一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统技术方案

本发明专利技术提供一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统，包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气净化装置、冷却器、烟气压缩机、CO2吸收塔‑再生塔单元、冷能回收装置、废热蓄能装置、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐，所述的CO2吸收塔‑再生塔单元包括依次连接的CO2吸收塔、贫/富液换热装置、CO2再生塔。该装备系统，以水泥生产线工艺过程及工艺装备为基础，利用水泥生产过程中的余热作为热交换能源，采用水化合物促进剂连续捕集水泥窑的烟气中的CO2，同时净化烟气，实现高效且自耗能低、投资低、运行成本低的效果。

Continuous collection of CO in flue gas of cement kiln by hydrate process

The invention provides a method for continuously capturing CO in flue gas of cement kiln by hydrate process

【技术实现步骤摘要】
一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统
本专利技术涉及环保低碳
，具体涉及一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统。
技术介绍
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因。我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源作为能源结构。随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点，而当前碳减排和应对气候变化的CCS或CCUS技术的高投资、高捕集成本的运气经济性成为了推广应用的严重障碍。现有的CCS或CCUS技术的研究及示范应用主要集中在必须分离去除高浓度CO2的煤化工、合成气与煤电领域，而煤电领域集中在以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术的应用中。由于目前最大的CO2排放点源主要是以煤为原料的电厂，在CO2捕集
或CCS技术方面将CO2的捕获技术方法及系统称之为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集。(1)燃烧前捕集：主要是以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术为基础，先将煤气化，得到CO和H2，再经过水蒸气变换，CO转为CO2，然后通过分离或CO2捕获技术，分别得到高浓度的H2和CO2，H2可以燃烧发电或作为无碳能源输出。IGCC技术中实施CO2的捕集将使能源消耗增加10～40％，吨CO2捕集成本达20～50美元，其中CO2捕集液再生能源约占60％。(2)燃烧中捕集：又称富氧燃烧捕集技术，先经利用空分系统，将空气中所含大量的氮气除去，得到高纯度的O2，然后将高浓度O2引入燃烧系统，利于CO2的进一步捕获和处理，或以纯氧作为助燃剂，同时在燃烧过程中对锅炉内加压，使得燃烧后烟气中的主要成分为CO2和水，分离水后，这样烟气中高浓度的CO2气体可以直接进行压缩捕捉。富氧燃烧捕集技术除投资高、运行成本高外，增加能源消耗20～50％，吨CO2捕集成本达50～90美元。(3)燃烧后捕集：指直接对电厂燃烧后的烟气实施CO2的分离和捕集，捕集装置位于电厂烟气排放下游，可分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等。由于电厂排放的CO2浓度低、压力小，导致能耗及成本过大，尚不适宜大规模推广。目前，CO2捕集即CO2的分离和提纯过程，已实现工业化的方法，具体包括溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离技术和低温分馏分离法等，这些方法大多能采用的是间隙式捕集。其中膜分离技术是借助混合气体中各组分在膜中渗透速率的不同而获得分离的方法，目前用于分离CO2的膜材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚碳酸酯等聚合物。对于大规模的CO2捕集系统，膜法在成本上及可靠性要求上还有较大的差距。变压吸附法(PSA)的基本原理是利用吸附剂对不同气体的吸附量随压力的变化而不同，该技术具有工艺过程相对简单，能耗较低，能够从合成氨变换气中脱除和回收CO2。其中的低温分馏分离法是在低温下将气体中各种组分按照工艺和要求冷凝下来，然后用蒸馏法将其中各类物质按照蒸发温度的不同逐一加以分离。该方法适用于天然气中CO2、H2S含量较高，以及在用CO2进行3次采油时，采出气中CO2含量和流量出现较大波动等情形，工艺设备投资费用较大，能耗较高。溶剂吸收法包括化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法，已经被证实是目前所有CO2吸收方法当中技术最成熟、应用最广泛，而且具有适合进行大规模CO2捕捉潜力的技术方案。但捕获工艺复杂，投资大，易产生二次污染且有些溶剂具有毒性，溶剂需要再生需消耗大量能源，捕集成本高。开发有别于传统方法的全新、高效且经济实用的分离技术尤显重要，水合物法即是一种新兴的分离CO2技术。在CO2捕集的新兴技术研究中，间隙式工艺流程水合物法捕集CO2方法在煤电、煤化工行业CO2的捕集研究成果引起了关注。其中代表最先进水平的为中国专利申请号201610462203.1提供了一种快速制备CO2水合物的技术，通过以下技术方案实现：将氨基酸作为CO2水合物促进剂，将水和氨基酸均匀混合后得到氨基酸水溶液；将氨基酸水溶液注入高压反应釜内；向高压反应釜内通入高压CO2气体进行反应，得到高储气密度的固态CO2水合物。该水合物法无传统的化学吸附法或物理化学吸附法造成的严重二次污染，但仍存在下列问题：需在密闭的高压反应釜中高压搅拌下反应数小时，且水合物形成的反应时间仍过长；需在密闭的高压容器中电磁搅拌下进行水合反应，不能实现连续吸收烟气流中的CO2；生产的CO2压缩成液态的能耗偏大，分离容量不足。现有的水合物法对于低浓度的烟气(一般工业窑炉烟气)或者IGCC合成气分离捕集CO2的效率不高，因此，科技工作者提出的水合物法实施工艺都是水合物法结合其它方法，如水合物法结合膜分离法、水合物法结合化学吸附法的联合工艺。鉴于当前的实际技术状况，为推动CCS技术，迫切需要一种可应用于一般工业窑炉大流量烟气连续分离CO2的水合促进剂及相适应的应用方法。至今，在世界范围内的水泥生产领域虽有强调水泥企业的低碳减排问题，但尚未见任何具体的二氧化碳捕集、封闭和应用的研究或实践报道。而我国的水泥实际产能已逾35亿吨，干法回转窑生产线达1700多条。水泥生产企业为公认的高耗能高污染企业，是二氧化碳的主要排放源之一，不仅一次能源(煤)和二次能源(电)消耗大，且有大量的废弃余热和废气污染物排放，烟气环保达标排放时其排放的废气中污染物成份大多波动在CO212～29％、SO280～200mg/nm3、NOx100～400mg/nm3、粉尘10～30mg/nm3，且含有少量碳氢化合物、氟氯化合物和重金属，水泥生产因其工艺过程特性其窑炉烟气成分及性质与煤化工合成气、天然气、煤电烟气乃至IGCC气有显著的差异。水泥生产的CO2排放可分为原料碳酸盐的分解和燃料的燃烧产生的CO2的直接排放、及生产工艺过程消耗的外部电力等产生的间接排放。据中国建筑材料科学研究总院对我国水泥工业CO2排放分析，我国水泥生产过程原料分解、燃料燃烧和电力消耗的CO2排放量分别占水泥生产总排放量的59％、26％、12％，综合CO2排放系数为0.8045t/t，水泥行业CO2排放因子干法水泥为0.867t/t。我国水泥产能逾35亿吨，由此推断我国水泥工业的CO2年排放量达30亿吨。可见，我国水泥企业实施CO2减排更凸显紧迫性和必要性，但因尚缺失针对水泥窑烟气具体的CO2捕集技术的研究开发，加之现有CO2捕集技术应用的高成本问题已经远远超出水泥企业可承受的能力极限，且水泥生产因其工艺过程特性其窑炉烟气成分及流体性质与煤化工合成气、天然气、煤电烟气乃至IGCC气有显著的差异，对于本身价低(水泥价格低)利薄的水泥行业，至今尚未见任何水泥窑烟气中CO2捕集和应用技术的具体研究和实践报道。CN201110387163.6公开一种烟道气CO2的回收工艺，包括下述步骤：烟道气首先从底部进入洗涤塔进行洗涤，洗涤后的污水进入封闭冷却循环系统，洗涤后的烟道气经压缩机加压后进入吸收塔，烟道气中的CO2溶解在MEA溶液中；得到的CO2富液送去第一换热器与从再生塔来的再生气换热，然后再进入第二换热器与来自再生塔的贫液换热后，进入再生塔喷淋进行CO2解吸；得到的再生气经第一换热器送入第一冷却器进行气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO

【技术特征摘要】
1.一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统，其特征在于，包括CO2吸收塔-再生塔单元，所述的CO2吸收塔-再生塔单元包括依次连接的CO2吸收塔、贫/富液换热装置、CO2再生塔；所述CO2吸收塔包括吸收塔壳体，所述吸收塔壳体内依次设置有气液分离装置、雾化喷液装置、丝网捕获床装置、冷能交换装置、布气与排液装置；所述吸收塔壳体顶部还设有N2气体排出调压阀；所述N2气体排出调压阀与N2气体排出管道连接；所述吸收塔壳体底部出液口通过富液储液罐、富液泵与贫/富液换热装置的富液进口连通，所述贫/富液换热装置的富液出口与再生塔第一室的第一级雾化喷液装置连通；所述吸收塔壳体底部进气口与烟气进气管道增压泵连通；所述烟气进气管道增压泵与烟气进气管道连接；所述CO2再生塔包括再生塔壳体、再生塔第二室和再生塔第一室，所述再生塔第二室和再生塔第一室设置在再生塔壳体内；所述再生塔壳体内依次设置有丝网除雾装置、气液分离装置、第二级雾化喷液装置、第一级雾化喷液装置、热交换装置，再生塔壳体顶部还设有CO2排气阀，所述热交换装置与热源连接；再生塔第一室底部通过循环液储液罐和循环泵与再生塔第二室的第二级雾化喷液装置连通，再生塔第二室底部通过贫液储罐及贫液泵与贫/富液换热装置的贫液进口连通，所述贫/富液换热装置的贫液出口与雾化喷液装置连通；所述CO2排气阀与收集管道连接；所述烟气进气管道连接有尾排风机、电动三通风阀、烟囱，所述电动三通风阀设置于与窑尾除尘器相连的尾排风机和烟囱之间的烟气管道上，所述尾排风机的出气口与电动三通风阀的进气口相连通，所述电动三通风阀的第一排气口与CO2吸收塔-再生塔单元进口相连通，所述电动三通风阀的第二排气口与烟囱相连通；所述收集管道连接有CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐；所述收集管道与CO2冷却器气体进口相连通，CO2冷却器出口与CO2压缩机进口相连通，CO2压缩机出口与液化CO2储罐进口相连通；所述热源来自废热蓄能装置，所述废热蓄能装置是将水泥生产线设备产生的不同温度的废弃余热或高温热能进行蓄能的装置。2.根据权利要求1所述的一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统，其特征在于，所述烟气进气管道还连接有冷却器、烟气压缩机；所述电动三通风阀的第一排气口与冷却器气体进口相连通，所述冷却器气体出口与烟气压缩机进口相连通，所述烟气压缩机出口通过烟气进气管道与CO2吸收塔-再生塔单元的进气管道口相连通。3.根据权利要求2所述的一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小林，
申请(专利权)人：长沙紫宸科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43