CN112774439B - 一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,包括以下步骤:1)产生加热蒸汽,锅炉排污水进入扩容器,扩容器生成的蒸汽输送至再生塔,剩余的排污水与脱碳富液换热;2)再生脱碳富液,脱碳富液与排污水换热,经喷嘴从再生塔的上部喷入再生塔内,与蒸汽逆向接触,分解生成的CO2、NH3及H2O气态物质由再生塔上部输出;3)分离与提纯CO2,分解产生的气态物质送入旋风分离器,从下部流出,通过旋风分离器喷入水,利用CO2与NH3的溶解度差异及水蒸气的冷凝,实现CO2与NH3、水蒸气的分离,高纯CO2从旋风分离器中下部流出,经压缩后送至CO2储气罐,本发明降低脱碳富液再生能耗,实现高效低成本的燃煤电厂CO2捕集技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱碳富液再生工艺,特别涉及新型氨法脱碳富液再生工艺。
背景技术
氨法脱碳属于燃烧后脱碳,是控制燃煤电厂CO2排放的最有应用前景的方法之一。该方法通过氨水溶液吸收分离燃煤烟气中的CO2,并在吸收液中形成氨基甲酸铵、碳酸氢铵等产物,再通过吸收产物的受热分解,实现CO2的富集回收和吸收液再生。与其他脱碳工艺相比,氨法脱碳具有对现有电厂改动小,吸收液成本低廉、吸收负载高、不易氧化降解、对设备腐蚀小等优点。此外,氨水溶液还可以综合脱除烟气中的CO2、SO2、NOx等多种污染物。但该方法仍能面临以下瓶颈问题:
1、脱碳富液再生能耗过高。传统热再生工艺抽取汽轮机末级低压蒸汽加热蒸发一部分脱碳富液。产生的汽气混合物通过与富液的逆向接触将热量传递给脱碳富液,使得脱碳产物受热分解并释放出CO2。其中大量热量浪费于提高溶液中水的显热与汽化潜热。
2、传统热再生工艺加热一部分脱碳富液产生蒸汽,使得再生温度较高,导致了大量NH3逃逸,并造成吸收工质损失。逃逸的NH3与冷凝水及CO2易生成NH4HCO3结晶,导致再生系统阀门及管道的堵塞,并有可能造成系统的瘫痪;此外,CO2的富集仍需进一步分离逃逸的NH3。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,以燃煤电厂锅炉排污废水作为热源,并加入固体酸材料催化脱碳富液再生,以期能降低再生能耗,并减少热再生过程的氨逃逸。
本发明的目的是这样实现的:一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,包括以下步骤:
步骤1)产生加热蒸汽,锅炉排污废水首先由锅炉排出,进入第一级扩容器,可根据再生的需求调节第一级扩容器工作压力,通过闪蒸作用,锅炉排污废水在第一级扩容器中减压减温,部分排污废水变成蒸汽并输送至除氧器回收,其余排污废水以自流方式继续流向第二级扩容器,第二级扩容器生成的蒸汽输送至再生塔进行汽提,剩余的排污废水与脱碳富液换热后,送至管道加热;
步骤2)再生脱碳富液,脱碳富液首先与再生后的吸收液换热,再与排污废水换热,随后,脱碳富液经喷嘴从再生塔的上部喷入再生塔内,与第二级扩容器由再生塔下部送入的蒸汽逆向接触,同时在再生塔内固体酸催化剂作用下,脱碳产物分解释放CO2、部分NH3也受热溢出。产生的气态物质由再生塔上部输出,同时产生的再生吸收液从再生塔下部输出用作与脱碳富液的首次换热;
步骤3)分离与提纯CO2,分解产生的气态物质由再生塔的上部送入第一级旋风分离器,从第一旋风分离器的中下部流出送至第二级旋风分离器的上部,并从第二旋风分离器的中下部流出,同时,通过第一级旋风分离器上部的喷嘴和第二级旋风分离器上部的喷嘴喷入水,与待分离的气体顺流接触,完成CO2与NH3的分离,分离后的CO2气体由除雾器除去携带的液滴,再经压缩机压缩后输送至CO2储气罐,第一级旋风分离器产生的氨溶液可输送至脱硫装置作为脱硫吸收液或作为脱碳吸收液的补充液;第二级旋风分离器产生的氨溶液仅作为脱硫吸收液。
作为本发明的进一步限定,步骤1)中排污水与脱碳富液换热后对经再生塔送入第一旋风分离器的气态物质以及从第一旋风分离器送入第二旋风分离器的气态物质进行加热,加热后的排污水送入地沟。
作为本发明的进一步限定,步骤2)中再生塔压力为0.8-1.2 MPa,温度为80~105℃。
作为本发明的进一步限定,步骤2)中再生塔内采用规则或随机方法填充填料,填料负载有固体酸材料作为再生催化剂。
作为本发明的进一步限定,步骤2)中的再生塔上部设有除雾丝网。
作为本发明的进一步限定,步骤3)喷入第一旋风分离中、第二旋风分离器中的水滴直径为50~100 μm;且气液接触时间在0.5 s以内。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明有效利用了锅炉排污水废热,经由扩容器闪蒸处理后,产生的蒸汽作为脱碳富液再生热源,产生的热水作为管道加热热源,显著降低了CO2捕集成本且将锅炉排污废水资源化利用;
本发明于脱碳富液再生过程中添加了一种基于固体酸材料的再生催化剂,使得再生温度降低,从而进一步降低了再生能耗,也减少了氨逃逸;
本发明利用二级扩容器出口的排污热加热再生塔后管道,既降低了能耗,也可以有效防止管道结晶、堵塞;
本发明利用二级风分离器对再生后的气体进一行提纯与分离,并将获得的氨溶液作为补充液或用于脱离吸收液,既减少了氨的浪费,也提高了CO2的纯度。
附图说明
图1为本发明原理图。
具体实施方式
如图1所示的一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,包括以下步骤。
步骤一)产生加热蒸汽的,锅炉排污水首先由锅炉B-1排出,对于现有主力燃煤发电机组,排污废水的压力通常为20~24 MPa,温度约为300 ℃,为适应脱碳富液再生的压力与温度需求,设置两级扩容器,即第一扩容器V-1与第二扩容器V-2,第一扩容器V-1为调节扩容器,可根据再生的需求调节第一扩容器V-1工作压力;通常第一扩容器V-1的工作压力可设置为15 MPa;通过闪蒸作用,锅炉排污水在第一扩容器V-1中减压减温,部分排污水变成蒸汽并输送至除氧器回收,其余排污水以自流方式继续流向下级第二扩容器V-2;第二扩容器V-2工作压力为1~2 MPa,生成的蒸汽输送至再生塔T-1进行汽提,剩余的排污水经与再生富液换热后,输送至再生塔T-1后的管道加热器P-1、管道加热器P-2中,以防止管道内结晶阻塞管道。
步骤二)再生脱碳富液,脱碳富液首先分别经换热器H-1、换热器H-2与再生吸收液及排污废水换热,随后,脱碳富液经喷嘴喷入再生塔T-1内,与第二扩容器V-2送入的蒸汽逆向接触,为加速脱碳产物的分解,填料塔内采用规则或随机方法填充填料,填料负载有固体酸材料作为再生催化剂,为降低再生过程的能耗,再生塔T-1压力约为1MPa,温度约为80~105℃,本发明采用较高的再生压力,可以防止富液中的水沸腾从而降低再生能耗,也可减少压缩CO2所消耗的能量,但过高的再生压力会显著增加再生塔的建造成本,因此综合两方面因素,再生压力为1MPa时较为经济;分解生成的CO2、逃逸的NH3及H2O等气态物质由再生塔T-1上部输出;再生吸收液从再生塔T-1下部输出,为防止再生吸收液被气流携带从上部流出再生塔T-1,再生塔T-1上部设有除雾丝网。
步骤三)分离与提纯CO2,再生后的气态物质主要含有CO2、H2O及逃逸的NH3,需进一步将CO2与其他气态物质分离,采用两级分离器,分别为第一级旋风分离器S-1与第二级旋风分离器S-2,两级分离器均采用切向进气形成强旋流,以提高传质速率,待分离的气体均从上部进入第一旋风分离器S-1和第二旋风分离器S-2,从下部流出,同时,水从第一旋风分离器S-1与第二旋风分离器S-2的上部经喷嘴喷入分离器内,与待分离的气体顺流接触,利用CO2与NH3在水中溶解度的差异进行分离,水滴D32直径应控制在50~100μm的范围内,以期达到较好的分离效果,气液传质面积随D32直径的减小而增大,较大的传质面积将促进NH3与CO2的分离;但D32直径越小,雾化压力越高,所需要的能耗也越大,综合这两方面因素本发明采用上述液滴直径范围;为防止生成新鲜氨水再次吸收CO2,气液接触时间应控制在0.5 s以内(过长时间的气液接触将导致CO2再次被生成的氨水溶液吸收),经两级分离器分离可满足对CO2纯度的要求,第一旋风分离器S-1产生的氨溶液可输送至脱硫装置作为脱硫吸收液或作为脱碳吸收液的补充液,第二旋风分离器S-2产生的氨溶液由于浓度较低仅作为脱硫吸收液。分离后的气体由除雾器F-1除去携带的液滴,再经压缩机C-1压缩后输送至CO2储气罐。
下面对本发明做出进一步说明。
本发明中再生热蒸汽由锅炉B-1排污废水通过两级扩容器V-1、V-2经“闪蒸”作用提供。
锅炉B-1与再生塔T-1之间设有两级扩容器V-1、V-2。第一扩容器V-1主要起粗调节作用,用以调节再生塔内蒸汽的流量、温度与压力,并回收部分工质;第二扩容器V-2为生成再生蒸汽及细调节。
第一扩容器V-1、第二扩容器V-2、再生塔T-1、第一旋风分离器S-1、第二旋风分离器S-2均在高压下进行操作,并配有相应的安全阀防止超压。
再生塔填料采用负载有固体酸材料的填料作为再生催化剂,以促进脱碳产物在中低温下快速分解。
脱碳富液首先与再生塔底部出口再生吸收液进行换热回收部分能量,再与第二扩容器V-2出口热水进行换热回收部分能量,最后进入再生塔内进行再生。
再生塔T-1与第一旋风分离器S-1及第一旋风分离器S-1与第二旋风分离器S2连接管道均设有管道加热器,第二扩容器V-2出口的热水作为加热热源以防止NH4HCO3结晶堵塞管道。
CO2的提纯与分离采用两级分离器。分离器中气液顺流接触,气体由分离塔上方切向引入,形成强旋流,使得NH3加速溶于水中。气液接触时间控制在0.5 s以内,以减少氨溶液再次吸收CO2;一级分离器收集的氨水溶液继续用于脱碳吸收液或用于脱硫吸收液,二级分离器收集的氨水溶液用于脱硫吸收液。
本发明并不局限于上述实施例,在本发明公开的技术方案的基础上,本领域的技术人员根据所公开的技术内容,不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形,这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,其特征在于包括以下步骤:
步骤1)产生加热蒸汽,锅炉排污废水首先由锅炉排出,进入第一级扩容器,根据再生的需求调节第一级扩容器工作压力,通过闪蒸作用,锅炉排污废水在第一级扩容器中减压减温,部分排污废水变成蒸汽并输送至除氧器回收,其余排污废水以自流方式继续流向第二级扩容器,第二扩容器工作压力为1~2 MPa,第二级扩容器生成的蒸汽输送至再生塔进行汽提,剩余的排污废水与脱碳富液换热后,送至管道加热,排污水与脱碳富液换热后对经再生塔送入第一旋风分离器的气态物质以及从第一旋风分离器送入第二旋风分离器的气态物质进行加热,加热后的排污水送入地沟;
步骤2)再生脱碳富液,脱碳富液首先与再生后的吸收液换热,再与排污废水换热,随后,脱碳富液经喷嘴从再生塔的上部喷入再生塔内,再生塔压力为0.8-1.2 MPa,温度为80~105 ℃,与第二级扩容器由再生塔下部送入的蒸汽逆向接触,同时在再生塔内固体酸催化剂作用下,脱碳产物分解释放CO2、部分NH3也受热溢出,产生的气态物质由再生塔上部输出,同时产生的再生吸收液从再生塔下部输出用作与脱碳富液的首次换热;再生塔内采用规则或随机方法填充填料,填料负载有固体酸材料作为再生催化剂;
步骤3)分离与提纯CO2,分解产生的气态物质由再生塔的上部送入第一级旋风分离器,从第一旋风分离器的中下部流出送至第二级旋风分离器的上部,并从第二旋风分离器的中下部流出,同时,通过第一级旋风分离器上部的喷嘴和第二级旋风分离器上部的喷嘴喷入水,与待分离的气体顺流接触,完成CO2与NH3的分离,分离后的CO2气体由除雾器除去携带的液滴,再经压缩机压缩后输送至CO2储气罐,第一级旋风分离器产生的氨溶液输送至脱硫装置作为脱硫吸收液或作为脱碳吸收液的补充液;第二级旋风分离器产生的氨溶液仅作为脱硫吸收液。
2.根据权利要求1所述的一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,其特征在于,步骤2)中的再生塔上部设有除雾丝网。
3.根据权利要求1所述的一种应用于燃煤电厂的氨法脱碳富液再生工艺,其特征在于,步骤3)喷入第一旋风分离中、第二旋风分离器中的水滴直径为50~100 μm;且气液接触时间在0.5 s以内。
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