CN102179153B - 烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化方法，它包括：对二氧化碳吸收塔顶外排的尾气进行超低压力降的旋转流分离，以脱除尾气中夹带的气溶胶微粒，回收的洗涤液经液-固微旋流分离后返回洗涤液系统中。本方法工艺先进，连续运转周期长，体积小，故障率低，减少了气溶胶微粒的排放量，避免了洗涤液的夹带跑损，预防了上述化学品对大气环境的危害，并抑制甚至消除寒冷季节的烟雾弥漫及其对装置的腐蚀。本发明还提供了实施该方法所用的装置，该装置操作方便，易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调要求。

Description

烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化方法与装置

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尾气旋转流净化方法，本发明还涉及一种烟道气二氧化碳捕集尾气旋转流净化装置。

背景技术

时至今日，全球有80%的能源来自煤炭、石油和天然气等化石能源。水电和核能虽然成本并不高，但环境条件限制了其发展规模。至于风能、太阳能和生物质能等新能源，虽然环保前景喜人，但受高成本和技术不成熟等客观因素制约，这些新能源完全取代传统的化石能源仍处于探索阶段，真正做到大规模商业化开发还需很长时间。因此，发展可靠技术、减少化石燃料的温室气体排放是一个明智的“缓兵之计”，碳捕集与封存(CCS)技术应运而生。

全球气候变暖已经越来越严重，工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的“主犯”。面对日益紧迫的环境问题，CCS技术不仅能将二氧化碳封存于地下或海底，而且还能实现二氧化碳“变废为宝”，被看作是最具发展前景的解决方案之一。

目前全球每年排放的二氧化碳在300×108t以上，其中约有40%来自发电厂，23%来自运输行业，22%来自水泥厂、钢厂和炼油厂。碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业，这些行业排放的二氧化碳浓度高、压力大，捕集成本并不高。而燃煤电厂排放的二氧化碳则恰好相反，捕集能耗和成本较高，现阶段的碳捕集技术尚无法完全解决这一问题。

目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类——燃烧前捕集、富氧燃烧捕集(燃烧中捕集)和燃烧后捕集。

燃烧前捕集技术以煤气化联合循环(IGCC)技术为基础，先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，其前景为学术界所看好。问题在于，传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。

燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。

事实上，由于传统电厂排放的二氧化碳浓度低、压力小，无论采用哪种捕集技术，能耗和成本都难以降低。如果说燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。

富氧燃烧捕集技术试图综合前两种技术的优点，做到既可以在传统电厂中应用，排出的二氧化碳的浓度和压力也较高。由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。与传统电厂直接用空气助燃的燃烧技术不同，富氧燃烧是用纯度非常高的氧气助燃，同时在锅炉内加压，使排出的二氧化碳在浓度和压力上与IGCC差不多，再用燃烧后捕集技术进行捕集，从而降低前期投入和捕集成本。但看似完美无缺的解决方案，却有一个巨大的技术难题——制氧成本太高。这也使得富氧燃烧捕集技术在经济性上并没有太大优势。

在现行的烟道气二氧化碳捕集系统中，烟道气在吸收塔中被二氧化碳吸收剂吸收捕集二氧化碳后生成了二氧化碳捕集系统的尾气，该尾气中夹带有大量气溶胶微粒，尤其是PM2.5微粒，如不在尾气排入大气前将其捕集脱除，不仅会对大气环境造成严重危害，而且会造成洗涤液的夹带跑损，造成整套烟道气二氧化碳捕集装置的运行成本大幅度提高，使经济效益大受影响，因此如何回收这些气溶胶微粒是能源环境领域面临的重大技术问题。现有的气溶胶微粒的捕集方法有旋转流分离器和电捕集器，前者压力降一般为500Pa~600Pa，甚至高达1000Pa以上，现有的这种技术不能够用于烟道气二氧化碳捕集系统中，一是压力降太高，吸收塔顶的烟道气尾气不能够支持这样高的压力降消耗；二是如果要选用现有的旋风分离器技术，必须对烟道气尾气进行增压，既复杂又不经济。对于电捕集器，因为烟道气尾气含水量大，容易产生安全隐患，而且成本太高，在工程中没有经济适用的电捕集器。

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尾气旋转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，其减少了气溶胶微粒的排放量，避免了洗涤液的夹带跑损，预防了上述物质对大气环境的危害，抑制甚至消除寒冷季节的烟雾弥漫及此种状况对装置的腐蚀。

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尾气旋转流净化方法，其特征在于，所述方法为：

（1）对烟道气中的二氧化碳组分在吸收塔内进行吸收捕集，二氧化碳溶于吸收液并生成了烟道气二氧化碳捕集系统的尾气；

（2）对二氧化碳吸收塔顶外排的尾气进行超低压力降的旋转流分离，以脱除尾气中夹带的气溶胶微粒,得到净化尾气；

（3）对回收的气溶胶微粒进行液-固微旋流分离，以脱除洗涤液中夹带的固体微粒，净化洗涤液返回洗涤液系统。

所述步骤（2）中尾气压力降不大于30mm水柱。

所述步骤（2）的旋转分离处理在吸收塔的塔内上半部分完成或在吸收塔的外部完成。

所述步骤（3）的液-固微旋流分离为两级或两级以上。

一种应用于烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化装置，该装置包括位于整套装置最前端的吸收塔，与吸收塔塔顶尾气出口相连的超低压力降的旋转流分离器，与超低压力降的旋转流分离器相连的液-固微旋流分离器组。

所述液-固微旋流分离器组由两级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成。

经所述气-液旋转流分离处理后，洗尘脱水后的烟道气中气溶胶微粒的浓度小于50mg/Nm3。烟道气中气溶胶微粒的平均粒径不大于2.5微米。烟道气携带的80%以上气溶胶微粒能够得到回收，外排环境中的气溶胶微粒降低80%以上。

烟道气的额定压力降为20mmH2O，最大压力降不大于30mmH2O，保证在不增压的条件下烟道气的余压满足后续装置的需要。

经所述液-固微旋流分离，单级旋流分离的额定压力降0.1MPa，2微米及其以上微粒的分离精度达到90%。经液-固微旋流分离器组的串联强化分离后，洗涤液中夹带的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%。净化洗涤液返回洗涤液系统循环利用，使洗涤液的跑损量降低了80%左右。

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：可以减少气溶胶微粒的排放量，避免洗涤液的夹带跑损，预防上述化学品对大气环境的危害，并抑制甚至消除寒冷季节的烟雾弥漫及其对装置的腐蚀。

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，位于装置最前端的吸收塔1，用于吸收捕集烟道气中的二氧化碳组分，并脱除尾气中夹带的二氧化硫和氮氧化物等气体组分。

与吸收塔1塔顶的尾气出口相连的超低压力降的旋转流分离器2，用于对尾气中夹带的气溶胶微粒进行旋转流分离与回收。

与超低压力降的旋转流分离器2的洗涤液出口和吸收塔1的洗涤液出口相连的液-固微旋流分离器组3，用于对洗涤液中夹带的固体微粒进行旋转流分离。

通常，液-固微旋流分离器组由两级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成。

图1所示液-固微旋流分离器组3由第一级液-固微旋流分离器3-1，第二级液-固微旋流分离器3-2，第三级液-固微旋流分离器3-3三级液-固微旋流分离器串联而成。

烟道气先流经吸收塔1，在被二氧化碳吸收剂吸收捕集二氧化碳后生成了二氧化碳捕集系统的尾气，该尾气中夹带有大量气溶胶微粒，该尾气经旋转流分离器2旋转流分离，净化尾气被排入大气中。从旋转流分离器2下部以及吸收塔1出来的洗涤液中带有大量固体微粒。经液-固微旋流分离器组3旋转流分离，净化洗涤液重新返回吸收塔1中重复利用，洗涤后生成的浓尘浆从出口排出。

本方案选用华东理工大学独立自主研制的HL/G型超低压力降的旋转流分离器来脱除尾气中夹带的气溶胶微粒，并采用HL/S型液-固微旋流分离器组来浓缩洗涤液。下表为超低压力降的旋转流分离器2进口物料的物性参数：

项目	名称	参数	备注
				1	处理气量	562000Nm3/h
2	操作温度	50℃
				3	操作压力	0.3MPa
4	N2含量	94.7%
				5	O2含量	5.3%
6	SO2含量	80mg/m3
				7	NOX含量	80mg/m3
8	水汽含量	饱和

HL/G型超低压力降的旋转流分离器在额定流量下，进口气溶胶微粒的浓度不大于1500 mg/m3时，气相出口气溶胶微粒的浓度不大于50 mg/m3，并且在标准状态下设备操作压力降不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高。

HL/S型液-固微旋流组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，三级微旋流浓缩器的出口固体微粒含量≤50mg/L。

该套烟道气二氧化碳捕集系统尾气处理装置，用于100万吨/年烟道气回收二氧化碳工艺流程中，操作方便，易于控制，能够满足工业生产和环境协调要求，提高了烟道气的纯度，并使洗涤水的跑损量降低了80%左右，为装置连续稳定运行和复合胺液消耗量降低60%均打下了坚实的基础。

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 (5)

1.一种烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化方法，其特征在于，所述方法为：

（1）对烟道气中的二氧化碳组分在吸收塔内进行吸收捕集，二氧化碳溶于吸收液并生成了烟道气二氧化碳捕集系统的尾气；

（2）对二氧化碳吸收塔顶外排的尾气进行超低压力降的旋转流分离，以脱除尾气中夹带的气溶胶微粒,得到净化尾气；

（3）对回收的气溶胶微粒进行液-固微旋流分离，以脱除洗涤液中夹带的固体微粒，净化洗涤液返回洗涤液系统；

所述步骤（2）中尾气压力降不大于30mm水柱；所述烟道气的最大压力降不大于30mm水柱，保证在不增压的条件下烟道气的余压满足后续装置的需要。

2.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化方法，其特征在于，所述步骤（2）的旋转流分离处理在吸收塔的塔内上半部分完成或在吸收塔的外部完成。

3.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统尾气旋转流净化方法，其特征在于，所述步骤（3）的液-固微旋流分离为两级或两级以上。

4.一种应用于权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括位于整套装置最前端的吸收塔，与吸收塔塔顶尾气出口相连的超低压力降的旋转流分离器，与超低压力降的旋转流分离器相连的液-固微旋流分离器组。

5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述液-固微旋流分离器组由两级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成。

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