CN102688676A

CN102688676A - 一种电厂烟气氨法脱碳工艺

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Publication number: CN102688676A
Application number: CN2012101877774A
Authority: CN
Inventors: 蒋绍坚; 钟伟; 彭锐; 彭好义; 张军; 蒋勇
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种电厂烟气氨法脱碳工艺，烟气经过脱硫、除尘冷却到45～55℃后，进入脱碳吸收塔，与脱碳吸收塔内的吸收液逆流接触，吸收液的总氨质量分数控制在3%～5%，烟气中CO₂被吸收，将吸收CO₂后的吸收富液送入再生塔中，对富液加热解吸释放CO₂，解吸温度为85～95℃，然后返回到脱碳吸收塔开始新一轮吸收。在吸收液中添加碳酸氢钠或碳酸氢钾，添加的碳酸氢钠或碳酸氢钾浓度为0.1～0.5mol/L。本发明是一种CO₂的解吸率高，同时吸收液循环利用过程中CO₂负载量保持不变，保证溶液对CO₂的吸收能力的电厂烟气氨法脱碳工艺。

Description

一种电厂烟气氨法脱碳工艺

技术领域

本发明涉及一种脱碳工艺，特别是涉及一种电厂锅炉烟气处理的工艺，具体指一种电厂烟气氨法脱碳工艺。

背景技术

现代工业快速发展，大量化石燃料的使用，导致CO₂排放日益增多，而CO₂是导致气候变化和全球气候变暖的主要原因。2009年我国确定了到2020年单位国内生产总值温室气体排放比2005年下降40％—45％的行动目标。

以氨水作为吸收液的化学吸收法具有吸收能力强、腐蚀性小、再生能耗低、补充成本低，不易被烟气中其它组分降级，可同时脱除多种酸性气体污染物等特点，成为脱碳工艺较为成熟的技术，国内外学者进行了大量的研究。

以氨法脱碳工艺应用于电厂烟气还存在很多问题。吸收液的浓度越高，解吸过程中会出现解吸不完全，CO₂解吸率越低，导致再生液吸收能力差，同时容易造成氨的逸出，提高了工艺的成本。必须要提出一种合理的氨法脱碳工艺，保证工艺运行的可行性，降低运行成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种CO₂的解吸率高，同时吸收液循环利用过程中CO₂负载量保持不变，保证溶液对CO₂的吸收能力的电厂烟气氨法脱碳工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供的电厂烟气氨法脱碳工艺，烟气经过脱硫、除尘冷却到45～55℃后，进入脱碳吸收塔，与脱碳吸收塔内的吸收液逆流接触，吸收液的总氨质量分数控制在3%～5%，烟气中CO₂被吸收，将吸收CO₂后的吸收液送入再生塔中，对吸收液加热解吸释放CO₂，解吸温度为85～95℃，然后返回到脱碳吸收塔开始新一轮吸收。

烟气与从脱碳吸收塔上部喷淋而下的吸收液逆流接触。

对加热解吸释放CO₂的吸收液补充新鲜氨水。

在吸收液中添加碳酸氢钠或碳酸氢钾，添加的碳酸氢钠或碳酸氢钾浓度为0.1～0.5mol/L。

该系统通过检测吸收后烟气中CO₂浓度得出溶液的吸收率以及CO₂负载量，对吸收液品质进行控制，吸收液的总氨质量分数控制在3%～5%。吸收CO₂后的吸收液失去了吸收CO₂的能力称为富液，经过解吸、补充新鲜氨水后，加热解吸释放CO₂、补充新鲜氨水后又重新具备吸收CO₂的能力称为贫液，贫液的CO₂负载量低，具有较高的CO₂吸收率，随着吸收过程的进行，吸收率降低，CO₂负载量升高。生成的主要产物包括碳酸氢铵和碳酸铵，CO₂负载量越高，产物中碳酸氢铵比重增大。CO₂负载量的变化范围从0～0.8mol·mol^-1，负载量过低，需要补充更多的新鲜氨水，提高了成本；负载量过高时，吸收效率过低，不能达到捕获要求。最优范围为0.2～0.6mol·mol^-1。

进一步，经过解吸、补充新氨水后贫液负载量为0.2mol·mol^-1，随着吸收过程的进行，CO₂负载量逐渐增大，达到0.5～0.6mol·mol^-1时，富液泵送入再生塔进行蒸汽加热解吸，解吸温度为85～95℃。

该方案中吸收液流量与烟气流量的液气比控制在18～20L/m³。

如上所述的的电厂烟气氨法脱碳工艺，吸收部分主要通过如下反应：

CO₂+2NH₃-NH₂COONH₄ （1）

解吸部分主要通过如下反应：

吸收液通过吸收、解吸循环使用，溶液中游离的自由氨已经很少，主要是来自补充的新鲜氨水。因此吸收过程主要发生的化学反应为反应式（4）；同时，解吸过程中，由于反应式（5）放出CO₂所需要的热焓最少（27.51kJ·mol^-1），碳酸铵可以进一步分解出更多的CO₂，但是需要更多的热量(102.23kJ·mol^-1)。因此，解吸过程中碳酸氢铵很容易解吸成碳酸铵，同时碳酸铵可以作为吸收液吸收CO₂，减少NH₃的逸出。

在所述的氨法吸收CO₂系统中，加入添加剂碳酸氢钠（碳酸氢钠或碳酸氢钾，以碳酸氢钠为例）0.1～0.5mol/L，对吸收液中总氨浓度没有影响。由于碳酸氢钠溶液本身在加热时几乎不会分解放出CO₂，因此在整个吸收以及解吸过程中碳酸氢钠并不参与反应，总量保持不变。一次性加入之后，不需要再补充碳酸氢钠。同时该添加剂中Na⁺对整个溶液品质没有影响，不会产生二次污染等问题。

本发明的原理是：在吸收液中加入碳酸氢钠，额外引入了HCO₃ ^-，使得溶液中HCO₃ ^-浓度增加，有助于促使解吸反应正向进行，使得CO₂的解吸量增加，提高解吸率。

进一步，对于吸收过程，吸收反应开始时，CO₂负载量不高，溶液中有过量的游离氨，氨基甲酸铵（NH₂COO NH₄）是主要的生成产物。随着吸收过程的进行，溶液中氨与碳酸铵浓度之和随着CO₂负载量增加而减少，碳酸氢铵浓度增加。同时，NH₂COO^-开始转化为HCO₃ ^-，CO₂进一步被吸收，氨基甲酸铵的浓度随着CO₂吸收过程的进行而增加，加入碳酸氢钠后抑制了这一过程，吸收液的吸收效果有所下降。对于CO₂负载量，吸收过程开始时溶液中大量的NH₃与CO₂生成了氨基甲酸铵，同时游离氨浓度快速降低。初始反应时引入的HCO₃ ^-使得游离氨的浓度降低的速度减缓，整个溶液中的氨浓度保持不变，对于相同吸收效果，CO₂负载量变化不大。

综上所述，本发明解决了现有氨法吸收CO₂方法中存在的CO₂再生效率不高、溶液CO₂负载量降低等问题，提高了CO₂的解吸率，同时吸收液循环利用过程中CO₂负载量保持不变，保证溶液对CO₂的吸收能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

总氨质量分数为3%、CO₂负载量为0.2mol·mol^-1的贫液采用喷淋方式进入脱碳吸收塔，烟气经过脱硫、除尘冷却到45℃后，进入脱碳吸收塔，与从脱碳吸收塔上部喷淋而下的吸收液逆流接触，控制吸收液流量与烟气流量的液气比为18L/m³，烟气经过吸收塔后，经过除氨、除雾过程后排入烟囱。初始时，CO₂吸收率达到80%以上，CO₂负载量为0.6mol·mol^-1时，CO₂吸收率降低到20%。吸收富液泵入再生塔蒸汽加热解吸，解吸温度为85℃，解吸率达到54%。加入浓度为0.1mol/L的碳酸氢钠于吸收液中，与不加入碳酸氢钠时的吸收液相比，CO₂解吸率提高了9个百分点；加入浓度为0.3mol/L的碳酸氢钠于吸收液中，解吸率提高了13个百分点；加入浓度为0.5mol/L的碳酸氢钠于吸收液中，解吸率提高了14.4个百分点。对加热解吸释放CO₂的吸收液补充新鲜氨水后返回到脱碳吸收塔开始新一轮吸收。

实施例2：

总氨质量分数为4%、CO₂负载量为0.2mol·mol^-1的贫液采用喷淋方式进入脱碳吸收塔，烟气经过脱硫、除尘冷却到50℃后，进入脱碳吸收塔，与从脱碳吸收塔上部喷淋而下的吸收液逆流接触，控制吸收液流量与烟气流量的液气比为18L/m³，烟气经过吸收塔后，经过除氨、除雾过程后排入烟囱。初始时，CO₂吸收率达到85%以上，CO₂负载量为0.6mol·mol^-1时，CO₂吸收率降低到20%左右。吸收富液进入再生塔蒸汽加热解吸，解吸温度为90℃，解吸率达到48.4%。加入浓度为0.1mol/L的碳酸氢钠于吸收液中，与不加入碳酸氢钠时的吸收液相比，CO₂解吸率提高了9.8个百分点；加入浓度为0.3mol/L的碳酸氢钠于吸收液中，解吸率提高了16个百分点；加入浓度为0.5mol/L的碳酸氢钠于吸收液中，解吸率提高了17.6个百分点。加热解吸释放CO₂的吸收液返回到脱碳吸收塔开始新一轮吸收。

实施例3：

总氨质量分数为5%、CO₂负载量为0.2mol·mol^-1的贫液采用喷淋方式进入脱碳吸收塔，烟气经过脱硫、除尘冷却到55℃后，进入脱碳吸收塔，与从脱碳吸收塔上部喷淋而下的吸收液逆流接触，控制吸收液流量与烟气流量的液气比为20L/m³，烟气经过吸收塔后，经过除氨、除雾过程后排入烟囱。初始时，CO₂吸收率达到90%以上，CO₂负载量为0.6mol·mol^-1时，CO₂吸收率降低到20%左右。吸收富液进入再生塔蒸汽加热解吸，解吸温度为95℃，解吸率达到47.4%。加入浓度为0.1mol/L的碳酸氢钾于吸收液中，与不加入碳酸氢钾时的吸收液相比，CO₂解吸率提高了10.9个百分点；加入浓度为0.3mol/L的碳酸氢钾于吸收液中，解吸率提高了16.2个百分点；加入浓度为0.5mol/L的碳酸氢钾于吸收液中，解吸率提高了18.1个百分点。对加热解吸释放CO₂的吸收液补充新鲜氨水后返回到脱碳吸收塔开始新一轮吸收。

Claims

1.一种电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：烟气经过脱硫、除尘冷却到45～55℃后，进入脱碳吸收塔，与脱碳吸收塔内的吸收液逆流接触，吸收液的总氨质量分数控制在3%～5%，烟气中CO₂被吸收，将吸收CO₂后的吸收富液送入再生塔中，对富液加热解吸释放CO₂，解吸温度为85～95℃，然后返回到脱碳吸收塔开始新一轮吸收。

2.如权利要求1所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：吸收液流量与烟气流量的液气比控制在18～20L/m³。

3.如权利要求1或2所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：在吸收液中添加碳酸氢钠或碳酸氢钾，添加的碳酸氢钠或碳酸氢钾浓度为0.1～0.5mol/L。

4.如权利要求1或2所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：由蒸汽加热解吸释放CO₂。

5.如权利要求1或2所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：烟气与从脱碳吸收塔上部喷淋而下的吸收液逆流接触。

6.如权利要求1或2所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：对加热解吸释放CO₂的吸收液补充新鲜氨水。

7.如权利要求1或2所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：实时检测出口烟气CO₂浓度，确定补充新鲜氨水流量，控制吸收液品质。

8.如权利要求1或2所述的电厂烟气氨法脱碳工艺，其特征在于：所述的吸收液吸收前的CO₂负载量为0.2mol·mol^-1，所述的吸收液吸收过程结束后的CO₂负载量为0.5～0.6mol·mol^-1。