水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO制造技术

本发明专利技术公开了一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO

【技术实现步骤摘要】
水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置及方法
本专利技术属于节能和CO2减排
，尤其涉及水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置及方法。
技术介绍
CO2是温室气体之一，据了解水泥窑生产1吨孰料约排放二氧化碳0.86吨。据2018年统计，水泥生产所排放的CO2约占全球排放总量的7％，因此水泥行业二氧化碳减排任务异常艰巨。水泥工业可以通过采取各种不同的技术措施来降低CO2排放，例如富氧燃烧提高能量效率、使用替代燃料、替代原料等，然而这些技术革新所带来的减排效果有限。CO2捕获和储存(CCS)技术近年来被逐步应用于减少水泥工业CO2排放，被公认为是水泥工业深入全面碳减排的重大举措，被欧洲列为《2050欧洲低碳发展技术路线图》。我国也将CCS技术作为节能减排大力推举和扶持的措施之一。二氧化碳回收和提纯分离是CCS技术的关键，而水泥窑排放烟气中成分复杂、CO2含量低(15～40％V/V)等导致CO2回收和提纯面临技术难度大、工艺复杂、成本较高等特点。目前有MEA化学吸收法、纯氧(O2+CO2，CO2为目标气体)燃烧法、冷却氨水法、膜分离法、分体式钙循环法和集成式钙循环法等多种CO2捕获和减排工艺流程。水泥行业是CO2排放重点产业集群之一，随着CO2减排和碳交易指标越来越引起重视，如何高效捕获回收CO2、降低设备投资和运行功耗将成为未来研究的热点。而目前应用较广的如MEA吸收法、膜分离法等各种CO2捕集技术，能耗高、投资大是绕不过的技术瓶颈之一。现有技术中专利申请号为201610344313.8提供了一种水泥窑余热回收装置，包括辐射换热器、第一管路系统以及第二管路系统，第一管路系统包括第一管道、给水泵、第一调节阀和流量计，辐射换热器的进水管上设有泄压阀、第一温度传感器和第一压力传感器；第二管路系统包括第二管道、第三管道以及第四管道，第三管道和或第四管道上设有第二调节阀，辐射换热器的出水管上设有第二温度传感器和第二压力传感器。该专利通过辐射换热器、第一管路系统以及第二管路系统的组合实现回转炉的辐射热直接将水加热送到锅炉汽包，不通过余热锅炉省煤器，增加余热锅炉的发电量的同时不影响排烟温度，充分有效利用辐射热，但是该专利并没有解决CO2排放的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置及方法，有效将烟气、压缩热等余热回收制冷技术和烟气低浓度CO2回收提纯技术结合，降低能耗的同时，制取获得高纯液体CO2，从而达到节能和CO2减排的双重目的。一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，水泥窑和余热制冷设备连接，余热制冷设备一端和过滤组件连接，另一端和泵连接，一级膜分离组件的一端和过滤组件连接，另一端和风机连接，二级膜分离组件的一端和第一增压设备连接，另一端和第二增压设备连接，第二增压设备进一连接余热制冷设备，换热器的一端和泵连接，另一端和精馏塔连接。优选的是，所述过滤组件包括烟气经气体罐、风机、过滤器，所述余热制冷设备和气体罐、风机、过滤器依次连接。上述任一方案优选的是，所述第一增压设备为风机，第二增压设备为压缩机。上述任一方案优选的是，所述余热制冷设备包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器及溶剂泵，余热制冷设备内置换热器，余热制冷设备所用的制冷工质为溴化锂和/或氨。上述任一方案优选的是，所述冷媒泵和换热器所用的冷媒介质为氨和/或乙二醇-水。上述任一方案优选的是，所述一级膜分离组件和二级膜分离组件尾气端均安装有用于尾气调节的自控阀门。一种采用上述的水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2装置的回收方法，包括以下步骤：步骤(1)、来自水泥窑窑尾烟气及CO2成品气压缩余热经过余热制冷设备制冷，获得冷媒之后，冷媒经泵循环；步骤(2)、经余热回收后的烟气经回收增压、过滤后进入一级膜分离组件；步骤(3)、一级膜分离组件渗透出来的CO2粗气经第一增压设备增压后进入二级膜分离组件，二级膜分离组件渗透出来的纯净CO2成品气经第二增压设备增压后进入余热制冷设备；步骤(4)、CO2成品气经充分余热回收后与冷媒在换热器中冷却并液化，而后进入精馏塔，经精馏后从精馏塔底部流出并获得高纯液态CO2，尾气从精馏塔顶部排空。水泥窑窑尾烟气低浓度CO2原料气为干式水泥窑尾烟，具体成分如下：二氧化碳CO233.5％氮气N263.4％氧气O22.9％一氧化碳CO0.2％上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中所述第一增压设备为风机，第二增压设备为压缩机。上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中第二增压设备的出口压力能够根据经换热器冷却的CO2成品气温度实时调节，以确保CO2被有效液化而不至于固化引起管路堵塞。上述任一方案优选的是，所述步骤(2)中经余热回收后的烟气经气体罐、风机回收增压、过滤器过滤后进入一级膜分离组件。有益效果(1)本专利技术公开一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，包括余热回收制冷系统、二氧化碳回收提纯系统和液化精馏系统几部分。其方步步骤包括，利用烟气和压缩机余热回收驱动制取-20～0℃之间的冷源(冷媒)。余热回收后的低浓度原料CO2经气体缓冲罐、风机增压、过滤后进入一级膜提纯；一级膜渗透出来的CO2粗气经风机二次增压进入二级膜提纯并获得98％以上的CO2产品气；经压缩机增压、余热回收后的CO2产品气与冷源(冷媒)在换热器中充分换热冷却成液态，经精馏塔精馏获得≥99.99％的高纯液态CO2，尾气从精馏塔上部排空；冷媒经泵压缩循环使用。(2)本专利技术结合了烟气、压缩机余热回收和二氧化碳回收提纯技术，充分利用余热制冷来冷却(冷冻)CO2产品气，并结合CO2提纯技术，从而降低CO2液化的分压，降低能耗和液态CO2生产成本，达到节能和减排的双重目的。充分利用烟气和压缩机压缩余热制冷并获得冷源，并用于冷却二级膜分离组件提纯后的CO2成品气，从而降低CO2的液化分压，起到显著的节能作用。采用专利CN108148555B的实施案例可以提供-20度的低温，再结合CO2的液化临界压力，可以说明本申请CO2的液化分压显著降低，根据常温常压CO2液化的压缩比和低温常压CO2的压缩比对比，可以说明本申请的液化功率显著降低。(3)有效将烟气、压缩热等余热回收制冷技术和烟气低浓度CO2回收提纯技术结合，降低能耗的同时，制取获得高纯液体CO2，从而达到节能和CO2减排的双重目的。适用于水泥窑、玻璃窑、石灰窑、燃煤电厂等领域的二氧化碳综合回收。附图说明图1为一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置的结构示意图。图中：101、水泥窑；102、余热制冷设备；103、气体罐；104、风机；105、过滤器；106、一级膜分离组件；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO

【技术特征摘要】
1.一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，其特征在于：水泥窑(101)和余热制冷设备(102)连接，余热制冷设备(102)一端和过滤组件连接，另一端和泵(111)连接，一级膜分离组件(106)的一端和过滤组件连接，另一端和风机(107)连接，二级膜分离组件(108)的一端和第一增压设备(107)连接连接，另一端和第二增压设备(109)连接，第二增压设备(109)进一连接余热制冷设备(102)，换热器(110)的一端和泵(111)连接，另一端和精馏塔(112)连接。


2.如权利要求1所述的一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，其特征在于：所述过滤组件包括烟气经气体罐(103)、风机(104)、过滤器(105)，所述余热制冷设备(102)和气体罐(103)、风机(104)、过滤器(105)依次连接。


3.如权利要求1所述的一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，其特征在于：所述第一增压设备(107)为风机，第二增压设备(109)为压缩机。


4.如权利要求2所述的一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，其特征在于：所述余热制冷设备(102)包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器及溶剂泵，余热制冷设备(102)内置换热器，余热制冷设备(102)所用的制冷工质为溴化锂和/或氨。


5.如权利要求1所述的一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，其特征在于：所述冷媒泵(111)和换热器(110)所用的冷媒介质为氨和/或乙二醇-水。


6.如权利要求1所述的一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2的装置，其特征在于：所述一级膜分离组件(106)和二级膜分离组件(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭会友，
申请(专利权)人：安徽碳零环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34