CN102151477B - 烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，它包括：对从再生塔输出的贫二氧化碳的复合胺溶液进行液-固微旋流分离，以脱除其中夹带的固体微粒并进一步浓缩固体微粒，对液-固微旋流分离处理后的复合胺溶液进行液-液微旋流分离，以脱除其中夹带的机油并进一步浓缩机油。本发明还提供了实施该方法所用的装置。本发明的方法和装置工艺先进，连续运转周期长，体积小，故障率低，提高了复合胺溶液的纯度，降低了溶剂发泡的趋势，保障了二氧化碳捕集装置的高效运转。

Description

烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法与装置
技术领域
本发明涉及能源环境领域，特别是涉及一种烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，本发明还涉及一种烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化装置。
背景技术
随着经济社会的发展，化石燃料燃烧所导致的空气污染和温室效应已严重地威胁着人类赖以生存的地球环境，全球气候变暖和温室效应是各国可持续发展面临的共同挑战。
根据IPCC (The Intergovernmental Panel on Climate Change)报告，引起全球气候变暖的CO2、CH4、N2O、氢氟烃4类气体中，CO2产生的温室效应占60%，因此，减少CO2的排放已成为应对气候变暖的最重要的技术路线之一。减少CO2 排放主要有以下3种途径：①调整能源结构，使用无碳或低碳能源。如太阳能、风能等可再生能源以及核能等清洁能源。②提高能源利用效率，降低单位产值能耗的温室气体排放量。③采用温室气体的捕集和封存(CCS)技术。IEA的研究结果表明：在碳税为50美元/t的情况下，2050年CO2减排量的一半将依靠CO2捕集和封存(CCS)实现。因此研究CO2捕集技术对温室气体减排意义重大。
根据过程原理，目前CO2分离方法主要有：吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等。其中吸收法根据吸收机理及所采用吸收剂的不同又分为：物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法。
物理吸收法就是溶剂吸收CO2仅通过物理溶解作用，CO2与溶剂不发生化学反应。其主要优点是：①吸收剂在高压及低温条件下单位溶剂吸收CO2量多，吸收剂循环量少；②溶剂再生比较容易，只要减压闪蒸或用惰性气体气提即可达到再生效果，再生热耗低；③溶剂选择性好，无腐蚀，性能稳定。
化学吸收法是利用CO2为酸性气体的性质，以弱碱性物质进行吸收，然后加热使其解吸，从而达到脱除CO2的目的。其主要优点是吸收速度快、净化度高，CO2回收率高，吸收压力对吸收能力影响不大。其缺点为：①再生热耗大；②溶剂与其他气体(如O2、SO2或COS、NOx等)发生不可逆的化学反应，生成难以分解的产物，从而影响吸收剂的吸收效率；③由于吸收剂多为碱性溶液，对吸收塔、再生塔及相应管线造成腐蚀。目前典型的化学吸收剂为烷基醇胺和热钾碱溶液。其中热钾碱法主要用于CO2分压和总压较高的气体中CO2的捕集，在中型化工厂应用较多，其缺点是溶液腐蚀性较强。烷基醇胺法主要有MEA、DEA法等，适合于电厂烟气、石灰窑排放气中的CO2的捕集，其优点是可用于CO2分压和总压均较低的气体中CO2的捕集，缺点是能耗高，腐蚀性强。
物理化学吸收法的特点是将2种不同性能的溶剂混合，使溶剂既有物理吸收功能又有化学吸收功能。溶剂的再生热耗比物理吸收法高又比化学吸收法低，如环丁砜法(Sulfinol)、常温甲醇洗法(Amisol)、MDEA法。其中MDEA法引进有DOW公司技术、鲁奇公司技术和巴士夫公司技术，国内有南化集团研究院技术，主要吸收剂均为MDEA，由于添加的活化剂不同，使其选择性、吸收能力、再生能耗有所区别。环丁砜法因其溶剂腐蚀性较强，现使用的工厂不多，常温甲醇洗法在国内仅有试验装置，未实现大规模工业化应用。
 针对烟道气二氧化碳捕集，南化集团研究院开发了低分压(烟道气等)CO2捕集新技术，采用以MEA水溶液为主体，添加活性胺、抗氧剂和缓蚀剂组成的复合胺溶液进行CO2捕集，解决了传统方法中胺降解损耗大、设备腐蚀严重和能耗高等问题。然而在长期运行中，复合胺溶液中夹带有大量的固体微粒和机油，如果不在复合胺溶液进入吸收塔前将其脱除，势必会造成下游管线和设备的堵塞，不仅严重影响二氧化碳的捕集效率，而且可能会导致整套装置的瘫痪。目前在吸收塔之前通常设置活性炭过滤器来脱除复合胺溶液中夹带的固体微粒和机油，然而活性炭过滤器的工作原理是把杂质吸附到活性炭颗粒内，初期虽然吸附效果较好，可时间一长，活性炭的吸附能力必然有不同程度的下降，吸附效果也随之下降，因此活性炭过滤器中的活性炭必须要定期清洗或更换，影响了整套烟道气二氧化碳捕集装置的安全稳定高效运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足而提出的一种烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法以及应用这种方法的装置。本发明的方法及装置工艺先进，连续运转周期长，体积小，故障率低，提高了复合胺溶液的纯度，降低了溶剂发泡的趋势，保障了二氧化碳捕集装置的高效运转。
本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，其特征在于，所述方法为：
（1）对从再生塔输出的贫二氧化碳的复合胺溶液进行液-固微旋流分离，以脱除其中夹带的固体微粒，直到固相中固体微粒浓度达到10%以上；
（2）对经液-固微旋流分离复合胺溶液进行液-液微旋流分离，以脱除其中夹带的机油，直到油相中机油浓度达到10%以上。
对贫二氧化碳的复合胺溶液进行液-固微旋流分离前，先对贫二氧化碳的复合胺溶液进行冷却，以减缓复合胺溶液中油水剪切乳化程度，提高油水旋流分离的效果。
所述步骤(1)中液-固微旋流分离为一级或一级以上。
所述步骤(2)的液-液微旋流分离为一级或一级以上。
一种烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化装置，包括位于装置最前端的再生塔，与再生塔塔底贫液出口相连的液-固微旋流器，与液-固微旋流器的顶部出口相连的液-液微旋流器。
再生塔塔底贫液出口与液-固微旋流器间安装有贫液冷却器。
再生塔塔底贫液出口与贫液冷却器间安装有贫液泵。
所述液-固微旋流分离器为单级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成的液-固微旋流分离器组。
所述液-液微旋流器为单级或两级以上液-液微旋流分离器串联而成的液-液微旋流分离器组。
经上述分离步骤后，复合胺溶液中夹带的80%以上固体微粒得到脱除，其中3微米及以上固体微粒的脱除率超过90%。复合胺溶液中夹带的80%以上机油得到脱除，其中10微米及以上油滴的脱除率超过90%。复合胺溶液中的杂质组分含量得到大幅度降低，避免了下游管线和设备的堵塞，提高了吸收塔内二氧化碳的捕集效率。
由于采用了如上技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下特点：该方法和装置操作方便，易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调要求，其提高了复合胺溶液的纯度，降低了溶剂发泡的趋势，保障了二氧化碳捕集装置的高效运转。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，位于装置最前端的再生塔1，用于制备再生气二氧化碳。与再生塔1塔底贫液出口相连的贫液泵2，用于输送贫二氧化碳的复合胺溶液。与贫液泵2出口相连的贫液冷却器3，用于冷却复合胺溶液。与贫液冷却器3出口相连的液-固微旋流器4，用于对复合胺溶液中夹带的固体微粒进行旋转流分离。与液-固微旋流器4的底部出口相连的二级液-固微旋流器5，用于浓缩固体微粒。与液-固微旋流器4的顶部出口相连的液-液微旋流器6，用于对复合胺溶液中夹带的机油进行旋转流分离。与液-液微旋流器6的顶部出口相连的二级液-液微旋流器7，用于浓缩机油。与液-液微旋流器6的底部出口相连的的吸收塔8，用于吸收捕集烟道气中的二氧化碳组分。
经再生塔1的煮沸和汽提处理后，富液中的二氧化碳得到分解并从塔顶输出，残留的贫二氧化碳的复合胺溶液从塔底输出，其中夹带有固体微粒、机油等杂质组分。
经一级液-固微旋流器4和二级液-固微旋流器5以及一级液-液微旋流器6和二级液-液微旋流器7的浓缩处理后，固体微粒和机油的浓度得到大幅度提高，减轻了后续污泥和污油富集装置的操作负荷。
从二级液-固微旋流器5的顶部出口以及二级液-液微旋流器7的底部出口输出的残液返回再生塔1塔底，并重新进入复合胺溶液旋流净化系统进行循环净化处理。
经净化的复合胺溶液进入吸收塔8用于捕集烟道气中的二氧化碳。
本方案选用华东理工大学独立自主研制的HL/S型液-固微旋流分离器和HL/L型液-液微旋流分离器来脱除复合胺溶液中夹带的固体微粒和机油，下表为该套装置处理物料的物性参数：
项目 名称 参数 备注
1 处理介质 复合胺/机油/固体微粒  
2 处理水量 320 m3/h  
3 处理介质密度 1040kg/m3  
4 操作温度 60℃  
5 操作压力 0.5MPa  
6 复合胺含油量 约700ppm  
7 复合胺含固量 约700ppm  
HL/S型液-固微旋流分离器在额定流量下，进口固体微粒含量≤500mg/L～5000mg/L时，出口固体微粒含量≤100mg/L(按照GB260标准)，进液口和出液口压力降<0.1MPa，HL/L型液-液微旋流分离器在进液含油量小于1000mg/L时，液相出口含油浓度不大于150mg/L(不计溶解油和乳化油)，分析方法采用Q/RCD-302-2000重量法，HL/L型液-液微旋流分离器的进口与液相出口之间的压力降为0.15MPa~0.20MPa。
烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化装置，用于100万吨/年烟道气回收二氧化碳工艺流程中，该方法和装置操作方便，易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调要求，其提高了复合胺溶液的纯度，降低了溶剂发泡的趋势，保障了二氧化碳捕集装置的高效运转。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，其特征在于，所述方法为：
（1）对从再生塔输出的贫二氧化碳的复合胺溶液进行液-固微旋流分离，以脱除其中夹带的固体微粒，直到固相中固体微粒浓度达到10%以上；
（2）对经液-固微旋流分离复合胺溶液进行液-液微旋流分离，以脱除其中夹带的机油，直到油相中机油浓度达到10%以上。
2.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，其特征在于，对贫二氧化碳的复合胺溶液进行液-固微旋流分离前，先对贫二氧化碳的复合胺溶液进行冷却，以减缓复合胺溶液中油水剪切乳化程度，提高油水旋流分离的效果。
3.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，其特征在于，所述步骤(1)中液-固微旋流分离为一级或一级以上。
4.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统复合胺溶液旋流净化方法，其特征在于，所述步骤(2)的液-液微旋流分离为一级或一级以上。
5.一种应用于权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括位于装置最前端的再生塔，与再生塔塔底贫液出口相连的液-固微旋流分离器，与液-固微旋流分离器的顶部出口相连的液-液微旋流分离器。
6.如权利要求5所述装置，其特征在于，再生塔塔底贫液出口与液-固微旋流分离器间安装有贫液冷却器。
7.如权利要求6所述装置，其特征在于，再生塔塔底贫液出口与贫液冷却器间安装有贫液泵。
8.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述液-固微旋流分离器为单级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成的液-固微旋流分离器组。
9.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述液-液微旋流分离器为单级或两级以上液-液微旋流分离器串联而成的液-液微旋流分离器组。
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