CN113134281A - 一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通过吸收溶剂处理烟气中的二氧化碳技术领域，公开了一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，首先通过重力沉降的方式去除电厂烟气中的机械杂质，再将电厂烟气通过活性炭，得到过滤烟气；并将过滤烟气导入脱碳吸收塔内与半贫胺液接触，完成二氧化碳的脱除，得到湿净化气；最后对湿净化气进行气液分离，并将气体排出；其中半贫胺液包括去离子水、N‑甲基二乙醇胺、一乙醇胺、羟基乙叉二膦酸、羟基乙叉二膦酸.2钠、聚丙烯酸、羟基硅油、十四烷基二甲基苄基氯化铵、亚硫酸钠。本发明解决了现有技术利用MEA作为捕集溶剂，捕集效率在90％左右，捕集效率低的问题。

Description

一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法
技术领域
本发明属于通过吸收溶剂处理烟气中的二氧化碳技术领域，具体涉及一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法。
背景技术
在第75届联合国大会上，我国提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标，为改革完善全球治理体系做出贡献。电力系统中会产生较多的电厂烟气，而电厂烟气的主要成分是二氧化碳、二氧化硫、水蒸气、氮气和氧气，直接排放会对环境造成非常大的影响。为了契合国家提出的目标，需要对电厂烟气进行处理再排放。而电厂烟气中二氧化碳的处理效果，很大程度取决于CCUS技术，即将碳捕获、利用与封存技术。
现目前常使用的对电厂烟气中的二氧化碳捕集工艺流程为，将电厂烟气由脱碳引风机送入吸收塔，利用吸收塔中的MEA溶液对二氧化碳进行吸收，尾气从吸收塔的塔顶排出。
现有的二氧化碳捕集工艺，利用MEA溶液作为捕集溶剂，其捕集效率在90％左右，使得排出的尾气中夹杂有较多的二氧化碳，捕集效率低，并且捕集溶剂再生能耗高，高昂的运行成本制约了碳捕集技术的工业化应用。
发明内容
本发明意在提供一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，以解决现有技术利用MEA作为捕集溶剂，捕集效率在90％左右，捕集效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，包括以下步骤：
步骤一，通过重力沉降的方式去除电厂烟气中的机械杂质，再将电厂烟气通过活性炭，得到过滤烟气；
步骤二，将过滤烟气导入脱碳吸收塔内与半贫胺液接触，完成过滤烟气中的二氧化碳脱除，并导出湿净化气和富胺液；
半贫胺液包括以下质量份的原料，去离子水39～50份、N-甲基二乙醇胺45～50份、一乙醇胺5～10份、羟基乙叉二膦酸0.1～0.25份、羟基乙叉二膦酸.2钠0.015～0.06份、聚丙烯酸0.005～0.03份、羟基硅油0.1～0.3份、十四烷基二甲基苄基氯化铵0.01～0.03份、亚硫酸钠0.3～0.5份；
步骤三，对湿净化气进行气液分离，分离出湿净化气中夹杂的富氨液和待排气体，并将待排气体排出。
本技术方案的技术原理及有益效果：
本技术方案通过对电厂烟气进行预处理，将电厂烟气中夹杂的机械杂质和部分游离物去除，能够增大后续二氧化碳捕集的效果。在电厂烟气与半贫胺液接触时，由于电厂烟气中的杂质和游离物较少，因此能减少对半贫胺液的损耗。
利用半贫胺液作为吸收剂，通过半贫胺液内的N-甲基二乙醇胺和一乙醇胺之间的交互作用，能促进对二氧化碳的吸收效果，并且缩短吸收时间；而通过配置羟基硅油，能避免吸收过程中发泡，从而减少对二氧化碳的吸收率的影响；通过羟基乙叉二膦酸、羟基乙叉二膦酸.2钠、聚丙烯酸的协同作用，有效控制酸性气体的腐蚀性，有利于延长设备的使用期限，降低设备制造成本；十四烷基二甲基苄基氯化铵可有效控制运行过程中脱碳剂内细菌的生长，并且脱碳剂中的亚硫酸钠可降低脱碳剂的氧化降解性，延长脱碳剂的寿命周期，降低运行成本。
在对电厂烟气中的二氧化碳进行吸收后，气体中会夹杂有部分溶液，通过对气液分离，能够将气体中夹杂的液体进行分离，从而将吸收有二氧化碳的溶液分离出，减少捕集溶剂的损耗和降低排出的气体内的二氧化碳的量。
通过本技术方案提供的捕集方法对电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，能够使得电厂烟气的脱碳率达到97％以上。
进一步，将过滤烟气冷却至15℃，并加压至5.7Mpa后导入脱碳吸收塔内。
有益效果：低温、高压有利于捕集溶剂吸收二氧化碳的化学反应正向进行，因为电厂烟气的温度通常较高，若直接将其导入脱碳吸收塔内，一方面会抑制捕集溶剂吸收二氧化碳的化学反应的正向进行，另一方面会造成半贫胺液升温并挥发，导致半贫胺液损失，进而会使得半贫胺液的使用量增加。而通过将过滤烟气降温后，再导入脱碳吸收塔内，能避免上述问题。在导入过滤烟气之前，进行加压，还能够增加过滤烟气与半贫胺液的接触效果，进而能够提升半贫胺液对过滤烟气内的二氧化碳的吸收效果。
进一步，过滤烟气从脱碳吸收塔的下部导入，半贫胺液从脱碳吸收塔的上部导入。
有益效果：过滤烟气和半贫胺液在脱碳吸收塔内发生相对运动，能够使得过滤烟气与半贫胺液冲击时快速的进行反应，从而对过滤烟气中的二氧化碳进行吸收。
进一步，将富胺液导入高压闪蒸罐内进行闪蒸，得到二次富胺液和闪蒸汽，并将闪蒸汽排放；再将二次富胺液升温至70～80℃，并导入低压闪蒸塔内进行二次闪蒸，将二次闪蒸后析出的气体导入酸气液分离器，分离出的酸性冷凝水从低压闪蒸塔顶部回流，分离出的酸气送至二氧化碳增压、液化装置形成可利用的二氧化碳。
有益效果：利用高压闪蒸罐和低压闪蒸塔对富胺液进行二级闪蒸，通过高压闪蒸罐和低压闪蒸塔两级降压，能够将溶液中吸收的大量二氧化碳闪蒸出来，并利用二氧化碳增压、液化装置进行处理后得到可利用的二氧化碳。而且在二级闪蒸中，仅需要在70～80℃便能完成二次闪蒸，使用温度低，进而能减少能耗。
进一步，高压闪蒸罐的压力为1.9Mpa(G)。
有益效果：通过对高压闪蒸罐的压力进行设置，能快速完成对富胺液的闪蒸。
进一步，将从低压闪蒸塔内析出的气体冷却至50℃再导入酸气液分离器内。
有益效果：对低压闪蒸塔内析出的气体进行冷却，能够将部分蒸汽进行液化，从而提高气液分离的效果。
进一步，从酸气液分离器内分离出的酸气在0.01MPa(G)的压力下送入二氧化碳增压、液化装置内。
有益效果：通过对压力进行设置，能快速的完成二氧化碳的收集。
进一步，将从低压闪蒸塔底部导出的溶液导入缓冲罐，并增压至5.7Mpa，再利用碳粒过滤器去除杂质。
有益效果：将溶液增压后再过滤，能快速的过滤掉杂质，而过滤后的溶液为半贫胺液，能进行循环使用，实现原料的循环使用。
进一步，将利用碳粒过滤器过滤后的溶液降温至40～50℃。
有益效果：将溶液进行降温，有利于捕集溶剂与二氧化碳的化学反应的正向进行，另一方面在导入脱碳吸收塔内时温度低，减少汽化的情况发生，从而减少吸收剂的损耗。
综上所述，本发明形成了一种脱硫预处理+一段吸收+二级(高压、低压)闪蒸解吸的工艺流程，并且在吸收的过程中使用了自制的半贫胺液作为吸收剂，能够将二氧化碳的捕集率提升至97％以上(相较于现有的90％的捕集率，有较大的突破)。并且在解吸富胺液内的二氧化碳时，仅需要70～80℃即可，单位综合能耗为7720MJ/104m3，与现有的需要120℃左右的温度来完成解吸相比，能耗降低约40％，从而能节约成本，能广泛应用在工业生产上。
具体实施方式
实施例：
一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，包括以下步骤：
步骤一，通过重力沉降的方式去除电厂烟气中夹杂的机械杂质，再将除杂后的电厂烟气通过活性炭，利用活性炭过滤掉电厂烟气中的游离水和二氧化硫，得到过滤烟气，此时的过滤烟气温度在68～80℃。
步骤二，将过滤烟气加压至5.7Mpa，再导入冷却器内冷却至15℃。
步骤三，将冷却、加压后的过滤烟气从脱碳吸收塔的底部导入，并从脱碳吸收塔的上部导入半贫胺液，过滤烟气和半贫胺液会在脱碳吸收塔内发生相对冲击，并通过半贫胺液与过滤烟气的接触，吸收过滤烟气中的二氧化碳，完成过滤烟气中的二氧化碳的捕集，并形成湿净化气，而脱碳吸收塔的底部堆积有富胺液。
步骤四，将湿净化气导入气液分离器内，分离出游离水后，将气体排出。排出的气体内二氧化碳含量小于3％，达到排放标准，且排放后对环境的影响较小。
步骤五，将富胺液从脱碳吸收塔内导出，并导入压力为1.9Mpa(G)的高压闪蒸罐内进行闪蒸，形成的闪蒸汽排出。
步骤六，将高压闪蒸罐内的富胺液导出，并利用电加热器加热至70～80℃，再导入低压闪蒸塔内进行二次闪蒸，并向低压闪蒸塔内加入消泡剂，加入的消泡剂的重量为富胺液的0.1～0.3％，本实施例中消泡剂使用聚醚改性有机硅型消泡剂。
闪蒸后析出的含二氧化碳气体导入冷凝器内冷却至50℃，再将含有二氧化碳的气体导入酸气液分离器内，分离出酸性冷凝水和酸气，此时低压闪蒸塔底部残留有半贫胺液。酸性冷凝水回流至低压闪蒸塔内，酸气在0.01MPa(G)的压力下导入二氧化碳增压、液化装置中，形成可利用的二氧化碳。
步骤七，将低压闪蒸塔内的半贫胺液导入缓冲罐内，此时半贫胺液的温度为60～70℃，再将缓冲罐内的半贫胺液增压至5.7Mpa，并利用碳粒过滤器去除半贫胺液中的杂质。
步骤八，将过滤后的半贫胺液利用冷却器冷却至40～50℃，再导入脱碳吸收塔内，完成半贫胺液的循环使用。
本实施例中使用的半贫胺液包括以下质量份的原料，去离子水39～50份、N-甲基二乙醇胺45～50份、一乙醇胺5～10份、羟基乙叉二膦酸0.1～0.25份、羟基乙叉二膦酸.2钠0.015～0.06份、聚丙烯酸0.005～0.03份、羟基硅油0.1～0.3份、十四烷基二甲基苄基氯化铵0.01～0.03份、亚硫酸钠0.3～0.5份。
实施例1-实施例5的区别仅在于，如表1所示的半贫胺液的各原料成分配比不同。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
去离子水(Kg) 39 42 45 48 50
N-甲基二乙醇胺(Kg) 50 49 47 46 45
一乙醇胺(Kg) 10 9 8 6 5
羟基乙叉二膦酸(Kg) 0.1 0.14 0.18 0.22 0.25
羟基乙叉二膦酸.2钠(Kg) 0.015 0.03 0.04 0.05 0.06
聚丙烯酸(Kg) 0.005 0.01 0.015 0.02 0.03
羟基硅油(Kg) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
十四烷基二甲基苄基氯化铵(Kg) 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
亚硫酸钠(Kg) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
实验：
设置一组对比例，对比例与实施例1的区别仅在于，使用MEA溶液作为吸收剂。
利用实施例1-实施例5和对比例提供的方法对电厂烟气中的二氧化碳进行捕集。其中用于实验的电厂烟气的成分如表2所示，对电厂烟气中二氧化碳的捕集指标的平均值如表3所示。
表2
二氧化碳(％) 二氧化硫(％) 水蒸气(％) 氮气(％) 氧气(％)
湿烟气成分 13.01 0.05 8.33 74.03 4.58
干烟气成分 14.19 0.06 -- 80.75 5
表3
Figure BDA0003058387270000061
综上所述，本发明提供的电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，对电厂烟气中的二氧化碳的捕集率能够达到98.1％，相比现有的方法，捕集效率高，半贫胺液循环量较低，仅为32.2m3/h。而且运行单位综合能耗为7720MJ/104m3，与其它对比例的工艺相比能耗低40％以上(本工艺的解吸温度为70～80℃，对比例的解吸为120℃左右)。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过重力沉降的方式去除电厂烟气中的机械杂质，再将电厂烟气通过活性炭，得到过滤烟气；
步骤二，将过滤烟气导入脱碳吸收塔内与半贫胺液接触，完成过滤烟气中的二氧化碳脱除，并导出湿净化气和富胺液；
半贫胺液包括以下质量份的原料，去离子水39～50份、N-甲基二乙醇胺45～50份、一乙醇胺5～10份、羟基乙叉二膦酸0.1～0.25份、羟基乙叉二膦酸.2钠0.015～0.06份、聚丙烯酸0.005～0.03份、羟基硅油0.1～0.3份、十四烷基二甲基苄基氯化铵0.01～0.03份、亚硫酸钠0.3～0.5份；
步骤三，对湿净化气进行气液分离，分离出湿净化气中夹杂的富氨液和待排气体，并将待排气体排出。
2.根据权利要求1所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：将过滤烟气冷却至15℃，并加压至5.7Mpa后导入脱碳吸收塔内。
3.根据权利要求2所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：过滤烟气从脱碳吸收塔的下部导入，半贫胺液从脱碳吸收塔的上部导入。
4.根据权利要求3所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：将富胺液导入高压闪蒸罐内进行闪蒸，得到二次富胺液和闪蒸汽，并将闪蒸汽排放；再将二次富胺液升温至70～80℃，并导入低压闪蒸塔内进行二次闪蒸，将二次闪蒸后析出的气体导入酸气液分离器，分离出的酸性冷凝水从低压闪蒸塔顶部回流，分离出的酸气送至二氧化碳增压、液化装置形成可利用的二氧化碳。
5.根据权利要求4所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：高压闪蒸罐的压力为1.9Mpa(G)。
6.根据权利要求5所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：将从低压闪蒸塔内析出的气体冷却至50℃再导入酸气液分离器内。
7.根据权利要求6所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：从酸气液分离器内分离出的酸气在0.01MPa(G)的压力下送入二氧化碳增压、液化装置内。
8.根据权利要求7所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：将从低压闪蒸塔底部导出的溶液导入缓冲罐，并增压至5.7Mpa，再利用碳粒过滤器去除杂质。
9.根据权利要求8所述的一种电厂烟气中的二氧化碳的捕集方法，其特征在于：将利用碳粒过滤器过滤后的溶液降温至40～50℃。
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