膨胀机(43)、氮循环换热器(44)、氮压缩机(45)、第二海水冷凝器(46)，氮膨胀机(43)出口与主冷却器(16)入口e-5连接，氮循环换热器(44)入口i-1与主冷却器(16)出口e-6连接，氮循环换热器(44)出口i-2与氮压缩机(45)入口连接，氮压缩机(45)出口通过第二海水冷凝器(46)与氮循环换热器(44)入口i-3连接，循环换热器(44)出口i-4与主冷却器(16)的冷端入口e-3连接，主冷却器(16)冷端出口e-4与氮膨胀机(43)的入口连接。9.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理系统，其特征在于：异戊烷循环换热系统包括冷却器(19)，冷却器(19)的入口j-1以及热端入口j-3分别与熔融增压系统连接，冷却器(19)的热端出口j-4与精馏提纯系统连接，低温凝华碳捕集系统与冷却器(19)的出口j-2连接。10.一种权利要求1～9任一所述的船舶尾气处理系统的尾气处理方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(a)：外界的高温烟气通过输送管道进入尾气预处理系统，烟气动压增加并进行预冷，预冷后的烟气在尾气预处理系统中进一步干燥后进入低温凝华碳捕集系统，在低温凝华碳捕集系统中吸收冷量；步骤(b)：主冷却系统将吸收了冷源冷量的低温液态异戊烷送入低温凝华碳捕集系统，异戊烷在低温凝华碳捕集系统中与烟气中的二氧化碳换热，吸收冷量后的二氧化碳气体凝华为二氧化碳固体；步骤(c)：脱碳后的洁净空气由经低温凝华碳捕集系统复温后从其中流出，经烟气换热器复温后，通过检测脱碳尾气达标后排放出本系统；步骤(d)：低温凝华碳捕集系统中的二氧化碳固体和异戊烷液体的混合浆液流入熔融
增压系统，通过固液分离，部分异戊烷液体进入主冷却系统，通过换热吸收冷量后回到低温凝华碳捕集系统，部分异戊烷液体进入异戊烷循环换热系统，在异戊烷循环换热系统中释放冷量后回到低温凝华碳捕集系统；步骤(e)：混合浆液中的二氧化碳固体在熔融增压系统中逐级增压后变为二氧化碳液体，此时熔融增压系统中存有剩余的异戊烷液体和二氧化碳液体以及剩余的二氧化碳固体的混合物，其中部分混合液在熔融增压系统中加热升温回流汇合后将剩余的二氧化碳固体融化，未溶化的剩余微细颗粒的二氧化碳固体从熔融增压系统中排出，部分混合液加热升温后进入精馏提纯系统；步骤(f)：部分二氧化碳和异戊烷的混合溶液在精馏提纯系统中精馏反应，二氧化碳液体吸热后汽化，提纯后的二氧化碳气体在精馏提纯系统中再次液化，未液化的纯净的二氧化碳气体返回熔融增压系统中，在精馏提纯系统中上升的汽相与下降的液相发生热质传递，温度较高的气体部分液化，温度较低的液体部分汽化，汽相中的少量异戊烷组分进入精馏提纯系统底部，液相中的二氧化碳组分进入汽相到达精馏提纯系统顶部，在此过程中顶部二氧化碳浓度越来越高，精馏提纯系统中部分带有少量二氧化碳液体的异戊烷液体再次进行精馏操作，剩余的纯净异戊烷液体在精馏提纯系统中吸收部分冷量后流出进入低温凝华碳捕集系统；步骤(g)：纯净的二氧化碳气体在熔融增压系统中吸收冷量后再次进入异戊烷循环换热系统中吸收冷量，部分二氧化碳气体液化，经精馏提纯系统增压后，形成的二氧化碳液体在精馏提纯系统中收集，未被液化的二氧化碳气体再次在精馏提纯系统中继续纯化。

技术总结
本发明公开了一种船舶尾气处理系统，包括尾气预处理系统、低温凝华碳捕集系统、熔融增压系统、精馏提纯系统、主冷却系统、异戊烷循环换热系统，外界烟气通过输送管道与尾气预处理系统连接，尾气预处理系统、熔融增压系统分别与低温凝华碳捕集系统连接，精馏提纯系统、异戊烷循环换热系统分别与熔融增压系统连接，精馏提纯系统与异戊烷循环换热系统连接，低温凝华碳捕集系统、熔融增压系统分别与主冷却系统连接，外界洁净空气通过输送管道与低温凝华碳捕集系统连接。并公开了其处理方法。本发明能够针对船舶尾气结合现有能源系统实现紧凑、高效、经济的二氧化碳捕集，具有体积小、效率高、能耗低、易改造、低成本等诸多优点。低成本等诸多优点。低成本等诸多优点。


技术研发人员：蒋庆峰 段文青 宋肖 冯汉升 郭霆 陈育平 沈九兵
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.02.22
技术公布日：2022/7/1