氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备技术

一种氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备。该方法先采用氨水循环喷淋吸收烟气中的ＣＯ↓［２］，然后将所生成的碳酸氢铵富液加热解析再生，再水洗解析出的高浓度ＣＯ↓［２］与氨气的混合气体，所得氨水贫液继续进行吸收循环，所得高浓度ＣＯ↓［２］气体则经过冷却、气液分离、干燥、压缩和冷凝处理，制成高纯度工业级液体二氧化碳。其设备主要由通过泵和管道相连的吸收塔、再生塔、水洗塔、气液分离器、干燥器、压缩机、以及冷凝器等组成。本发明专利技术能够完全适应电站锅炉尾部烟气流量巨大、成份复杂、二氧化碳浓度低的特点，既可以有效提高烟气中二氧化碳的脱除率，又可以生产出高纯度的液态二氧化碳，且其工艺流程简单、系统结构简化、投资及运行成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电站锅炉烟气中二氧化碳的减排及资源化利用技术，具体地指一种氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备。
技术介绍
大气温室效应是人类面临的最主要环境问题之一。二氧化碳是主要的温室气体，火电厂是二氧化碳的集中排放源，其二氧化碳排放量约占人类活动引起的二氧化碳总排放量的30％。一个600MW的火电厂每小时排放的二氧化碳量可达500吨。因此，为了减少大气中的二氧化碳含量，首要的是减少电站锅炉尾部烟气向大气排放二氧化碳。从另一方面讲，二氧化碳作为一种化工原料具有广泛的用途，可用于食品保鲜、膨化烟丝、生产甲醇、尿素、可降解塑料等，尤其是石油行业利用二氧化碳驱油技术可以大大提高采油率，而现阶段随电站锅炉尾部烟气排放的二氧化碳大都白白浪费掉了。传统的二氧化碳治理或提取方法有多种，大致可以分为物理方法和化学方法两大类。工业应用较多采用化学方法，化学方法主要指化学吸收法，其原理是使二氧化碳气体与化学溶剂发生反应而被吸收，吸收二氧化碳达到平衡的化学溶剂变成富液，富液进入再生塔加热分解出二氧化碳气体，从而达到分离回收二氧化碳的目的。较常见的化学溶剂是乙醇胺类的水溶液，采用醇胺溶液在吸收塔和再生塔中循环运行，可以得到高浓度的二氧化碳。但是，醇胺是一种价格昂贵的化工产品，在系统循环中有一定的损耗率；同时，醇胺与二氧化碳的反应速率较低，需要的反应时间较长，吸收塔的设计高度较高；以上原因均造成采用醇胺溶液回收二氧化碳的成本很高。并且，该醇胺法只适合于烟气流量不大的场合，离实际电站锅炉尾部烟气的处理还有很大的差距。电站锅炉尾部烟气的特殊性在于其二氧化碳含量偏低、烟气流量巨大。经检测各种类型的电站锅炉尾部烟气，其CO2浓度约为10～15％。以一个600MW的发电厂为例，其锅炉尾部烟气排放量约2000000Nm3/h。采用上述醇胺溶液脱除二氧化碳时，会造成吸收塔体积庞大，施工、运行和设备-->检修困难，很难达到有效脱除烟气中二氧化碳并将其回收利用的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备。采用该方法及其设备能够完全适应电站锅炉尾部烟气流量巨大、二氧化碳浓度低的特点，既可以有效提高烟气中二氧化碳的脱除率，又可以生产出高纯度的液态二氧化碳，且其工艺流程简单、设备结构简化、投资及运行成本低廉。为实现上述目的，本专利技术所设计的氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，是对经过常规除尘和脱硫处理的电站锅炉尾部烟气进行再加工的过程。该方法包括如下步骤：1)以氨水溶液作为CO2吸收剂，将其均匀喷射到经过除尘和脱硫处理后的烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的氨水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与氨水溶液发生气液两相化学反应而被吸收，获得碳酸氢铵富液。其化学反应方程式为：CO2+NH3＝NH2COONH4NH2COONH4+H2O＝NH4HCO3+NH3NH3+H2O＝NH4OHNH4HCO3+NH4OH＝(NH4)2CO3+H2O(NH4)2CO3+CO2+H2O＝2NH4HCO32)对步骤1)所得的碳酸氢铵富液进行加热解析处理，再生获得高浓度CO2与氨气的混合气体，同时使碳酸氢铵富液还原成脱除了CO2的氨水贫液。其化学反应方程式为：NH4HCO3＝NH3+CO2+H2O3)对步骤2)所得的高浓度CO2与氨气的混合气体进行水洗喷淋处理，使其中的氨气被水吸收生成氨水溶液，同时分离出高浓度CO2气体。4)将步骤2)所还原的氨水贫液、步骤3)所生成的氨水溶液都送回至步骤1)中，作为CO2吸收剂继续循环使用。5)对步骤3)所分离出的高浓度CO2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结。6)对步骤5)冷却处理的高浓度CO2气体进行气液分离处理，脱除其中的凝结水份，获得纯度高于99％的CO2气体。7)将步骤6)所得高纯度CO2气体进一步干燥，再经过压缩和冷凝处-->理，将其变成液态，即可制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。在上述步骤1)中，优选氨水溶液的摩尔浓度为0.6～26mol/L，氨水溶液中NH3与烟气中CO2的摩尔比为1.0～2.0。同时，控制烟气中的CO2气体与氨水溶液的反应温度为0～45℃，反应压力为1～10atm。这样，氨水溶液可以在合适的温度和压力下与烟气中的CO2发生充分完全的反应，将绝大部分的二氧化碳转化为碳酸氢铵。在上述步骤2)中，对所得的碳酸氢铵富液进行加热解析处理的温度优选在100～160℃的范围内。在这个温度条件下，碳酸氢铵可以迅速完全分解，使绝大部分的CO2从中解析出来，获得高浓度的CO2气体。在上述步骤3)中，对所得的高浓度CO2与氨气的混合气体进行水洗喷淋处理的工作温度优选在50～90℃的范围内。这样，喷淋水可以有效地吸收氨气，同时所获得的氨水也不会与CO2气体发生反应。在上述步骤5)中，将所分离出的高浓度CO2气体冷却处理至20～35℃的最佳温度范围。这样，可以使其中绝大部分的水蒸汽凝结出来。为实现上述方法而专门设计的氨法捕集电站烟气中二氧化碳的设备，包括通过管道相连的吸收塔、再生塔、水洗塔、气液分离器、干燥器、压缩机和冷凝器。所述吸收塔的下部烟气进口和顶部烟气出口之间自下而上依次设置有二至三组填料层和至少一组除雾装置，每组填料层的上方对应设置有一组氨水喷淋层。所述吸收塔的底部碳酸氢铵富液出口通过富液泵与再生塔的上部进口相连，再生塔的上部气体出口通过第一冷却器与水洗塔的下部进口相连，水洗塔的上部气体出口通过第二冷却器与气液分离器的进口相连，再生塔和水洗塔的下部液体出口同时与储氨罐的输入口相连，储氨罐的输出口通过贫液泵和第三冷却器与氨水喷淋层相连。所述气液分离器的气体出口依次与干燥器、压缩机、冷凝器和液态二氧化碳储存槽串连连接。由此，在脱除烟气中二氧化碳的同时，通过上述组合为一体的设备对其进行再生、脱水、干燥、压缩和冷凝等连续处理，直至获得高纯度工业级液态二氧化碳。进一步地，上述吸收塔的下部烟气进口上方设置有促使烟气均匀分布的多孔板，多孔板的孔面积与板面积之比率为30～40％。这样，一方面烟气向上通过多孔板后，气流分布更加均匀，有效消除了烟气流死角，有利于烟气与氨水溶液充分接触；另一方面在多组氨水喷淋层的喷射作用下，多组填料层内的氨水溶液分布更加均匀，使烟气中的二氧化碳与其具有最大-->的接触面积，能够充分完全地发生化学反应而被吸收。进一步地，在上述富液泵和贫液泵的输送管路上还设置有贫富液换热器，吸收塔的底部碳酸氢铵富液出口通过富液泵、贫富液换热器与再生塔的上部进口相连，储氨罐的输出口通过贫富液换热器、贫液泵和第三冷却器与氨水喷淋层相连。这样，可以充分利用从再生塔和水洗塔所得氨水贫液的余热，给进入再生塔的碳酸氢铵富液预热，同时将氨水贫液冷却，实现热交换的良性循环，节省热能资源。进一步地，上述气液分离器的凝结液出口与水洗塔上的工艺水进口相连。这样，可以将分离出来的凝结液重新返回到水洗塔中进行循环，减少工艺用水量，降低生产成本。与传统醇胺溶液脱除烟气中的二氧化碳工艺相比，本专利技术具有以下突出效果：其一，采用氨水溶液作为吸收剂，氨水溶液的吸收能力为一乙醇胺MEA的2～3倍，但价格仅仅是MEA的1/6，而且所生成的碳酸氢铵的再生能耗较低。因此，利用氨水溶液可以有效捕集烟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，是对经过常规除尘和脱硫处理的电站锅炉尾部烟气进行再加工的过程，其特征在于：该方法包括如下步骤：　１）以氨水溶液作为ＣＯ↓［２］吸收剂，将其均匀喷射到经过除尘和脱硫处理后的烟气中，使向上运动的烟气与 向下喷射的氨水溶液充分逆向接触，烟气中的ＣＯ↓［２］气体与氨水溶液发生气液两相化学反应而被吸收，获得碳酸氢铵富液；　２）对步骤１）所得的碳酸氢铵富液进行加热解析处理，再生获得高浓度ＣＯ↓［２］与氨气的混合气体，同时使碳酸氢铵富液还原成 脱除了ＣＯ↓［２］的氨水贫液；　３）对步骤２）所得的高浓度ＣＯ↓［２］与氨气的混合气体进行水洗喷淋处理，使其中的氨气被水吸收生成氨水溶液，同时分离出高浓度ＣＯ↓［２］气体；　４）将步骤２）所还原的氨水贫液、步骤３）所生成的氨水溶 液都送回至步骤１）中，作为ＣＯ↓［２］吸收剂继续循环使用；　５）对步骤３）所分离出的高浓度ＣＯ↓［２］气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；　６）对步骤５）冷却处理的高浓度ＣＯ↓［２］气体进行气液分离处理，脱除其中的凝 结水份，获得纯度高于９９％的ＣＯ↓［２］气体；　７）将步骤６）所得高纯度ＣＯ↓［２］气体进一步干燥，再经过压缩和冷凝处理，将其变成液态，即可制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。...

【技术特征摘要】
1.一种氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，是对经过常规除尘和脱硫处理的电站锅炉尾部烟气进行再加工的过程，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)以氨水溶液作为CO2吸收剂，将其均匀喷射到经过除尘和脱硫处理后的烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的氨水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与氨水溶液发生气液两相化学反应而被吸收，获得碳酸氢铵富液；2)对步骤1)所得的碳酸氢铵富液进行加热解析处理，再生获得高浓度CO2与氨气的混合气体，同时使碳酸氢铵富液还原成脱除了CO2的氨水贫液；3)对步骤2)所得的高浓度CO2与氨气的混合气体进行水洗喷淋处理，使其中的氨气被水吸收生成氨水溶液，同时分离出高浓度CO2气体；4)将步骤2)所还原的氨水贫液、步骤3)所生成的氨水溶液都送回至步骤1)中，作为CO2吸收剂继续循环使用；5)对步骤3)所分离出的高浓度CO2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；6)对步骤5)冷却处理的高浓度CO2气体进行气液分离处理，脱除其中的凝结水份，获得纯度高于99％的CO2气体；7)将步骤6)所得高纯度CO2气体进一步干燥，再经过压缩和冷凝处理，将其变成液态，即可制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。2.根据权利要求1所述的氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于：所说的步骤1)中，氨水溶液的摩尔浓度为0.6～26mol/L，氨水溶液中NH3与烟气中CO2的摩尔比为1.0～2.0。3.根据权利要求1或2所述的氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于：所说的步骤1)中，烟气中的CO2气体与氨水溶液的反应温度为0～45℃，反应压力为1～10atm。4.根据权利要求1或2所述的氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于：所说的步骤2)中，对所得的碳酸氢铵富液进行加热解析处理的温度为100～160℃。5.根据权利要求1或2所述的氨法捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于：所说的步骤3)中，对所得的高浓度CO2与氨气的混合气体进行水洗喷淋处理的工作温度为50～90...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敬，韩长民，韩旭，李雄浩，魏世发，
申请(专利权)人：武汉凯迪电力环保有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]