一种适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统，包括窑尾排风机、烟囱、烟气氧化净化器、N2/CO2膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐，窑尾排风机连通所述烟气氧化净化器的进气口，烟气氧化净化器的净化烟气出口连通N2/CO2膜分离装置的进气口，N2/CO2膜分离装置的富N2排出口连通烟囱、富CO2排出口依次通过冷却器和烟气压缩机连通所述CO2循环捕集塔，CO2循环捕集塔包括CO2循环捕释器A和CO2循环捕释器B，交替连续进行CO2捕集和CO2离释。本实用新型专利技术不仅结构简单，具有工业实用性，而且实现了水泥生产线烟气的洁净化排放，实现了水泥企业的有效减排和低碳化生产，还实现了高效连续的CO2捕集分离。

An equipment system for continuous CO2 capture in flue gas of cement kiln

The utility model discloses a equipment system for cement kiln flue gas CO2 continuous trapping, including kiln exhaust fan, chimney, flue gas purifier, N2/CO2 oxidation membrane separation device, gas cooler, compressor, CO2 cycle capture tower, dehydration dryer, CO2 cooler, CO2 compressor, liquefied CO2 tank kiln exhaust fan is communicated with the air inlet flue gas purifier oxidation, purification and separation device of flue gas outlet is communicated with the inlet flue gas purifier oxidation N2/CO2 membrane, N2/CO2 membrane separation device of N2 rich and CO2 rich outlet communicated with the chimney outlet pass through a flue gas cooler and compressor is communicated with the circulation of CO2 trapping tower, CO2 tower collection cycle including CO2 A and CO2 release cycle a cycle capture release device B, alternating continuous CO2 capture and release from CO2. The utility model has the advantages of simple structure and industrial practicability, and realizes the cleaning and emission of the flue gas in the cement production line, realizes the effective emission reduction and low carbonization production of the cement enterprise, and realizes the efficient and continuous CO2 capture and separation.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统
本技术属于废气处理装置
，具体涉及一种适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统。
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(CarbonCaptureandStorage,碳捕获与封存)或CCUS(CarbonCapture,UtilizationandStorage,碳捕获、利用与封存)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(IntegratedGasificationCombinedCycle，整体煤气化联合循环发电系统)煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电技术的应用中。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包括溶剂吸收法、吸附法、膜法和低温分离法等，这些方法大多能采用的是间隙式捕集。其中的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。其中的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，膜方法在成本上及可靠性要求上还有较大的差距。其中的变压吸附法(PressureSwingAdsorption,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技术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。迄今为止，大多数的CO2捕集技术仍处于研发阶段，即便是实施IGCC的煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电，CO2捕集电厂与未实施捕集技术的电厂相比，需要多消耗10％～40％的能源，CO2捕集的高成本造成燃煤电厂也难有实施CO2捕集的积极意愿。而当前各国CCS或CCUS技术的CO2应用技术也集中于液化C0驱油、驱气、地质与海洋封注的研究与应用，而地质与海洋封注客观上造成的环境危害不可预期。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。为促进水泥企业节能减排，水泥企业虽政策性地要求建设了废气余热锅炉发电系统，但由于现应用的窑头及窑尾的水介质余热锅炉的特点一般只能利用其中300℃以上的废气余热，大量的80℃～300℃的废气余热不能利用而直接排空造成热污染，同时，还有大量的其他高温设备辐射余热如水泥生产的主要设备—回转窑胴体的高温热辐射污染，回转窑的高温段胴体温度高达300℃～500℃，低温段胴体温度也达150℃～300℃，这些水泥生产中的高温设备现有的余热锅炉不能直接用来产生高温高压水蒸汽。综上所述，降低水泥企业生产过程中对外界能耗(电、煤)的需求、降低环境污染物排放是必要的，迫切需要针对水泥生产工艺装备特点，开发一种能利用水泥生产过程中大量产生的废弃余热、降低成本、适用于水泥窑烟气CO2捕集的技术方法及装备系统，以实现水泥生产的节能减排问题。申请号为201510579908.7的技术专利申请公开了一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置和方法，它是采用“先富集、后捕集”方法，分两步捕集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统，其特征在于，包括窑尾排风机、烟囱、烟气氧化净化器、N2/CO2膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐；所述尾排风机的排风口连通所述烟气氧化净化器的进气口，所述烟气氧化净化器用于脱除水泥窑烟气中的SO2、NOx、氯化物、氟化物、碳氢化合物、重金属及粉尘污染物，所述烟气氧化净化器的净化烟气出口连通所述N2/CO2膜分离装置的进气口，所述N2/CO2膜分离装置的富N2排出口连通烟囱、富CO2排出口依次通过冷却器和烟气压缩机连通所述CO2循环捕集塔；CO2循环捕集塔包括结构相同且并联设置的CO2循环捕释器A和CO2循环捕释器B，所述CO2循环捕释器A和CO2循环捕释器B交替连续进行CO2捕集和CO2离释，所述CO2循环捕释器A包括壳体、设于壳体底部的布气与排液装置和由上至下设于壳体内的气液分离装置、雾化喷淋装置、丝网捕获床装置、冷却/加热装置，所述壳体顶部还设有温压感应器；所述布气与排液装置连接所述烟气压缩机的出口，用于向壳体内送入富CO2烟气体，所述雾化喷淋装置用于雾化喷入CO2捕集剂，所述丝网捕获床装置包括设于支撑架上的水平丝网、垂直丝网和斜置丝网，所述冷却/加热装置连接废热蓄能装置，所述废热蓄能装置所蓄热能为水泥生产过程中产生的废弃余热，所述壳体顶部设有富N2气排出管路和CO2排出管路，所述富N2气排出管路中设有CO2传感器；所述富N2气排出管路连通烟囱或N2储罐，所述CO2排出管路依次连通脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统，其特征在于，包括窑尾排风机、烟囱、烟气氧化净化器、N2/CO2膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐；所述尾排风机的排风口连通所述烟气氧化净化器的进气口，所述烟气氧化净化器用于脱除水泥窑烟气中的SO2、NOx、氯化物、氟化物、碳氢化合物、重金属及粉尘污染物，所述烟气氧化净化器的净化烟气出口连通所述N2/CO2膜分离装置的进气口，所述N2/CO2膜分离装置的富N2排出口连通烟囱、富CO2排出口依次通过冷却器和烟气压缩机连通所述CO2循环捕集塔；CO2循环捕集塔包括结构相同且并联设置的CO2循环捕释器A和CO2循环捕释器B，所述CO2循环捕释器A和CO2循环捕释器B交替连续进行CO2捕集和CO2离释，所述CO2循环捕释器A包括壳体、设于壳体底部的布气与排液装置和由上至下设于壳体内的气液分离装置、雾化喷淋装置、丝网捕获床装置、冷却/加热装置，所述壳体顶部还设有温压感应器；所述布气与排液装置连接所述烟气压缩机的出口，用于向壳体内送入富CO2烟气体，所述雾化喷淋装置用于雾化喷入CO2捕集剂，所述丝网捕获床装置包括设于支撑架上的水平丝网、垂直丝网和斜置丝网，所述冷却/加热装置连接废热蓄能装置，所述废热蓄能装置所蓄热能为水泥生产过程中产生的废弃余热，所述壳体顶部设有富N2气排出管路和CO2排出管路，所述富N2气排出管路中设有CO2传感器；所述富N2气排出管路连通烟囱或N2储罐，所述CO2排出管路依次连通脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐。2.如权利要求1所述的适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统，其特征在于，所述窑尾排风机和所述烟气氧化净化器、所述烟囱之间设有电动三通风阀，所述电动三通风阀的进气口连通所述窑尾排风机，所述电动三通风阀的第一排气口连通所述烟气氧化净化器，所述电动三通风阀的第二排气口连通所述烟囱。3.如权利要求1所述的适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统，其特征在于，所述烟气氧化净化器包括净化器壳体、设于净化器壳体底部的污水净化分离装置、设于净化器壳体内的氧化剂雾化喷淋装置和氧化净化与水气分离主体装置、设于所述氧化净化与水气分离主体装置中部的净化液循环喷淋装置，所述净化液循环喷淋装置连通所述污水净化分离装置的净化水出口。4.如权利要求1所述的适用于水泥窑烟气中CO2连续捕集的装备系统，其特征在于，所述雾化喷淋装置包括环形管道、设于环形管道上的...

【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：新型
国别省市：湖南,43