CN101780371A - 联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法 - Google Patents

Abstract

联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法主要是使用碱金属碳酸盐负载在载体上作为固体吸收剂，在低温条件下(60-100℃)，同时利用烟气吸收反应器烟气中的水蒸气将CO₂和SO₂联合脱除，生成碱金属的重碳酸盐和亚硫酸盐，对反应后的吸收剂进行升温(升至150-300℃)，亚硫酸盐不发生分解，重碳酸盐发生分解，生成碳酸盐，CO₂和水蒸气，冷凝后可分离出高纯CO₂。生成的碳酸盐作为吸收剂进行循环使用，SO₂被固定在固体吸收剂中，经过多次循环后，随失效的物料排出。烟气吸收和吸收剂再生反应器均可采用固定床，鼓泡床，循环床或输运床等多种操作方式。该方法CO₂/SO₂脱除效率高，设备简单，是投资和能耗较低的一种优化方案。

Description

联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法

技术领域

本发明涉及化石燃料燃烧产生的烟气中CO₂的脱除和浓缩方法，尤其是进一步脱除SO₂。属于联合脱除CO₂/SO₂技术领域。

背景技术

随着世界经济的发展，能源的消耗以及由此带来的温室气体的排放与日俱增，地球变暖所产生的一系列效应也逐渐显现出来。限制各国温室效应气体排放为目的的《京都议定书》于2005年正式生效。二氧化碳减排已成为各个国家的研究热点。因此，研究和开发适用于电厂的二氧化碳减排技术显得尤其重要。燃烧后烟气脱除二氧化碳技术在我国的研究和应用，具有广泛的市场前景。二氧化硫一直是烟气中最主要的污染物之一，虽然目前，脱硫技术的应用已较为成熟，但适应当前形势，能联合脱除烟气中CO₂和SO₂的方法在世界范围内，还只是一个理论性的设想，在国内更是一个空白，未见任何报道。

利用碱金属基固体吸收剂在燃烧后脱除CO₂技术，由于其碳酸化温度低，再生反应能耗少，吸收剂不易失活，循环利用率高，对设备腐蚀轻，无二次污染等优点被认为最适用于已建电厂的脱碳技术。

美国Louisiana State University，Research Triangle Institute和Church&Dwight在DOE的资助下，开展了相关研究，并申请了美国专利：第6387337B1(2002.5.14.)、第6280503B1(2001.8.28.)等。韩国KyungpookNational University，Yeungnam University，Korea Electric Power Research Institute和Korea Institute ofEnergy Research在韩国科学技术部“21st Century Frontier Programs”的资助下也开展了相关的研究。韩国电力公社在中国申请了专利：CN200410101564.0，在美国申请了专利：USP20060148642。东南大学也针对该项技术开展了相关的研究工作，并申请了中国专利CN200810024780.8、CN200810122644.2、CN200820037600.5。

发明人在研究利用碱金属基吸收剂脱碳的过程中发现，在水蒸气存在的情况下，同时通入CO₂和SO₂会发生如下几个化学反应：

2M₂SO₃+O₂→2M₂SO₄            (5)

其中，M代表Na或K

通过这些化学反应，可以将CO₂和SO₂会同时脱除。当温度升高到150-300℃时，重碳酸盐发生分解，可以将CO₂分离出来，亚硫酸盐不发生分解，将SO₂固定在固体吸收剂内，最后随失效物料一起排出。该方法操作方便，设备简单，CO₂/SO₂脱除效率高是投资和能耗较低的一种优化方案。

发明内容

技术问题：本发明旨在提供一种联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，该发明与碱金属基固体吸收剂联合脱除CO₂和SO₂的装置有机结合，适用于新建电厂和已建电厂的联合脱碳脱硫，是投资和能耗较低的一种优化方案。

技术方案：本发明联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法为：使用碱金属碳酸盐负载在载体上作为固体吸收剂，在60-100℃条件下，同时利用烟气吸收反应器烟气中的水蒸气将CO₂和SO₂联合脱除，生成碱金属的重碳酸盐和亚硫酸盐；对反应后的吸收剂进行升温至150-300℃，亚硫酸盐不发生分解，重碳酸盐发生分解，生成碳酸盐、CO₂和水蒸气，冷凝后分离出高纯CO₂；生成的碳酸盐作为吸收剂进行循环使用，SO₂被固定在碱金属碳酸盐吸收剂中，经过多次循环后，随失效的物料排出。

烟气吸收反应器采用固定床或鼓泡床或循环床或输运床的操作方式。

对反应后的吸收剂进行升温至150-300℃所采用的吸收剂再生反应器为固定床或鼓泡床或循环床或输运床的操作方式。

所述的固体吸收剂，其碱金属碳酸盐部分为碳酸钠或碳酸钾或碳酸钠与碳酸钾的混合物。

所述的固体吸收剂，其载体部分为活性氧化铝或活性炭或氧化镁或者几种物质的混合物。

所述的碱金属碳酸盐负载在载体上作为固体吸收剂的方法为浸渍法或湿混法或喷雾法。

有益效果：

1.高活性固体吸收剂联合脱除烟气中CO₂/SO₂工艺脱除效率高，系统所需能耗低，设备和运行成本较低，是高效，节能，环保，经济的优化方案。

2.使用碱金属基在60至100℃下吸收CO₂和SO₂与燃烧后烟气温度吻合，该反应为放热反应，因此不需要添加额外的加热设备，节省投资。

3.烟气吸收反应器和再生反应器均可根据不同的情况采用固定床和各种流化床的操作方式，使反应器内物料混合充分，温度分布均匀，有利于反应进行，也使得吸收反应器和再生反应器之间的物料循环容易实现。

4.通过该方法吸收的CO₂和SO₂，前者以气态形式收集出来，后者以固态形式存在，有利于对两种污染物在捕集后分别进行不同的再利用或处理工艺。

5.该方法不受燃料和燃烧方式的影响，不仅适用于新建电厂的联合脱硫脱碳，也适用于已建电厂的联合脱硫脱碳，适用范围广。

附图说明

图1是本发明所使用装置的结构示意图。其中有：气体混合器1、增压风机2、烟气吸收反应器3、再生反应器4、水蒸汽冷凝器5和循环风机6。

具体实施方式

该方法主要是针对已建电厂和新建电厂燃烧后烟气，使用碱金属碳酸盐负载在载体上作为固体吸收剂，在60-100℃条件下，同时利用电厂烟气中存在的水蒸气将CO₂和SO₂联合脱除，生成碱金属的重碳酸盐和亚硫酸盐，将反应后的吸收剂升温至150-300℃，亚硫酸盐不发生分解，重碳酸盐发生分解，生成碳酸盐，CO₂和水蒸气，冷凝后可分离出高纯CO₂。生成的碳酸盐作为吸收剂进行循环使用，SO₂被固定在固体吸收剂中，经过多次循环后，随失效的物料排出。

使用的固体吸收剂由碱金属碳酸盐和载体两部分组成。碱金属碳酸盐部分为碳酸钠或碳酸钾或碳酸钠与碳酸钾的混合物，载体部分为活性氧化铝或活性炭或氧化镁或者几种物质的混合物。该固体吸收剂通过浸渍法或湿混法或喷雾法制备而成。

其烟气吸收反应器和吸收剂再生反应器均可采用固定床或鼓泡床或循环床或输运床的操作方式。物料在两者之间循环，可实现连续的将CO₂和SO₂联合脱除。

实施例1：

电厂烟气中除含有N₂和部分O₂外，含有约10％的水蒸汽，10％～20％的CO₂和2500ppm的SO₂等。将一定量碳酸钠或碳酸钾或碳酸钠与碳酸钾的混合物和活性氧化铝或活性炭或氧化镁或者几种物质的混合物通过浸渍法或湿混法或喷雾法制得的吸收剂颗粒置于烟气吸收反应器内，反应器温度维持在60℃～80℃之间，运行方式采用输运床。烟气经过反应器时CO₂和SO₂被吸收。脱除CO₂/SO₂后的烟气直接经烟道和烟囱排入大气。反应后的吸收剂颗粒进入再生反应器。再生床反应器温度维持在150℃～300℃之间，运行方式采用鼓泡床。颗粒在再生反应器内经加热分解后再生，产生的气体，经冷凝后获得纯CO₂。再生后物料经物料循环装置返回碳酸化反应器循环利用。SO₂被固定在固体物料内，多次循环后，随失效物料一起被排出处理。

实施例2：

电厂烟气中除含有N₂和部分O₂外，含有较少的水蒸汽，10％～20％的CO₂和2500ppm的SO₂等。在汽轮机排汽管路上设置旁路，引出一部分低压蒸汽经流量调节装置调至10％后与烟气混合，将一定量碳酸钠或碳酸钾或碳酸钠与碳酸钾的混合物和活性氧化铝或活性炭或氧化镁或者几种物质的混合物通过浸渍法或湿混法或喷雾法制得的吸收剂颗粒置于烟气吸收反应器内，反应器温度维持在60℃～80℃之间，运行方式采用鼓泡床。烟气经过反应器时CO₂和SO₂被吸收。脱除CO₂/SO₂后的烟气直接经烟道和烟囱排入大气。反应后的吸收剂颗粒经物料循环装置进入再生反应器。再生床反应器温度维持在150℃～300℃之间，运行方式采用鼓泡床。颗粒在再生反应器内经加热分解后再生，产生的气体，经冷凝后获得纯CO₂。再生后物料经物料循环装置返回碳酸化反应器循环利用。SO₂被固定在固体物料内，多次循环后，随失效物料一起被排出处理。

Claims (6)

1.一种联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，其特征在于使用碱金属碳酸盐负载在载体上作为固体吸收剂，在60-100℃条件下，同时利用烟气吸收反应器烟气中的水蒸气将CO₂和SO₂联合脱除，生成碱金属的重碳酸盐和亚硫酸盐；对反应后的吸收剂进行升温至150-300℃，亚硫酸盐不发生分解，重碳酸盐发生分解，生成碳酸盐、CO₂和水蒸气，冷凝后分离出高纯CO₂；生成的碳酸盐作为吸收剂进行循环使用，SO₂被固定在碱金属碳酸盐吸收剂中，经过多次循环后，随失效的物料排出。

2.根据权利要求1所述的联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，其特征在于烟气吸收反应器采用固定床或鼓泡床或循环床或输运床的操作方式。

3.根据权利要求1所述的联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，其特征在于对反应后的吸收剂进行升温至150-300℃所采用的吸收剂再生反应器为固定床或鼓泡床或循环床或输运床的操作方式。

4.根据权利要求1所述的联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，其特征在于所述的固体吸收剂，其碱金属碳酸盐部分为碳酸钠或碳酸钾或碳酸钠与碳酸钾的混合物。

5.根据权利要求1所述的联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，其特征在于所述的固体吸收剂，其载体部分为活性氧化铝或活性炭或氧化镁或者几种物质的混合物。

6.根据权利要求1所述的联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法，其特征在于所述的碱金属碳酸盐负载在载体上作为固体吸收剂的方法为浸渍法或湿混法或喷雾法。

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