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本发明公开了一种尾气碳捕集综合处理及冷能回收再利用系统，包括尾气碳捕集单元、冷能回收再利用单元，尾气碳捕集单元包括前处理装置、安保装置、第一调节阀、压缩机、第二调节阀、储气罐、第三调节阀、CO2分离装置、CO2储气罐、两级压差透平膨胀机，冷能回收再利用单元包括两级压差透平膨胀机、第四调节阀、凝华室、第五调节阀、富裕冷能贮藏室；创新地利用碳捕集后的尾气废气的压力能，输送至两级压差透平膨胀机膨胀做功，并对膨胀后的低温废气的冷能进行回收再利用；将高效碳捕集技术、冷能回收技术集成，实现高效尾气碳捕集和冷能回收再利用，能够最大限度地减少能源浪费，为工业和能源领域提供了一种经济、环保的解决方案。