CN101890283A - 烟气中脱除二氧化碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺 - Google Patents

烟气中脱除二氧化碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种烟气中脱除二氧化碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺。使用稀氨水作为吸收剂，将原烟气通过超重力场吸收塔发生气液两相高强度传质吸收反应进行脱碳，处理后的烟气经过烟囱排放，脱碳反应的副产物经进一步反应处理得到有良好经济价值的铵复合肥和轻质碳酸钙。支持本发明工艺的整套反应分离装置包括超重力场吸收塔、静态混合器19、深度反应罐20、旋流器24、铵复合肥回收系统26、轻质碳酸钙回收系统28、各种泵等设备，其中超重力场吸收塔是脱除二氧化碳的化学反应吸收段。本发明为全新工艺，效率高，投资少，运行费用低。

Description

烟气中脱除二氧化碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种烟气中脱除二氧化碳并制各铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺。
背景技术
由于二氧化碳是造成“温室效应”的主要气体，温室效应加剧等问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战，因此，引起温室效应和全球气候变化的烟气中二氧化碳减排技术成为各国关注的焦点。但目前大多数研究主要是探讨如何分离和浓缩二氧化碳，然后再加以贮存，并未达到真正脱除二氧化碳的目的，而且还存在建设成本高、运行成本高等弊病。为此，研究开发一种工艺简单、建设成本低、运行成本低，并将二氧化碳转化成无机碳酸盐从而达到永久固定目的的工艺技术和装备，是近期内减缓CO2排放并推动我国碳减排目标工作所迫切需要的。
该技术的推广必将带来可观的政治效益、社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的，在于克服现有烟气脱碳技术的不足之处，提供一种工艺简单，烟气脱碳效率高，投资少，运行费用低的全新的烟气脱碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种烟气脱碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺，是采用稀氨水作吸收剂，将原烟气通过超重力场吸收塔发生气液两相高强度传质吸收反应进行脱碳，处理后的烟气经过烟囱排放，脱碳反应的副产物经进一步反应处理得到有良好经济价值的铵复合肥和轻质碳酸钙。支持本发明工艺的整套反应分离装置包括超重力场吸收塔、静态混合器、深度反应罐、旋流器等设备，其中超重力场吸收塔是脱除二氧化碳的化学反应吸收段，静态混合器及深度反应罐是置换反应段。
本发明的化学反应原理为：
1.吸收反应(在超重力场吸收塔中完成)
烟气与环形喷液管喷出的脱碳吸收剂(稀氨水)在超重力场吸收塔内有效接触，脱碳吸收剂吸收大部分CO2，反应如下：
CO2+2NH3·H2O→(NH4)2CO3+H2O     (1)
2.置换反应(在静态混合器及深度反应罐中完成)
(NH4)2CO3+CaSO4→(NH4)2SO4+CaCO3 (2)
原烟气经塔入口烟道喷淋冷却段进入超重力场吸收塔，在喷淋冷却段高温烟气被水冷却至饱和温度，在塔内冷却烟气垂直向上流动穿过超重力场吸收反应区，在此烟气中的CO2被稀氨水吸收，除去大部分CO2的烟气通过烟囱排放。稀氨水由供液泵加压送至超重力场吸收塔里的环形喷液管，从喷液管喷出的稀氨水在高速旋转的多级叶轮所形成的超重力场中被切割成纳米级至丝级液膜，最大限度的增大了气液两相接触比表面积，形成气、液两相之间高速相对运动，变无序运动为有序运动，气液两相的传质和反应速率得到极大提高，比在传统的塔器中提高1-3个数量级。稀氨水吸收烟气中的CO2后，所得副产物碳酸铵盐液沿塔壁流至吸收塔底部。
吸收塔排放泵连续地把副产物碳酸铵盐液从吸收塔送到静态混合器及深度反应罐，在此CaSO4与(NH4)2CO3进行置换反应生成(NH4)2SO4和CaCO3，反应产物经反应罐浆液泵输送到旋流器进行分离，其中(NH4)2SO4上溢液被送至铵复合肥回收系统，CaCO3底流浆液被送至轻质碳酸钙回收系统。
铵复合肥回收系统主要由结晶造粒、干燥、包装等系统组成。
轻质碳酸钙回收系统主要由水洗、脱水、干燥、包装等系统组成。
所用的超重力场吸收塔，包括塔体、传动主轴、供液管、导流罩、隔流环、叶轮、变频电机等组成。供液管、传动主轴和隔流环分别固定在塔体上，导流罩和多级叶轮组安装在传动主轴上，传动主轴一端装有轴承固定于轴承座上，在传动主轴的传动端装有联轴器，变频电机与传动主轴的传动端通过联轴器传动带动主轴及固定在主轴上的导流罩和多级叶轮同步转动，主轴转速根据烟气含碳量变化由变频电机即时控制。
叶轮组包括多级叶轮。
叶轮上有N组叶片组成叶栅，按环形阵列分布。
所用的静态混合器及深度反应罐由市场购得，静态混合器及深度反应罐保证碳酸铵盐液和石膏浆液充分混合并使石膏全部转化为轻质碳酸钙。
深度反应罐设置二台，每台深度反应罐间歇工作，深度反应罐内装有搅拌器。
本工艺中，所需稀氨水外购，稀氨水浓度为3％-10％，NH3·H2O与CO2的摩尔比为1.01，CaSO4与(NH4)2CO3的摩尔比为0.9，吸收塔烟气流速＜50m/s。
本发明的工艺特点是：
1.反应塔为动态反应塔，使气液两相的传质和反应速率得到极大提高，比在传统的静态塔器中提高1-3个数量级；
2.体积小、重量轻、占地面积小、运输安装简便、施工周期短；
3.投资省、运行费用低、但脱碳效率高≥85％；
4.具有多种功能作用，能同时脱碳和脱水雾；
5.脱碳过程无废液产生，副产物易处理，可产生可观的经济价值；
6.模块化设计，运行维护管理方便，可实现自动化及智能化；
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明工艺中吸收塔的轴向纵剖面结构示意图；
图中：1原烟气、2烟气入口、3水、4喷淋冷却管、5塔体、6稀氨水、7喷液管、8水、9喷液管、10隔流环、11变频电机、12传动主轴、13净烟气、14叶轮、15导流罩、16碳酸铵盐液、17吸收塔排放泵、18石膏浆液、19静态混合器、20深度反应罐、21搅拌器、22(NH4)2SO4和CaCO3混合液、23反应罐浆液泵、24旋流器、25(NH4)2SO4盐液、26铵复合肥回收系统、27CaCO3浆液、28轻质碳酸钙回收系统。
具体实施方式
参见上述附图，原烟气1经吸收塔烟气入口2进入超重力场吸收塔，在烟气入口2内布置有喷淋冷却管4，高温烟气被水3冷却至饱和温度，在塔内冷却烟气垂直向上流动穿过超重力场反应区，在此原烟气1中的CO2被稀氨水6吸收并完成化学反应(1)，除去大部分CO2的净烟气13通过烟囱排放。稀氨水6由供液泵加压送至超重力场吸收塔里的喷液管7，从喷液管7喷出的稀氨水6在高速旋转的多级叶轮14所形成的超重力场中被切割成纳米级至丝级液膜。稀氨水6吸收原烟气1中的CO2后，所得副产物碳酸铵盐液16沿塔壁流至吸收塔底部。
吸收塔排放泵17连续地把副产物碳酸铵盐液16从吸收塔送到静态混合器19及深度反应罐20，在此完成置换反应(2)，反应产物(NH4)2SO4和CaCO3混合液22经反应罐浆液泵23输送到旋流器24进行分离，其中上溢液(NH4)2SO4盐液25被送至铵复合肥回收系统26，底流液CaCO3浆液27被送至轻质碳酸钙回收系统28。
支持本发明工艺的主要装置包括超重力场吸收塔、静态混合器19、深度反应罐20、旋流器24、铵复合肥回收系统26、轻质碳酸钙回收系统28、各种泵，其中静态混合器19、深度反应罐20、旋流器24、铵复合肥回收系统26、轻质碳酸钙回收系统28、各种泵为选配设备，市场上有充足的供应。
超重力场吸收塔主要由塔体5、传动主轴12、环形喷液管7和9、导流罩15、隔流环10、叶轮14、变频电机11等组成。吸收反应(1)在此完成。
深度反应罐20上装有搅拌器21。
为了保证置换反应(2)中CaSO4的转化率为100％，需设置二台深度反应罐且深度反应罐是间歇性工作，每次深度反应罐发生置换反应的时间设定20-30分钟，CaSO4与(NH4)2CO3按设计比例供应。
为了保证氨逃逸率控制在1％以内，水8从喷液管9喷出用来吸收逃逸氨，同时进一步吸收原烟气1中的CO2。
沿烟气在塔内轴向流动方向一共设置四级叶轮，后两级叶轮主要用来脱水雾。
实施例
以40T燃煤锅炉烟气脱碳为例说明如下：
超重力场吸收塔入口烟气量60000Nm3/h，CO2浓度为225g/Nm3，NH3·H2O与CO2的摩尔比为1.01，CaSO4与(NH4)2CO3的摩尔比为0.9。在上述条件下，超重力场吸收塔出口烟气CO2浓度为33g/Nm3，CO2脱除率可达85％，轻质碳酸钙产量10t/h，铵复合肥产量13t/h，可给企业带来可观的收益。

Claims (4)

1.烟气脱碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺，是将原烟气1经吸收塔烟气入口2进入超重力场吸收塔，在烟气入口2内布置有喷淋冷却管4，高温烟气被水3冷却至饱和温度，在塔内冷却烟气垂直向上流动穿过超重力场反应区，在此原烟气1中的CO2被稀氨水6吸收并完成化学反应(1)，除去大部分CO2的净烟气13通过烟囱排放。稀氨水6由供液泵加压送至超重力场吸收塔里的喷液管7，从喷液管7喷出的稀氨水6在高速旋转的多级叶轮14所形成的超重力场中被切割成纳米级至丝级液膜。稀氨水6吸收原烟气1中的CO2后，所得副产物碳酸铵盐液16沿塔壁流至吸收塔底部。
吸收塔排放泵17连续地把副产物碳酸铵盐液16从吸收塔送到静态混合器19及深度反应罐20，在此完成置换反应(2)，反应产物(NH4)2SO4和CaCO3混合液22经反应罐浆液泵23输送到旋流器24进行分离，其中上溢液(NH4)2SO4盐液25被送至铵复合肥回收系统26，底流液CaCO3浆液27被送至轻质碳酸钙回收系统28。
2.根据权利要求1所述的烟气脱碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺，其特征在于：所述的超重力场吸收塔主要由塔体5、传动主轴12、环形供液管7和9、导流罩15、隔流环10、叶轮14、变频电机11等组成。叶轮14上有N组叶片组成叶栅，按环形阵列分布。从喷液管7和喷液管9喷出的液体在高速旋转的多级叶轮所形成的超重力场中被切割成纳米级至丝级液膜，变无序运动为有序运动，气液两相的传质和反应速率得到极大提高，比在传统的塔器中提高1-3个数量级。叶轮14一共设置四级，脱碳吸收反应(1)、逃逸氨吸收和脱水雾在此完成。
3.根据权利要求1所述的烟气脱碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺，其特征在于：所述的深度反应罐20上装有搅拌器21。
为了保证置换反应(2)中CaSO4的转化率为100％，需设置二台深度反应罐且深度反应罐是间歇性工作，每次深度反应罐发生置换反应的时间设定20-30分钟，CaSO4与(NH4)2C03按设计比例供应。
4.根据权利要求1所述的烟气脱碳并制备铵复合肥和轻质碳酸钙的生产工艺，其特征在于：起液液快速混合作用的设备是静态混合器19。
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