CN102175070A - 液化分离烟气中二氧化碳的装置及方法 - Google Patents

液化分离烟气中二氧化碳的装置及方法 Download PDF

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李舒宏
丁洁
张小松
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Abstract

液化分离烟气中二氧化碳的装置及方法将电厂排出的高温烟气经过鼓风机（1）引入二氧化碳捕集分离系统的过滤器（2），通过过滤器（2）将固体颗粒物过滤，然后将烟气通入吸附器（3），主要除去NOx、SOx、H2S等性气体；由于电厂排出来的烟气温度较高，将经过前面步骤处理过的烟气通过第一换热器（4）进行一定程度的降温；烟气通过以上步骤初步处理后，再将其通过压缩机（5）压缩，第二换热器（6）冷却，节流阀（7）节流，分离出液态的二氧化碳富液；将这部分富液通过精馏塔（8），在精馏塔的下塔得到纯净的二氧化碳液体，上塔得到氮气、氧气混合物；该方法充分利用能源，降低能耗，达到节能目的，是二氧化碳捕集与液化分离的新型方法。

Description

液化分离烟气中二氧化碳的装置及方法
技术领域
本发明涉及利用压缩、冷却的方法将烟气中的二氧化碳冷凝液化从而分离出来，属于制冷与低温技术领域。
背景技术
随着全球工业化进程的加快，经济迅速发展，人们的生活水平不断提高，然而快速的工业化发展进程也给人们带来了一个巨大的问题——CO2的大量排放。众所周知，CO2是造成温室效应的罪魁祸首之一，导致了全球变暖、海平面升高、物种病变甚至灭绝等一系列的严重的环境问题。CO2主要来自于电厂和重工业，比如石油、水泥、钢铁工业等。从我国现有的经济发展模式来看，我国的碳排放量在今后较长的一段时间内将呈现更快的增长趋势。但是,CO2又是一种重要的工业产品和化工原料，在工业生产和人们的生活中具有十分重要的作用，并且随着技术的发展，需求量也日益增大，开发前景也越来越广阔。在生活中，像食品保鲜、碳酸饮料的制取、消防灭火等；在工业生产中，像机械、冶金等工业，越来越多地使用CO2。目前，CO2的生产规模较小，设备配套差，使得生产出来的CO2产品质量低，能量消耗大。有些企业自设专门用于CO2制备的装置，而另外一些副产CO2的企业则不重视这一资源，反而将其白白浪费。
纵观当今世界的发展，能源和环境保护的形势日趋紧张，走能源的可持续发展、节约能源和能源的高效率利用必将成为人们追求的最终目标。因此，把CO2的排放和捕集结合起来，将排放气中含有的大量CO2富集起来，用于需要CO2的产业中，这样既能达到保护环境，又能充分利用能源，可谓是一举两得。
当前，二氧化碳的捕集技术已经得到一定程度的发展，相关学者提出了各种各样的捕集分离方法：溶液吸收法、吸附法、膜分离法、化学燃烧法、低温分离法等等，各种方法都有各自的优缺点：溶液吸收法捕集到的二氧化碳的浓度高，但是该方法只适用于从低浓度二氧化碳废气中脱除二氧化碳，而且流程复杂，操作成本高，吸收液含有毒性；吸附法的适用范围不大，要求原料气中的二氧化碳浓度不能太低；膜分离技术只适合于气源干净、需要的二氧化碳浓度不高于90%的场合，该技术在国内还处于开发研究阶段；燃烧法的能耗和成本高。由于分离追求的最主要目标是技术上的可行性和经济上的优越性，针对这些要求，本发明采用压缩冷却液化分离二氧化碳的方法，来捕集烟气中的二氧化碳，并且在冷却二氧化碳的过程中，利用的是分离产生的污氮作为冷源。该方法与传统的二氧化碳捕集方法相比具有节能环保的优点，在技术上可行性大，实用经济。
烟气的主要成分是二氧化碳、氮气、氧气以及少量的NOx、SOx、H2S等酸性气体和固体颗粒杂质，将烟气初步纯化之后，可以认为烟气的主要成分为二氧化碳、氮气、氧气，由于三者的临界点状态不同，其中二氧化碳的临界点与氮气和氧气的相差较大，因此可以通过在某一温度、压力下对混合气体进行压缩冷却液化，从而分离出二氧化碳。
二氧化碳分离出来后，剩余的混合物，即氮气和氧气，具有较低的温度，此时可以将其作为分离过程的冷源，来提供分离过程中所需要的冷量，节省了能源，降低了能耗，使得该系统与其他传统的吸收或是吸附式二氧化碳捕集系统相比，具有节能和资源充分利用的优势。
本发明采用的液化分离二氧化碳的系统，可以充分利用污氮所携带的冷量，节省了能源，降低了能量消耗。
技术内容
技术问题： 本发明的目的是提供一种液化分离烟气中二氧化碳的装置及方法，为了捕集与液化分离烟气中的二氧化碳，降低分离过程的能源消耗，得到纯净的二氧化碳液体，达到较高的捕集分离效率，解决传统分离过程耗能大，可能产生有毒物质，分离效率低的问题。
技术方案：本发明的液化分离烟气中二氧化碳的装置包括鼓风机、过滤器、吸附器、第一换热器、压缩机、第二换热器、节流阀、精馏塔顺序连接组成的二氧化碳分离系统；电厂排出的高温烟气经过鼓风机引入二氧化碳捕集分离系统的过滤器，通过精馏塔，在精馏塔的下塔得到纯净的二氧化碳液体，上塔得到氮气、氧气混合物，精馏塔的上部连接第一换热器、第二换热器的冷却管。
所述的液化分离烟气中二氧化碳的装置的二氧化碳分离方法将电厂排出的高温烟气经过鼓风机引入二氧化碳捕集分离系统的过滤器，通过过滤器将固体颗粒物过滤，然后将烟气通入吸附器，主要除去NOx、SOx、H2S等性气体；由于电厂排出来的烟气温度较高，将经过前面步骤处理过的烟气通过第一换热器进行一定程度的降温；烟气通过以上步骤初步处理后，再将其通过压缩机压缩，第二换热器冷却，节流阀节流，分离出液态的二氧化碳富液；将这部分富液通过精馏塔，在精馏塔的下塔得到纯净的二氧化碳液体，上塔得到氮气、氧气混合物；将从上塔出来的污氮作为提供冷量的冷却介质，从第一换热器、第二换热器中换热后放空。
该系统没有使用醇胺溶液，也没有采用其他具有化学反应的方法，而仅仅采用压缩、冷却、节流的方法将二氧化碳从烟气中液化分离出来，因此整个过程不会产生有毒物质。
二氧化碳与烟气中的其他物质相比，具有较高的临界温度和临界压力，因此通过压缩、冷却、节流过程可以将二氧化碳从中液化分离出来。
初始状态参数为398.15K，0.1MPa的烟气冷却到323.15K，0.1MPa，再等温压缩到5.5MPa，然后等压冷却到213.6K，根据精馏塔下塔压力，确定节流后的压力为6个大气压，即0.6MPa，节流后的温度为158.9K，压力为0.6MPa，二氧化碳变为液体，再通入精馏塔精馏，在精馏塔下塔得到纯净的二氧化碳液体。此时分离出二氧化碳之后剩下的污氮具有较低的温度，而且随着分离过程的进行，污氮的量会越来越多，也就是污氮所具有的冷量会越来越多，若将这部分冷量充分利用起来，则可以降低二氧化碳捕集与液化分离过程中的能量的消耗，达到较高的能源利用率。
因此，该系统不仅将烟气中的二氧化碳液化分离出来，而且还具有节约能源，降低能耗，高捕集效率的特点，达到资源充分利用的目的。
有益效果：本发明的效果显著，包括如下几个方面：
（1）    在该系统中液化分离二氧化碳过程不产生有毒、有污染的物质。
（2）    在该系统中，大部分冷量由分离剩余物污氮提供，充分利用了资源，节约能源，降低能耗，提高了捕集效率。
（3）    在该系统中，得到了纯净的二氧化碳液体。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统原理图，其中包括如下装置：鼓风机1；过滤器2；吸附器3；第一换热器4、压缩机5；第二换热器6；节流阀7；精馏塔8。
具体实施方式
本发明采用的是一种液化分离烟气中二氧化碳的装置及方法。在图1中，鼓风机1出口与过滤器2入口相连，过滤器2出口与吸附器3入口相连，并且在吸附器3入口和出口处并联一个吸附器3，起到稳压以及保护的作用，吸附器3出口与第一换热器4入口相连，第一换热器4出口与压缩机5入口相连，压缩机5出口和第二换热器6被冷却物侧入口相连，第二换热器6被冷却物侧出口和节流阀7入口相连，节流阀7出口与精馏塔8的入口相连。
该方法将电厂排出的高温烟气经过鼓风机1引入二氧化碳捕集分离系统的过滤器2，通过过滤器2将固体颗粒物过滤，然后将烟气通入吸附器3，主要除去NOx、SOx、H2S等性气体；由于电厂排出来的烟气温度较高，将经过前面步骤处理过的烟气通过第一换热器4进行一定程度的降温；烟气通过以上步骤初步处理后，再将其通过压缩机5压缩，第二换热器6冷却，节流阀7节流，分离出液态的二氧化碳富液；将这部分富液通过精馏塔8，在精馏塔的下塔得到纯净的二氧化碳液体，精馏塔8的下塔出口为纯净的二氧化碳液体，上塔出口的污氮作为换热器6的冷却介质，从换热器6排出后，温度稍许升高，再作为换热器4的冷却介质，最后从换热器4的出口放空。

Claims (2)

1.一种液化分离烟气中二氧化碳的装置，其特征在于该装置包括鼓风机（1）、过滤器（2）、吸附器（3）、第一换热器（4）、压缩机（5）、第二换热器（6）、节流阀（7）、精馏塔（8）顺序连接组成的二氧化碳分离系统；电厂排出的高温烟气经过鼓风机（1）引入二氧化碳捕集分离系统的过滤器（2），通过精馏塔（8），在精馏塔的下塔得到纯净的二氧化碳液体，上塔得到氮气、氧气混合物，精馏塔（8）的上部连接第一换热器（4）、第二换热器（6）的冷却管。
2.一种如权利要求1所述的液化分离烟气中二氧化碳的装置的二氧化碳分离方法，其特征在于该方法将电厂排出的高温烟气经过鼓风机（1）引入二氧化碳捕集分离系统的过滤器（2），通过过滤器（2）将固体颗粒物过滤，然后将烟气通入吸附器（3），主要除去NOx、SOx、H2S等性气体；由于电厂排出来的烟气温度较高，将经过前面步骤处理过的烟气通过第一换热器（4）进行一定程度的降温；烟气通过以上步骤初步处理后，再将其通过压缩机（5）压缩，第二换热器（6）冷却，节流阀（7）节流，分离出液态的二氧化碳富液；将这部分富液通过精馏塔（8），在精馏塔的下塔得到纯净的二氧化碳液体，上塔得到氮气、氧气混合物；将从上塔出来的污氮作为提供冷量的冷却介质，从第一换热器（4）、第二换热器（6）中换热后放空。
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