CN113750758B - 一种回收烟气中二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种回收烟气中二氧化碳的方法，本发明的方法包括：除尘：将烟气通入超重力除尘器，通入除尘吸附液吸收粉尘，实现烟气和粉尘的分离；脱硫脱硝：将经过除尘的烟气通入臭氧发生器除去一氧化氮，再通入超重力脱硫脱硝器，通入脱硫脱硝吸附液吸收烟气中的二氧化硫和氮氧化物；干燥：将经过脱硫脱硝的烟气通入干燥塔内进行干燥和降温，降低烟气的湿度和温度；增压：将经过干燥的烟气通入气体增压泵进行增压；冷凝：将经过增压的烟气通入二氧化碳冷凝器中进行冷凝，使烟气中的二氧化碳液化，回收液化二氧化碳，不凝尾气排出并回收利用。本发明的方法可将其烟气中污染物的含量、提高二氧化碳的回收效率，提高能源的利用率。

Description

一种回收烟气中二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳回收技术领域，特别是涉及一种回收烟气中二氧化碳的方法。
背景技术
富氧燃烧产生的工业废气(也称为烟气)中含有粉尘、二氧化硫、氮氧化物等危害物，同时含有较高浓度的二氧化碳，需进行废气处理并达到国家排放标准后才可以排放。废气中含有大量二氧化碳，通过提浓后回收利用，可以进一步减少碳排放，亦能将二氧化碳变废为宝，具有极高的经济价值。而二氧化碳提浓回收对二氧化碳源要求较高，需先处理废气中的粉尘和硫化物等危害物，否则可能会导致二氧化碳提浓过程中吸附剂积累性中毒、装置失效、回收率低等问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种回收烟气中二氧化碳的方法，对烟气中的粉尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物进行吸收和处理，使烟气满足回收二氧化碳气源的要求，避免装置失效等问题，并提高二氧化碳的回收率，提高能源利用率。
一种回收烟气中二氧化碳的方法，包括以下步骤：
除尘：将烟气通入超重力除尘器，向超重力除尘器内通入除尘吸附液，在超重力场作用下，除尘吸附剂吸收粉尘，实现烟气和粉尘的分离；
脱硫脱硝：将经过除尘的烟气通入超重力脱硫脱硝器，向超重力脱硫脱硝器内通入脱硫脱硝吸附液吸收烟气中的二氧化硫和氮氧化物；
干燥：将经过脱硫脱硝的烟气通入干燥塔内进行干燥和降温，降低烟气的湿度和温度；
增压：将经过干燥的烟气通入气体增压泵进行增压，将烟气压强增至0.52～3.2MPa；
冷凝：将经过增压的烟气通入二氧化碳冷凝器中进行冷凝，使烟气中的二氧化碳液化，回收液化二氧化碳，不凝尾气从二氧化碳冷凝器排出并回收利用。
上述方法，利用超重力除尘和湿法超重力脱硫脱硝对烟气进行前处理，可以极大地强化传质与受传质控制的反应过程，有效降低烟气中有害物质的含量；并通过气体增压泵对烟气增压，有助于后续二氧化碳冷凝器将烟气中的二氧化碳液化，提高二氧化碳的回收效率，尾气回收利用提高能源利用率。
在其中一个实施例中，所述除尘步骤中，超重力除尘器内设置填料层和转子，填料层的直径为500～3000mm，填料层的高度为100～1500mm，填料层的填料为耐高温聚四氟乙烯填料环，单个填料环的直径为20～30mm，填料环的孔隙率为60～80％，转子的转速为30～300rpm。
在其中一个实施例中，所述除尘吸附液为氢氧化钙溶液。以氢氧化钙溶液作为吸附液可以对烟气中的二氧化硫进行预吸收，提高二氧化硫的处理效率。
在其中一个实施例中，所述脱硫脱硝步骤中，超重力脱硫脱硝器内设置填料层和转子，填料层的直径为500～3000mm，填料层的高度为100～1500mm，填料层的填料为聚丙烯填料，单个填料的直径为10～20mm，填料环的孔隙率为70～90％，转子的转速为30～300rpm。
在其中一个实施例中，所述脱硫脱硝吸附液为以水为溶剂，以尿素、氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙或硫化钠中的一种或多种为溶质的混合液。
在其中一个实施例中，所述干燥步骤包括：利用冷却式干燥器处理烟气，将烟气的温度降至30℃以下，湿度降至60％以下；再利用吸附式干燥塔处理烟气，吸附式干燥塔内填充有干燥剂，吸收烟气中的水分，将烟气的湿度降至30％以下。
在其中一个实施例中，所述增压步骤中，气体增压泵以冷凝步骤中产生的不凝尾气作为驱动活塞的气体。冷凝步骤产生的不凝尾气为压缩气体(约为0.8～1.3MPa)，具有较大的内能，利用尾气的能量驱动气体增压泵做功，为烟气增压，具有重大的节能效益。
在其中一个实施例中，所述增压步骤中，在气体增压泵运行过程中，用冷凝步骤中产生的不凝尾气对气体增压泵的工作腔进行冷却处理。冷凝步骤产生的不凝尾气的温度较低(约为-56.6～5℃)，利用尾气的低温对气体增压泵降温，一方面可以防止驱动气体做功时产生的热量使泵的温度急剧上升，另一方面可以对烟气进行预降温，降低冷凝器的负荷。利用尾气对气体增压泵降温，具有重大的节能效益。
在其中一个实施例中，所述增压步骤中，采用二级串联气体增压泵组对烟气增压，各级气体增压泵的压缩比从2～8。优选地，各级气体增压泵压缩比分别为3和5。
在其中一个实施例中，所述冷凝步骤中，冷凝器内的压力为1.1MPa，温度为-35℃。该参数下可以使二氧化碳充分液化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明回收烟气中二氧化碳的方法，利用超重力除尘和湿法超重力脱硫脱硝对烟气进行前处理，可以极大地强化传质与受传质控制的反应过程，有效降低烟气中有害物质的含量；并通过气体增压泵对烟气增压，有助于后续二氧化碳冷凝器将烟气中的二氧化碳液化，提高二氧化碳的回收效率，尾气回收利用提高能源利用率，具有较大的节能效果。
附图说明
图1为实施例中二氧化碳回收系统放入结构示意图。
图2为实施例中单个气体增压泵的结构示意图。
图3为实施例中二级串联气体增压泵组的连接示意图。
图中，100、超重力除尘器，200、臭氧发生器，300、脱硫脱硝装置，400、一级干燥器，500、二级干燥器，600、气体增压泵，610、第一工作腔，620、第二工作腔，630、盘管冷却夹套，700、二氧化碳冷凝器，810、第一气体储罐，820，第二气体储罐。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一、二氧化碳回收系统。
如图1所示，包括依次连接的超重力除尘器100、臭氧发生器200、脱硫脱硝装置300、一级干燥器400、二级干燥器500和二氧化碳冷凝器700，二级干燥器500和二氧化碳冷凝器700之间设有2个串联的气体增压泵600(即二级串联气体增压泵组)。
超重力除尘器100是气-液接触型的超重力分离装置，超重力场的气-固分离过程通过旋转惯性分离、碰撞、过滤、液膜及液滴凝并、捕集等多种机制交互作用，达到超重力法高效除尘的效果。
脱硫脱硝装置200采用超重力脱硫脱硝装置，提高脱硫脱硝的效果。
一级干燥器400采用冷却式干燥器，冷却式干燥器包括塔体和冷却盘管，多段冷却盘管从下至上设置于塔体内，冷却盘管内通入冷却液，烟气从下至上流动过程中被冷却，降温的同时冷凝烟气中的水分，降低烟气湿度。二级干燥器500选用吸附式干燥塔，吸附式干燥塔的内部设有2个填料层，填料层内铺设有干燥剂，干燥剂采用氧化钙，干燥效果好，而且吸收水分后形成的氢氧化钙可作为石灰窑的原料，循环利用。
气体增压泵600包括工作腔，工作腔内设有活塞和连杆，连杆的一端与活塞连接，如图2所示，活塞和连杆将工作腔分为第一工作腔610和第二工作腔620，第一工作腔610和第二工作腔620均设有进口和出口，进口和出口均设有单向阀，控制腔室内流体的流动。第一工作腔610用于通入待增压的烟气，第二工作腔620用于通入驱动气体，比如压缩空气等，驱动气体驱动连杆和活塞来回运动，对烟气增压。为保证气体增压泵600的正常运作，压缩气体的压强应大于烟气的压强。由于压缩空气的内能大，随着活塞的运动会导致温度急剧升高，需要及时冷却，因此在泵体围绕第一工作腔610和/或第二工作腔620的位置设置盘管冷却夹套630，盘管冷却夹套630上设有进口和出口，用于通入和排出冷却介质，对工作腔降温，一方面降低压缩空气的温度，另一方面对烟气预降温，便于后续二氧化碳冷凝器700进行冷凝液化。如图3所示，两个气体增压泵600串联设置形成气体增压泵组，依次对烟气增压。同时可设置第一气体储罐810和第二气体储罐820对气体进行储存或缓冲。
二氧化碳冷凝器700的上端设有尾气出口，下端设有烟气入口和液体出口。烟气从烟气入口进入二氧化碳冷凝器700，不凝尾气从尾气出口排出，液化二氧化碳从液体出口排出。不凝尾气可回收至储罐中回收利用。
二、对某富氧燃烧石灰窑产生的烟气进行二氧化碳回收。
采用上述二氧化碳回收系统对富氧燃烧产生的烟气中的二氧化碳进行回收，具体方法包括如下步骤。
1、除尘。
将石灰窑富氧燃烧产生烟气通入超重力除尘器，向超重力除尘器内通入除尘吸附液，在超重力除尘器内的超重力场作用下，除尘吸附剂吸收粉尘，实现烟气和粉尘的分离。除尘吸附剂为氢氧化钙和水按质量比1：5000混合得到氢氧化钙溶液，完成吸附后排出的除尘吸附剂中再添加适量氢氧化钙，可再次通入超重力除尘器内循环使用。
超重力除尘器的参数为：超重力除尘器内设置填料层和转子，填料层的直径为1500mm，填料层的高度为1000mm，填料层内填充耐高温聚四氟乙烯填料环，单个填料环的直径为20mm，填料环的孔隙率为80％，转子的转速为100rpm。维持吸收粉尘和部分二氧化硫后的除尘吸附剂的pH为5.5。
此步骤可以除去烟气中的粒径>0.2μm的粉尘，去除效率达到99％以上。颗粒物排放浓度值≤30mg/m3。
2、脱硫脱硝。
将经过除尘的烟气通过100g/h的臭氧发生器，臭氧发生器中产生的臭氧与一氧化氮反应除去一氧化氮。然后将烟气通入超重力脱硫脱硝器，向超重力脱硫脱硝器内通入脱硫脱硝吸附液吸收烟气中的二氧化硫和其余的氮氧化物。脱硫脱硝吸附液为氢氧化钙和水按质量比1：5000混合得到的氢氧化钙溶液，完成吸附后排出的脱硫脱硝吸附液中再添加适量氢氧化钙，可再次通入超重力脱硫脱硝器内循环使用。
超重力脱硫脱硝装置参数为：超重力脱硫脱硝设置填料层和转子，填料层的直径为1500mm，填料层的高度为1000mm，填料层内填充耐高温聚四氟乙烯填料环，单个填料环的直径为10mm，填料环的孔隙率为90％，转子的转速为100rpm。维持吸收后的脱硫脱硝吸附液的pH为6.5。
此步骤处理后的烟气，脱硫效率为99.5％，脱硝效率为60％，出口氮氧化物浓度100mg/m3；出口二氧化硫浓度50mg/m3；烟气中粒径>0.2μm的粉尘的去除效率达到99.8％以上，颗粒物排放浓度值≤10mg/m3。
3、干燥。
将经过脱硫脱硝的烟气依次通入一级干燥器和二级干燥器，将烟气的温度降至30℃以下，湿度降至25％以下。具体处理如下。
一级干燥器分上部冷凝区和下部冷凝区，烟气从一级干燥塔的下端进入，依次通过上部冷凝区和下部冷凝区。下部冷凝区通入冷却水，将烟气温度降低10～12℃，降低除湿负荷。上部冷凝区通入5℃冷却水，进一步将烟气降温至30℃以下，烟气中的水气凝结成水分，湿度降至60％以下。
烟气从二级干燥器的下端进入，二级干燥的填料层内铺设有干燥剂，干燥剂采用石灰窑产物氧化钙，氧化钙吸收烟气中的水分，将湿度降至25％以下。
4、增压。
将经过干燥的烟气通入二级串联气体增压泵组进行增压，一级气体增压泵的压缩比为3，二级气体增压泵的压缩比为5，将烟气压强增至1.1MPa。压缩过程中用冷凝步骤中产生的不凝尾气作为气体增压泵的驱动气体，驱动活塞来回运动，并将冷凝步骤中产生的不凝尾气通入盘管冷却夹套中对气体增压泵的工作腔进行冷却，由于不凝尾气压强大温度低，在增压步骤中可作为驱动气体和冷却介质，废物利用，大大提高了能源的利用率。
5、冷凝。
将经过增压的烟气通入二氧化碳冷凝器中进行冷凝，控制二氧化碳冷凝器内的压力为1.1MPa，温度为-35℃，使烟气中的二氧化碳液化，回收液化二氧化碳，尾气从二氧化碳冷凝器顶部出口排出并回收。
经检测，初始烟气中二氧化碳含量为20％，经上述处理后，尾气中的二氧化碳含量可降至5％。二氧化碳冷凝器中上端排出的不凝尾气压强大、温度低，主要包括N2、O2、NO、CO等成分。不凝尾气可回收利用，如用作增压步骤中的驱动气体和冷却介质。
此步骤中收集的液态二氧化碳浓度≥95％，往后可以送入精馏塔进一步脱除水分，以及提纯至99.99％以上浓度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种回收烟气中二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
除尘：将烟气通入超重力除尘器，向超重力除尘器内通入除尘吸附剂，在超重力场作用下，除尘吸附剂吸收粉尘，实现烟气和粉尘的分离；
脱硫脱硝：将经过除尘的烟气通入臭氧发生器，除去一氧化氮，再通入超重力脱硫脱硝器，向超重力脱硫脱硝器内通入脱硫脱硝吸附液吸收烟气中的二氧化硫和氮氧化物；
干燥：将经过脱硫脱硝的烟气通入干燥塔内进行干燥和降温，降低烟气的湿度和温度；
增压：将经过干燥的烟气通入气体增压泵进行增压，将烟气压强增至0.52~3.2MPa；
冷凝：将经过增压的烟气通入二氧化碳冷凝器中进行冷凝，使烟气中的二氧化碳液化，回收液化二氧化碳，不凝尾气从二氧化碳冷凝器排出并回收利用；
所述增压步骤中，气体增压泵以冷凝步骤中产生的不凝尾气作为驱动活塞的气体，不凝尾气的压强为0.8~1.3Mpa；
所述增压步骤中，在气体增压泵运行过程中，用冷凝步骤中产生的不凝尾气对气体增压泵的工作腔进行冷却处理，不凝尾气的温度为-56.6~5℃；
所述增压步骤中，采用二级串联气体增压泵组对烟气增压，各级气体增压泵的压缩比从2~8；
所述冷凝步骤中，二氧化碳冷凝器内的压力为0.52~3.2MPa，温度为-56.6~5℃；
超重力除尘器内设置填料层和转子，填料层的直径为500~3000mm，填料层的高度为100~1500mm，填料层的填料为耐高温聚四氟乙烯填料环，单个填料环的直径为20~30mm，填料环的孔隙率为60~80%，转子的转速为30~300rpm；
所述除尘吸附剂为氢氧化钙溶液；
所述脱硫脱硝步骤中，超重力脱硫脱硝器内设置填料层和转子，填料层的直径为500~3000mm，填料层的高度为100~1500mm，填料层的填料为聚丙烯填料，单个填料的直径为10~20mm，填料环的孔隙率为70~90%，转子的转速为30~300rpm；
所述脱硫脱硝吸附液为以水为溶剂，以尿素、氨水、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙和硫化钠中的一种或多种为溶质的混合液；
维持吸收粉尘和部分二氧化硫后的除尘吸附剂的pH为5.5；
维持吸收后的脱硫脱硝吸附液的pH为6.5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥步骤包括：利用冷却式干燥器处理烟气，将烟气的温度降至30℃以下，湿度降至60%以下；再利用吸附式干燥塔处理烟气，吸附式干燥塔内填充有干燥剂，吸收烟气中的水分，将烟气的湿度降至25%以下。
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