一种适用于油田注汽锅炉的CO直接烟气捕集装置及方法

1.一种适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，其特征在于，包括烟气预处理模块和气液吸收-分步解吸模块，所述气液吸收-分步解吸模块包括旋流气液混合塔和分步降压脱碳模块，所述烟气预处理模块与油田注汽锅炉和旋流气液混合塔连接，用于将所述油田注汽锅炉产生的烟气经预处理后输送至旋流气液混合塔；所述旋流气液混合塔还与原油输送管道和分步降压脱碳模块连接，用于将预处理后的烟气和原油混合后输送至分步降压脱碳模块；所述分步降压脱碳模块包括一级降压脱碳模块、二级降压脱碳模块和三级降压脱碳模块，所述一级降压脱碳模块内从下至上设有相连的一级混合舱和一级分离舱，所述二级降压脱碳模块内从下至上设有相连的二级混合舱和二级分离舱，所述三级降压脱碳模块内从下至上设有相连的三级混合舱和三级分离舱；所述一级混合舱和一级分离舱之间设置有第一分离阀，所述二级混合舱和二级分离舱之间设置有第二分离阀，所述三级混合舱和三级分离舱之间设置有第三分离阀；所述一级混合舱、二级混合舱和三级混合舱外壁分别设置有一级混合舱注入口、二级混合舱注入口和三级混合舱注入口，所述一级混合舱注入口与旋流气液混合塔连接，所述二级混合舱注入口和三级混合舱注入口均与原油输送管道连接；所述一级混合舱、二级混合舱和三级混合舱内均设有微调伺服丝杠和旋转搅拌器，所述微调伺服丝杠设于一级混合舱、二级混合舱和三级混合舱的底部，微调伺服丝杠顶部设有活塞，所述活塞顶部和一级混合舱、二级混合舱、三级混合舱之间形成密闭的空间，所述旋转搅拌器转动连接在活塞上，所述旋转搅拌器上设有旋转驱动件；所述一级混合舱通过第一连通管道与二级混合舱连接，所述第一连通管道上设有第一连通阀门，所述二级混合舱通过第二连通管道与三级混合舱连接，所述第二连通管道上设有第二连通阀门，所述三级混合舱上设置有第三连通管道，所述第三连通管道与地层注入井或高纯CO 2 储存罐连接，所述第三连通管道上设有第三连通阀门。 2.根据权利要求1所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，其特征在于，所述烟气预处理模块包括依次连接的烟气收集系统、燃烧脱氧系统、除尘脱酸反应塔和露点控制塔；所述烟气收集系统内设有循环风机，所述烟气收集系统连接至油田注汽锅炉的烟囱侧面；所述燃烧脱氧系统内设有燃烧室；所述除尘脱酸反应塔内设有陶瓷膜，内侧顶部设有碱液喷淋器；所述露点控制塔内侧底部设有冷却水喷淋器，内侧中上部设有多级分子筛干燥模块，所述露点控制塔与旋流气液混合塔连接。 3.根据权利要求2所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，其特征在于，所述燃烧脱氧系统还包括夹套式热媒循环系统，所述夹套式热媒循环系统包括相互连通的第一热交换部和第二热交换部，所述第一热交换部同轴包围燃烧室，所述第二热交换部同轴包围原油输送管道；和/或，所述旋流气液混合塔内设有气液混合盘管，所述旋流气液混合塔外部设置有夹套式液氮冷却环，所述气液混合盘管上端设有混合盘管入口，下端设有混合盘管出口，所述混合盘管入口与露点控制塔和原油输送管道连接，所述混合盘管出口与一级混合舱注入口连接。 4.根据权利要求2所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，其特征在于，还包括一级压缩机和二级压缩机，所述一级压缩机设置在烟气收集系统与燃烧脱氧系统之间，所述二级压缩机与三级降压脱碳模块的第三连通管道连接；和/或，所述烟气预处理模块和气液吸收-分步解吸模块均设置在集成撬上。 5.根据权利要求2所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，其特征在于，所述一级混合舱、二级混合舱和三级混合舱内还设有沥青质附着器、CO 2 浓度检测器、压力传感器和温度传感器，所述沥青质附着器设置在旋转搅拌器上。 6.一种利用权利要求1~5任一所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集方法，其特征在于，包括如下步骤：利用烟气预处理模块对油田注汽锅炉产生的烟气进行预处理；将预处理的烟气通入旋流气液混合塔，与原油进行充分混合；将烟气和原油的混合物通入分步降压脱碳模块，通过微调伺服丝杠和旋转搅拌器控制烟气和原油混合物的压力，使N 2 和CO 2 逐步分离，最终得到高纯CO 2 。 7.根据权利要求6所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集方法，其特征在于，利用权利要求2~5任一所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，具体包括如下步骤：步骤一：将烟气收集系统连接在油田注汽锅炉的烟囱侧面旁路烟道上，收集原料烟气，输送到燃烧脱氧系统；步骤二：烟气进入燃烧脱氧系统的燃烧室内，在燃烧室内进行燃烧，将O 2 浓度降低至0.5%以下；步骤三：将脱氧后的烟气输送到除尘脱酸反应塔中，通过陶瓷膜的微孔径截留粉尘颗粒，通过碱液喷淋器喷淋NaOH，同步去除SO 2 /NO 2 ；步骤四：将脱酸除尘后的烟气输入至露点控制塔内，通过底部冷却水喷淋器降低烟气温度，在烟气上升过程中，通过中上部的多级分子筛干燥模块吸收冷凝水，将露点温度降低至-30℃以下；步骤五：将步骤四预处理的纯净烟气通入旋流气液混合塔，与原油进行充分混合；步骤六：将步骤五得到的高溶解气油比的烟气与原油混合物，注入至一级降压脱碳模块中的一级混合舱，通过控制微调伺服丝杠和旋转搅拌器，使烟气和原油混合物的压力升压至饱和压力之上，使气体在原油中达到超饱和态稳定溶解，通过微调伺服丝杠和旋转搅拌器，控制烟气和原油混合物的压力瞬时降低至饱和压力以下，使得N 2 爆发式析出，打开第一分离阀，将析出的高纯度N 2 收集至一级分离舱，使得烟气中CO 2 浓度实现的第一次富集，关闭第一分离阀，控制一级混合舱内压力缓慢降压至常压，得到一次富集CO 2 的烟气；步骤七：打开二级混合舱注入口，通过原油输送管道注入脱气原油，同时打开第一连通阀门，将一级降压脱碳模块中纯化的烟气输送至二级降压脱碳模块中进行分离提纯，通过控制二级混合舱内的微调伺服丝杠和旋转搅拌器，使烟气和原油混合物的压力升压至饱和压力之上，随后控制烟气和原油混合物的压力瞬时降低至饱和压力以下，使得N 2 爆发式析出，打开第二分离阀，将析出的高纯度N 2 收集至二级分离舱，使得烟气中CO 2 浓度实现的第二次富集，关闭第二分离阀，控制二级混合舱内压力缓慢降压至常压，得到二次富集CO 2 的烟气；步骤八：打开三级混合舱注入口，通过原油输送管道注入脱气原油，同时打开第二连通阀门，将二级降压脱碳模块中纯化的烟气输送至三级降压脱碳模块中进行分离提纯，通过控制三级混合舱内的微调伺服丝杠和旋转搅拌器，使烟气和原油混合物的压力升压至饱和压力之上，随后控制烟气和原油混合物的压力瞬时降低至饱和压力以下，使得N 2 爆发式析出，打开第三分离阀，将析出的高纯度N 2 收集至三级分离舱，使得烟气中CO 2 浓度实现的第三次富集，关闭第三分离阀，控制三级混合舱内压力缓慢降压至常压，得到三次富集CO 2 的烟气，即为高纯度CO 2 ，高纯度CO 2 通过第三连通阀门排出后注入地层或存储在高纯CO 2 储存罐中。 8.根据权利要求7所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集方法，其特征在于，利用权利要求5所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集装置，还包括如下步骤：步骤九：当完成预设三轮次CO 2 富集操作时，超临界CO 2 萃取作用驱使沥青质析出并附着于沥青质附着器，控制微调伺服丝杠上升以缩减空间，同时打开旋转搅拌器清除内壁多余沥青质，原油分别经第一连通阀门、第二连通阀门，第三连通阀门排出后，打开一级混合舱、二级混合舱和三级混合舱，收集沥青质附着器上的沥青质。 9.根据权利要求7所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集方法，其特征在于，步骤六中，烟气与原油混合物溶解气油比为80-85m 3 /m 3 ；步骤七中，烟气与原油混合物溶解气油比为160~170m 3 /m 3 ；步骤八中，烟气与原油混合物溶解气油比为235~245m 3 /m 3 。 10.根据权利要求7所述的适用于油田注汽锅炉的CO 2 直接烟气捕集方法，其特征在于，步骤六中，降压过程中，微调伺服丝杠控制压力降低至饱和压力以下8MPa-10MPa；步骤七中，降压过程中，微调伺服丝杠控制压力降低至饱和压力以下5MPa-7MPa；步骤八中，降压过程中，微调伺服丝杠控制压力降低至饱和压力以下2MPa-4MPa。