CN104923052A - 一种烟气处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烟气处理领域，公开了一种烟气处理装置及方法，该烟气处理装置包括洗涤塔(20)，该洗涤塔在第一位置(A)连接有用于向所述洗涤塔输送烟气的烟气管道(10)，所述洗涤塔在高于所述第一位置的第二位置(B)连接有用于向所述洗涤塔输送待向下喷淋的液体二氧化碳的供液装置(30)，所述洗涤塔的底部连接有制酸装置(40)，所述洗涤塔的顶部设置有出气口(C)。本发明提供的烟气处理装置结构简单，能够有效脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，同时在应用于富氧燃烧时可以回收搞纯度的二氧化碳，另外，由于本发明中的烟气处理装置省去了现有技术中烟气处理装置的FGD脱硫和SCR脱硝装置，从而使得本发明设备投资少，运行成本低。

Description

一种烟气处理装置及方法
技术领域
本发明涉及烟气处理装置，具体地，涉及一种烟气处理装置及方法。
背景技术
在燃煤电站中，以富氧燃烧为例，通过富氧燃烧产生的锅炉烟气主要有二氧化硫、氮氧化物(例如，一氧化氮、二氧化氮)以及二氧化碳，其中，如果将烟气中的二氧化硫和氮氧化物脱除后可以得到高浓度的二氧化碳(通常在80％以上)。
现有技术中的脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物的方法有很多，例如，可以通过石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫装置(FGD)和SCR脱硝装置分别脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物。
公开号为CN 101837233A的中国专利也公开了脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物的方法，具体地，首先通过压缩机将烟气压缩到1.5～2.0Mpa，然后将烟气送入接触塔，烟气中的二氧化硫在接触塔中被氧化为三氧化硫(NO2+SO2＝SO3+NO)并被水吸收生成稀硫酸，从而实现二氧化硫的脱除；之后烟气再继续加压到3～4Mpa，烟气中的一氧化氮经氧化塔氧化为二氧化氮并与水反应生稀硝酸(3NO2+H2O＝2HNO3+NO)，从而实现了二氧化硫和氮氧化物的回收，理论上，二氧化硫的脱除率接近100％，氮氧化物脱除率大于90％。
然而，利用石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫装置(FGD)和SCR脱硝装置的方法脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，投资成本巨大，SCR脱硝装置的催化剂和还原剂价格昂贵，而且该套装置过于庞大，运行成本高，同时会产生大量的固体副产物，难以实现资源化利用。而在公开号为101837233A的专利申请提供的用于脱除二氧化硫和氮氧化物的方法中，二氧化硫利用二氧化氮直接氧化为三氧化硫(NO2+SO2＝SO3+NO)，由于酸性气体(二氧化硫和二氧化氮)浓度较低，反应速率慢，因此二氧化硫的实际转化率较低，从而二氧化硫脱除率也较低；另外，在脱除氮氧化物时，二氧化氮直接与水反应会产生一氧化氮(3NO2+H2O＝2HNO3+NO)，从而无法确保氮氧化物的脱除效率，从而造成收集到的二氧化碳纯度不够。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气处理装置，以克服现有技术中无法有效脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物的问题。本发明还提供一种用于实现有效脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物的烟气处理方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种烟气处理装置，该烟气处理装置包括洗涤塔，该洗涤塔在第一位置连接有用于向所述洗涤塔输送烟气的烟气管道，所述洗涤塔在高于所述第一位置的第二位置连接有用于向所述洗涤塔输送待向下喷淋的液体二氧化碳的供液装置，所述洗涤塔的底部连接有制酸装置，所述洗涤塔的顶部设置有出气口。
优选地，所述第一位置和第二位置分别位于所述洗涤塔的相对的两侧。
优选地，该烟气处理装置包括制冷机，所述制冷机的第一端与所述出气口连通，所述制冷机的第二端与所述液体二氧化碳的供液装置连通。
优选地，该烟气处理装置包括用于脱除烟气中的氮气和氧气的精馏塔，所述精馏塔的入口与所述制冷机的所述第二端连通，经所述精馏塔提纯后的烟气进入所述液体二氧化碳的供液装置。
优选地，该烟气处理装置包括缓冲罐和储存罐，所述缓冲罐的一端与所述精馏塔连通以接收经所述精馏塔提纯后的烟气，所述缓冲罐的另一端分别与所述储存罐、液体二氧化碳的供液装置连通。
优选地，该烟气处理装置包括冷却装置，所述冷却装置的第一端用于连接烟气排出管道，所述冷却装置的第二端与所述烟气管道连通。
优选地，该烟气处理装置包括脱水装置，所述脱水装置的第一端与所述冷却装置的所述第二端连通，所述脱水装置的第二端与所述烟气管道连通。
优选地，该烟气处理装置包括压缩机，所述压缩机的第一端与所述脱水装置的所述第二端连通，所述压缩机的第二端通过所述烟气管道与所述洗涤塔连通。
本发明还提供一种烟气处理方法，该处理方法包括以下步骤：
向洗涤塔中输送烟气，并向所述洗涤塔中喷淋液体二氧化碳以使进入所述洗涤塔中的烟气与液体二氧化碳逆向接触；
经液体二氧化碳处理后，烟气中的溶于液体二氧化碳的气体随着液体二氧化碳进入制酸装置，其他不溶于液体二氧化碳的气体从所述洗涤塔中排出。
优选地，所述烟气处理方法包括：烟气经冷却降温并脱水后进入洗涤塔。
优选地，所述烟气处理方法包括：经脱水后的烟气先进入压缩机加压后再进入洗涤塔。
优选地，所述烟气处理方法包括：从所述洗涤塔中排出的气体先进行液化，然后通过精馏塔提纯，经过精馏塔提纯后的气体一部分用于存储，另一部分循环利用以向所述洗涤塔中喷淋液体二氧化碳。
本发明提供的烟气处理装置结构简单，能够有效脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，同时在应用于富氧燃烧时可以回收搞纯度的二氧化碳，另外，由于本发明中的烟气处理装置省去了现有技术中烟气处理装置的FGD脱硫和SCR脱硝装置，从而使得本发明设备投资少，运行成本低。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的实施方式提供的富氧燃烧烟气处理装置的结构示意图。
附图标记说明
10：烟气管道；      20：洗涤塔；     30：供液装置；
40：制酸装置；      50：冷却装置；   60：脱水装置；
70：制冷机；        80：压缩机；     90：精馏塔；
100：缓冲罐；       A：第一位置；    B：第二位置；
C：出气口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
本发明基于现有技术中的烟气处理装置无法有效脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物等酸性气体的问题，提供一种烟气处理装置及方法，下文将参考附图对本发明进行详细的说明。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种烟气处理装置，如图1所示，所述烟气处理装置包括洗涤塔20，该洗涤塔20在第一位置A连接有用于向洗涤塔20输送烟气的烟气管道10，洗涤塔20在高于第一位置A的第二位置B连接有用于向洗涤塔20输送待向下喷淋的液体二氧化碳的供液装置30，洗涤塔20的底部连接有制酸装置40，洗涤塔20的顶部设置有出气口C，需要说明的是，为了提高脱脱除效率，本发明中可以使用多级洗涤塔，一般洗涤塔的级数为1～6级，优选的级数为2～5级，更优选的级数为3～4级，另外，多级洗涤塔较佳的操作温度为30～-25℃，优选的操作温度为10～-15℃，更优选的操作温度为5～-5℃。
本发明提供的烟气处理装置利用了烟气中的酸性气体(主要是二氧化硫和氮氧化物)极易容易液体二氧化碳的特性，从而能够有效的脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物。如果将本发明中的烟气处理装置应用于富氧燃烧(富氧燃烧中，从燃烧系统出来的烟气中二氧化碳的含量在60-80％以上)，则还可以通过该烟气处理装置得到较高纯度的二氧化碳，此时，可以将脱除了酸性气体的烟气循环至液体二氧化碳的供液装置30进行循环利用。
本发明提供的烟气处理装置结构简单，能够有效脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，同时在应用于富氧燃烧时可以回收高纯度的二氧化碳，另外，由于本发明中的烟气处理装置省去了现有技术中烟气处理装置的FGD脱硫和SCR脱硝装置，从而使得本发明设备投资少，运行成本低。
其中，为了能够使液体二氧化碳与烟气中的二氧化硫和氮氧化物充分接触，所述第一位置A和第二位置B分别位于洗涤塔20的相对的两侧。
进一步，所述烟气处理装置包括制冷机70(这里的制冷机70可以采用氨、氟里昂、丙烷、二氧化碳单一制冷，也可以采用复叠制冷，本发明优选氨与二氧化碳复叠制冷)，该制冷机70的第一端与所述出气口C连通，制冷机70的第二端与液体二氧化碳的供液装置30连通，这样，当烟气在洗涤塔20中脱除二氧化硫和氮氧化物之后，经制冷机70液化后进入液体二氧化碳的供液装置30中循环液化，当然，从制冷机70出来的高纯度的二氧化碳中的一部分可以收集存储。
另外，为了能够得到更高纯度的二氧化碳，可以通过在制冷机70的出口设置用于除去烟气中的氮气和氧气等气体的装置，具体地，上述烟气处理装置包括用于脱除烟气中的氮气和氧气的精馏塔90，该精馏塔90的入口与制冷机70的第二端连通，经精馏塔90提纯后的烟气进入液体二氧化碳的供液装置30。
当精馏塔90提纯后的二氧化碳较多时，可以设置缓冲罐100和储存罐进行存储，具体地，上述烟气处理装置还包括缓冲罐100和储存罐，缓冲罐100的一端与精馏塔90连通以接收经所述精馏塔提纯后的烟气，缓冲罐100的另一端分别与储存罐、液体二氧化碳的供液装置30连通。
进一步地，上述烟气处理装置还包括冷却装置50(冷却介质可以是水)，冷却装置50的第一端用于连接烟气排出管道，冷却装置50的第二端与烟气管道10连通，也就是说，从燃烧系统排出的烟气可以先进行冷却后再进入洗涤塔20。
为了使最终收集的二氧化碳纯度更高，上述烟气处理装置包括脱水装置60(例如，吸附器)，脱水装置60的第一端与冷却装置50的第二端连通，脱水装置60的第二端与烟气管道10连通，这样，经冷却装置50冷却后的烟气可以进入脱水装置60中脱水，然后再进入洗涤塔20。
进一步地，上述烟气处理装置包括压缩机80，压缩机80的第一端与脱水装置60的第二端连通，压缩机80的第二端通过烟气管道10与洗涤塔20连通，烟气从脱水装置60出来后先通过压缩机80加压，然后再进入洗涤塔20，之所以在这里设置压缩机80，是为了后续从洗涤塔20中出来的气体在制冷机70中更容易液化，需要说明的是，这里可以通过三级或三级以上的压缩机加压，加压后的烟气的压力可以在2MPa以上，一般在2～4Mpa(g)，优选的为2.5～3.8Mpa(g)，最佳的为3～3.5Mpa(g)。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种烟气处理方法，该处理方法包括以下步骤：
向洗涤塔20中输送烟气，并向洗涤塔20中喷淋液体二氧化碳以使进入所述洗涤塔20中的烟气与液体二氧化碳逆向接触；
经液体二氧化碳处理后，烟气中的溶于液体二氧化碳的气体随着液体二氧化碳进入制酸装置40，其他不溶于液体二氧化碳的气体从洗涤塔20中排出。
其中，所述烟气处理方法包括：烟气经冷却降温并脱水后进入洗涤塔20，然后再进行后续的步骤。
进一步地，所述烟气处理方法包括：经脱水后的烟气先进入压缩机80加压后再进入洗涤塔20。
更进一步地，所述烟气处理方法包括：从洗涤塔20中排出的气体先进行液化，然后通过精馏塔90提纯，经过精馏塔90提纯后的气体一部分用于存储，另一部分循环利用以向所述洗涤塔20中喷淋液体二氧化碳。
下文将参考图1对上述方法进行详细的说明：
结合图1，从燃烧系统中出来的烟气，先通过冷却装置50冷却(大约冷却至25-30℃)，然后进入脱水装置60中脱水，从脱水装置60出来的气体通过压缩机80加压后进入洗涤塔20，同时，从液体二氧化碳的供液装置30出来的液体二氧化碳在洗涤塔20中与上述加压后的烟气逆向接触，从而使烟气中的二氧化硫和氮氧化物随着液体二氧化碳一起进入制酸装置40中，即，除去了烟气中的二氧化硫和氮氧化物，烟气中的不溶于液体二氧化碳的气体从洗涤塔20的出气口C排出并进入制冷机70中液化，经制冷机70液化后的气体可以进入精馏塔90中除去氮气和氧气，从而得到高纯度的二氧化碳，从精馏塔90出来的高纯度的二氧化碳一部分可以进入储存罐存储或工业利用，一部分进入二氧化碳的供液装置30中循环利用。
本发明提供的烟气处理装置一方面能够有效的除去烟气中的二氧化硫和氮氧化物等酸性气体，另一方面能够得到高纯度的二氧化碳，具体地，本发明中充分利用精馏洗涤工艺，将沸点较高的二氧化硫和二氧化氮富集浓缩，确保进入制酸装置40中的二氧化硫和二氧化氮浓度大幅度提高，从而大幅度提高二氧化硫和二氧化氮的转化率；本发明还利用了一氧化氮在高压低温富氧情况下能够转化为高沸点的NO2的特点，把低沸点的NO转化为沸点比二氧化碳更高的二氧化氮，从而能够使氮氧化物(包括一氧化氮和二氧化氮)全部随着液体二氧化碳进入制酸装置40中，从而有效实现氮氧化物的脱除；同时，由于本发明中的二氧化硫和氮氧化物的氧化吸收生成的硫酸和硝酸发生在压缩机80外，因此不会对压缩机80产生腐蚀，从而对压缩机的选型更容易。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括洗涤塔(20)，该洗涤塔(20)在第一位置(A)连接有用于向所述洗涤塔(20)输送烟气的烟气管道(10)，所述洗涤塔(20)在高于所述第一位置(A)的第二位置(B)连接有用于向所述洗涤塔(20)输送待向下喷淋的液体二氧化碳的供液装置(30)，所述洗涤塔(20)的底部连接有制酸装置(40)，所述洗涤塔(20)的顶部设置有出气口(C)。
2.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，所述第一位置(A)和第二位置(B)分别位于所述洗涤塔(20)的相对的两侧。
3.根据权利要求1所述的烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括制冷机(70)，所述制冷机(70)的第一端与所述出气口(C)连通，所述制冷机(70)的第二端与所述液体二氧化碳的供液装置(30)连通。
4.根据权利要求3所述的烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括用于脱除烟气中的氮气和氧气的精馏塔(90)，所述精馏塔(90)的入口与所述制冷机(70)的所述第二端连通，经所述精馏塔(90)提纯后的烟气进入所述液体二氧化碳的供液装置(30)。
5.根据权利要求4所述的烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括缓冲罐(100)和储存罐，所述缓冲罐(100)的一端与所述精馏塔(90)连通以接收经所述精馏塔提纯后的烟气，所述缓冲罐(100)的另一端分别与所述储存罐、液体二氧化碳的供液装置(30)连通。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括冷却装置(50)，所述冷却装置(50)的第一端用于连接烟气排出管道，所述冷却装置(50)的第二端与所述烟气管道(10)连通。
7.根据权利要求6所述的烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括脱水装置(60)，所述脱水装置(60)的第一端与所述冷却装置(50)的所述第二端连通，所述脱水装置(60)的第二端与所述烟气管道(10)连通。
8.根据权利要求7所述的烟气处理装置，其特征在于，该烟气处理装置包括压缩机(80)，所述压缩机(80)的第一端与所述脱水装置(60)的所述第二端连通，所述压缩机(80)的第二端通过所述烟气管道(10)与所述洗涤塔(20)连通。
9.一种烟气处理方法，其特征在于，该处理方法包括以下步骤：
向洗涤塔(20)中输送烟气，并向所述洗涤塔(20)中喷淋液体二氧化碳以使进入所述洗涤塔(20)中的烟气与液体二氧化碳逆向接触；
经液体二氧化碳处理后，烟气中的溶于液体二氧化碳的气体随着液体二氧化碳进入制酸装置(40)，其他不溶于液体二氧化碳的气体从所述洗涤塔(20)中排出。
10.根据权利要求9所述的烟气处理方法，其特征在于，所述烟气处理方法包括：烟气经冷却降温并脱水后进入洗涤塔(20)。
11.根据权利要求10所述的烟气处理方法，其特征在于，所述烟气处理方法包括：经脱水后的烟气先进入压缩机(80)加压后再进入洗涤塔(20)。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的烟气处理方法，其特征在于，所述烟气处理方法包括：从所述洗涤塔(20)中排出的气体先进行液化，然后通过精馏塔(90)提纯，经过精馏塔(90)提纯后的气体一部分用于存储，另一部分循环利用以向所述洗涤塔(20)中喷淋液体二氧化碳。
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