CN103979716A - 燃煤电站烟气co2捕集系统的胺液净化回用系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用系统及方法，该系统包括用于去除固体颗粒及腐蚀产物的相连通的活性炭过滤器和保安过滤器，和保安过滤器连通的用于去除热稳定盐的多个相连通的离子交换器；其方法为：联合使用活性炭和大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂，采用强碱混合型阴离子交换树脂去除热稳定盐，采用活性炭的精密过滤及大孔吸附树脂将色度及腐蚀产物铁盐除去；能够高效地去除热稳定盐，同时脱除变质有机胺溶液的色度、铁盐等腐蚀产物；不仅提高燃煤电厂烟气捕集系统醇胺吸收二氧化碳的效率，减缓变质胺液对捕集系统设备的腐蚀；同时降低系统能耗并避免由于排放高污染的溶液对环境的危害。

Description

燃煤电站烟气CO2捕集系统的胺液净化回用系统及方法

技术领域

本发明属于燃煤电站烟气CO₂捕集系统技术领域，具体涉及一种燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用系统及方法。 

背景技术

CO₂的减排已成为国际能源领域研发的热点。随着全球气候变化问题越来越成为全球共同关注的热点，共同应对气候变化的全球性合作步伐逐渐加快。近年来随着经济快速增长，我国CO₂排放量维持增长较快的态势，越来越受国际社会的关注和压力。 

煤燃烧产生的二氧化碳大约占我国二氧化碳总排放量的3/4以上，据有关部门统计，燃煤电厂CO₂排放是我国温室气体的主要排放源之一，排放量占我国二氧化碳总排放量的1/3，因此火电厂进行二氧化碳捕集而减排二氧化碳对我国温室效应气体排放的控制起极关键的作用。 

目前国内工业级的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集系统采用水溶性复合有机胺(主成分为乙醇胺MEA)溶液吸收烟气中的CO₂。有机胺除易发生高温引起的热降解外，区别于石化行业的天然气净化系统的是：该工艺在氧气高达5～8％的条件下进行，有机胺易被电厂烟气中夹带的氧气分解发生氧化降解副反应。使得有机胺的品质恶化速度更快；变质程度深。这些副反应不但生成的副产物为腐蚀介质，加剧了设备的腐蚀；同时造成了胺液的大量损耗及变质，影响有机胺的吸收效率及装置的稳定运行。脱碳溶液受到污染造成胺液变质；有机胺吸收剂损耗增大；CO₂捕集效率下降；装置腐蚀等问题，造成极大的经济损失和环保压力。 

醇胺在燃煤电站捕集CO₂过程中的变质可分为化学变质和热变质。在燃煤电站烟气中能够造成醇胺化学变质的组分有二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和氧等。在醇胺捕集CO₂过程中生成的有机酸、氯化氢及二氧化硫等跟醇胺形成的盐的过程通常便用的条件下不能分解而析出醇胺，这些盐类习惯上称为“热稳定盐”。此外醇胺与铁也可能产生某种络合物。这些杂质产物不能通过胺回收加热器分解再生。 

由于燃煤电厂烟气组成与石化系统(主要为天然气净化领域)存在明显区别，燃煤电厂烟气CO₂捕集系统属氧化反应体系，烟气成分复杂、污染物浓度高、污染程度更重。胺液变质危害更大；醇胺废液的处理技术难度更大。 

对于燃煤电厂烟气捕集系统装置存在的问题，目前通常采用的方法有：约10～15％的贫液经过活性炭过滤器过滤；设置胺回收加热器处理胺液变质反应产生的杂质，方法是将部分贫液送入胺回收加热器中，加入碳酸钠溶液，通过蒸汽气提再生回收。采用该法采用的高温条件醇胺溶液易发生氧化和降解；同时需要大量的蒸汽，能耗高，操作复杂。另外有机胺液在回收加热器中处于高盐状态，对设备的腐蚀性较强。 

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用系统及方法，能够高效地去除热稳定盐，同时脱除变质有机胺溶液的色度、铁盐等腐蚀产物；不仅提高燃煤电厂烟气捕集系统醇胺吸收二氧化碳的效率，减缓变质胺液对捕集系统设备的腐蚀；同时降低系统能耗并避免由于排放高污染的溶液对环境的危害。 

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是： 

一种燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用系统，包括用于去除固体颗 粒及腐蚀产物的相连通的活性炭过滤器和保安过滤器，和保安过滤器连通的用于去除热稳定盐的多个相连通的离子交换器；所述活性炭过滤器的过滤介质为活性炭及离子交换膜中的一种或多种以任意比混合；所述离子交换器中的离子交换柱中装填的是大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂。 

上述所述系统进行胺液净化回用的方法，联合使用活性炭和大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂，采用强碱混合型阴离子交换树脂去除热稳定盐，采用活性炭的精密过滤及大孔吸附树脂将色度及腐蚀产物铁盐除去。 

上述所述的方法，具体包括如下步骤： 

步骤1：固体颗粒及腐蚀产物的过滤 

首先采用活性炭过滤器中的活性炭将有机胺溶液中的固体颗粒及部分腐蚀产物脱除，满足进离子交换柱浊度≤2NTU的要求，同时活性炭还去除色素有机物降低胺液颜色；然后保安过滤器将经过活性炭过滤器过滤后的有机胺溶液进一步脱除颗粒较小的悬浮物，同时将破碎的活性炭下颗粒进行拦截，保证后续离子交换树脂柱的正常运行； 

步骤2：热稳定盐的离子交换脱除 

首先将混合好的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂装填在离子交换器中的离子交换柱中，然后将步骤1过滤后的有机胺溶液通过离子交换器中的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂，在降低胺液中阴离子含量同时降低胺液中的有机色素，通过反复再生和循环运行对胺液进行净化，降低有机胺溶液的色度和热稳盐；当有机胺溶液通过大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂的压力降过高，空速过低时，则进行大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂的再生或更换，再生后的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂循环再用； 

步骤3：经过步骤2净化处理后的胺液返回捕集系统。 

步骤1所述的经过活性炭过滤器中的活性炭过滤的有机胺溶液为包括乙醇胺、二乙醇胺及复合有机胺组成的醇胺溶液。 

所述大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂的再生过程如下： 

步骤1：小反洗，将水从离子交换柱的中排以5～8m/h的流速进行循环小反洗20～30分钟； 

步骤2：静置并排水，小反洗完后，打开中排放水至中排无水； 

步骤3：再生，用计量泵将事先配置好的质量浓度为4％NaOH溶液以再生流量为2BV/h，用量为2.0倍树脂体积的NaOH溶液由下向上进行逆向再生； 

步骤4：置换，关闭进碱阀，再用1倍树脂体积的除盐水以2BV/h由下向上进行置换，中排排水； 

步骤5：小正洗和大正洗，从上向下用2.0倍树脂体积的除盐水进行慢洗之后用除盐水淋洗，直至交换柱顶部排气门出水，关闭顶部排气门，然后用2.0～3.0倍树脂体积的除盐水进行快洗，直至pH为9～11，即可开始新的脱盐循环。 

本发明和现有技术相比，具有如下优点： 

1.采用过滤除杂和大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂净化工艺净化复合胺溶液，能高效去除变质胺液中的有机酸类、铁盐等热稳盐阴离子。 

2.联合处理工艺在保证高效去除变质胺液中热稳盐及有机烃类杂质的基础下，能有效延长树脂的使用寿命并将捕集系统含盐量降低至0.3％以下的水平。 

3.树脂寿命长，再生过程采用中排逆向再生的工艺设计，达到良好的再生处理效果，操作简单。 

4.本发明净化方法可广泛应用于采用醇胺法捕集烟气二氧化碳的燃煤电厂。可节约大量的有机胺溶液，降低燃煤电厂烟气捕集系统废液处理的投资及运行维护成本，降低能耗、保护环境、保证捕集系统的安全运行。 

采用本发明达到的效果如下： 

1.通过净化处理，减少捕集系统的胺液损耗，有机胺液消耗减少50％以上。 

2、通过改善吸收剂品质，大幅降低铁离子达到系统的设定值，减少设备腐蚀，延长捕集系统装置的使用寿命，降低设备的维护和操作费用。 

3.能高效去除变质胺液中热稳定盐及铁的腐蚀产物，同时脱去胺液的色度。 

4.提高了有机胺液的CO₂有效负荷。 

5.系统能耗降低，胺液循环量降低。 

附图说明

图1为本发明净化回用系统示意图及净化回用流程图。 

图2为本发明净化回用系统在烟气二氧化碳捕集系统位置示意图。 

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。 

对比例 

现有技术中，燃煤电厂为了维持二氧化碳捕集系统溶液清洁，将受污染的复合胺从系统循环液中分流约10～15％的贫液经过活性炭过滤器过滤；另外为处理系统的降解产物，设置胺回收加热器。将部分贫液送入胺回收加热器中，加入碳酸钠溶液，通过蒸汽加热再生回收。加碱只能使热稳盐中的MEA析出，无法使降解物复原成MEA。 

处理步骤为： 

首先进行热稳盐的浓缩，加纯碱溶液进入胺回收加热器。将胺回收加热压力提高，增大蒸馏蒸汽时将沸点较低的有机胺溶液分离回流。通过补除盐水的方式控制液位稳定。 

实施例： 

本发明燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用方法，采用过滤除杂和大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂净化有机胺溶液。 

有机胺溶液净化原理： 

变质胺液先进入脱除悬浮物的活性炭过滤器和保安过滤器以除去胺液中的烃类等杂质，经过预处理的胺液继续进入脱除热稳盐的离子交换器以脱除胺液中的热稳盐，净化处理后的胺液返回捕集系统。 

如图1所示，本发明一种燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用系统，包括用于去除固体颗粒及腐蚀产物的相连通的活性炭过滤器和保安过滤器，和保安过滤器连通的用于去除热稳定盐的多个相连通的离子交换器；所述活性炭过滤器的过滤介质为活性炭及离子交换膜中的一种或多种以任意比混合；所述离子交换器中的离子交换柱中装填的是大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂。 

净化回用方法如图1所示，主要包括以下步骤： 

步骤1：固体杂质的过滤： 

在活性炭过滤器中填充过滤介质，将劣化胺液的固体杂质进行过滤，其中，所述的过滤介质为活性炭及离子交换膜中的一种或多种以任意比混合；由于胺液在整个系统循环运行过程中，胺液中存在较大颗粒的悬浮物和色度，采用活性炭过滤可以将其中的悬浮物过滤掉，满足进离子交换柱浊度要求(浊度≤2NTU)，同时活性炭还有去除色素有机物降低胺液颜色的作用，保证后续离子交换树脂免受污染，延长树脂使用寿命。保安过滤器可以将经过活性炭过滤后的胺液进一步脱除颗粒较小的悬浮物，同时将破碎的活性炭下颗粒进行拦截，保证后续离子交换树脂柱的正常运行。 

步骤2：热稳定盐的离子交换脱除 

将混合好的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂装填在离子交换器中的离 子交换柱中，把步骤1过滤后的胺液通过混合型离子交换树脂，在温度为10～50℃下实现酸根离子的交换脱除；该树脂在降低胺液中阴离子含量同时降低胺液中的有机色素，通过反复再生和循环运行对胺液进行净化，达到降低色度和热稳盐的目的，提高胺液吸收二氧化碳的效果。 

本发明采用活性炭及保安过滤器除杂，接着过大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂工艺净化处理变质胺液。变质胺液净化处理工艺的处理结果见表1。 

表1变质胺液净化组合工艺的结果 

如图2所示，为本发明净化回用系统在烟气二氧化碳捕集系统位置示意图，可广泛应用于采用醇胺法捕集烟气二氧化碳的燃煤电厂。可节约大量的有机胺溶液，降低燃煤电厂烟气捕集系统废液处理的投资及运行维护成本，降低能耗、保护环境、保证捕集系统的安全运行。 

Claims (5)

1.一种燃煤电站烟气CO₂捕集系统的胺液净化回用系统，其特征在于：包括用于去除固体颗粒及腐蚀产物的相连通的活性炭过滤器和保安过滤器，和保安过滤器连通的用于去除热稳定盐的多个相连通的离子交换器；所述活性炭过滤器的过滤介质为活性炭及离子交换膜中的一种或多种以任意比混合；所述离子交换器中的离子交换柱中装填的是大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂。

2.采用权利要求1所述系统进行胺液净化回用的方法，其特征在于：联合使用活性炭和大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂，采用强碱混合型阴离子交换树脂去除热稳定盐，采用活性炭的精密过滤及大孔吸附树脂将色度及腐蚀产物铁盐除去。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1：固体颗粒及腐蚀产物的过滤

首先采用活性炭过滤器中的活性炭将有机胺溶液中的固体颗粒及部分腐蚀产物脱除，满足进离子交换柱浊度≤2NTU的要求，同时活性炭还去除色素有机物降低胺液颜色；然后保安过滤器将经过活性炭过滤器过滤后的有机胺溶液进一步脱除颗粒较小的悬浮物，同时将破碎的活性炭下颗粒进行拦截，保证后续离子交换树脂柱的正常运行；

步骤2：热稳定盐的离子交换脱除

首先将混合好的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂装填在离子交换器中的离子交换柱中，然后将步骤1过滤后的有机胺溶液通过离子交换器中的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂，在降低胺液中阴离子含量同时降低胺液中的有机色素，通过反复再生和循环运行对胺液进行净化，降低有机胺溶液的色度和热稳盐；当有机胺溶液通过大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂的压力降过高，空速过低时，则进行大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂的再生或更换，再生后的大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂循环再用；

步骤3：经过步骤2净化处理后的胺液返回捕集系统。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤1所述的经过活性炭过滤器中的活性炭过滤的有机胺溶液为包括乙醇胺、二乙醇胺及复合有机胺组成的醇胺溶液。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述大孔吸附-强碱混合型阴离子交换树脂的再生过程如下：

步骤1：小反洗，将水从离子交换柱的中排以5～8m/h的流速进行循环小反洗20～30分钟；

步骤2：静置并排水，小反洗完后，打开中排放水至中排无水；

步骤3：再生，用计量泵将事先配置好的质量浓度为4％NaOH溶液以再生流量为2BV/h，用量为2.0倍树脂体积的NaOH溶液由下向上进行逆向再生；

步骤4：置换，关闭进碱阀，再用1倍树脂体积的除盐水以2BV/h由下向上进行置换，中排排水；

步骤5：小正洗和大正洗，从上向下用2.0倍树脂体积的除盐水进行慢洗之后用除盐水淋洗，直至交换柱顶部排气门出水，关闭顶部排气门，然后用2.0～3.0倍树脂体积的除盐水进行快洗，直至pH为9～11，即可开始新的脱盐循环。