CN114452776A - 一种基于铁矿石烧结烟气中co2分离的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法：物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2；进行CO2与物理溶剂的分离；当分离再生器中物理溶剂中吸收的CO2达到饱和度或体积比含量在98.5%及以上时，对分离再生器中的物理溶剂进行加热直至物理溶剂中CO2体积比含量降到不超过0.1%及以下，后停止加热。本发明运行稳定可靠，投资费用少，运行成本低，能将铁矿石烧结烟气中CO2量98.5%以上被分离收集，且不会二次污染环境，物理溶剂还能重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种铁矿石烧结烟气中CO2分离方法。
背景技术
在我国，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。对于高炉炼铁的烧结工序来说，要减少CO2的排放量包括了两个方面，一是提高能量利用效率和转化效率，降低烧结固体燃耗；二是则要在末端进行CO2的收集、储存以及再利用。烧结过程的碳排放主要来自固体燃料的燃烧产物和熔剂中碳酸盐的分解产物。固体燃料完全燃烧生产的是CO2，不完全燃烧产生的是CO。烧结工程中空气过剩系数高，总体是氧化气氛，所以烧结烟气中有大量的CO2，CO只占少量。2020年我国中钢协会员单位烧结工序平均能耗为48.6kg标准煤/t(烧结矿)。与世界先进水平相比较，我国仍有差距，有较长的路要走。烧结工序低碳减排方面，可采用一系列措施从源头上减少CO2的排放。当前通过原料合理搭配、控制燃料粒度及粒度组成、提高混合料温度、强化制粒工艺、厚料层烧结等技术措施，可降低固体燃料消耗。同时，开发的新型节能型点火炉，采用线型烧嘴、多缝式烧嘴或面燃式烧嘴，并利用热废气作为点火炉的助燃空气或作为热源预热助燃空气，大幅降低了烧结点火燃耗；减少设备漏风率以及釆用低风量操作，烧结电耗也得到了降低。
总结起来，实现CO2的减排主要有以下4个途径:
1)提高能源效率，降低能源消耗；
2)转换能源利用类型，开发新能源；
3)增加CO2的自然汇；
4)燃烧后CO2的捕集、封存与利用。
由于前三者的实现是非常曲折、复杂、漫长的过程，不可能在短期内实现。在目前的工艺操作水平，烧结工序的CO2排放量为265.62kg/t(烧结矿)～374.13kg/t(烧结矿)，在烧结烟气中的体积分数为9％～14％，持续研究钢铁工业、尤其是高炉炼铁的烧结工序碳捕集、利用与封存技术对我国钢铁工业的绿色可持续发展具有重要意义。
中国专利公开号为：CN104567441B的文献，公开了一种“铁矿烧结烟气中二氧化碳的富集回收方法”，其技术方案是将头部烟气先经过冷凝脱除部分水蒸气后，与尾部烟气汇合作为循环烟气一起循环至覆盖在烧结机上的烟罩中用于铁矿烧结，通过兑入氧气使进入到烧结料层的气体中O2浓度满足燃料燃烧的要求，其循环利用的头部烟气和尾部烟气占烟气总体积的70％～80％，使得未循环的中部烟气中CO2浓度大幅提高，再对未循环的中部烟气利用。不足包括：首先要对头部烟气进行冷凝脱水，再与尾部烟气混合，混合后的烟气又经过除尘，最后通入烧结机的料面；而且循环烟气中需另外加入工业纯氧，加入量的体积浓度为24％～30％，其存在处理过程复杂，运行成本高。对中部烟气中的CO2进行分离和回收的方法是，先对中部烟气进行除尘、脱硫、冷凝脱水，然后对烟气进行直接压缩、液化的物理方法分离回收CO2，有着处理过程复杂，对设备要求高，且分离出来的CO2浓度不高等。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种运行稳定可靠，投资费用少，运行成本低，能将铁矿石烧结烟气中CO2量处理达98.5％以上，且不会二次污染环境的铁矿烧结烟气中CO2分离利用工艺的处理方法。
实现上述目的的措施：
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其步骤如下：
1)进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，物理溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力控制在1.1～2.2MPa，吸收温度为常温，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在100～300Nm3/min，物理溶剂流量在300～500L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2)进行CO2与物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，采用闪蒸使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积比占95％以上；物理溶剂则在底部并间歇性回流至吸收装置参与吸收；
当分离再生器中物理溶剂中吸收的CO2达到饱和度或体积比含量在98.5％及以上时，对分离再生器中的物理溶剂进行加热直至物理溶剂中CO2体积比含量降到不超过0.1％及以下，后停止加热。
其在于：所述物理溶剂为碳酸丙烯酯或聚乙二醇二甲醚或碳酸二甲酯或二乙二醇丁醚醋酸酯。
优选地：吸收压力控制在1.18～2.13MPa。
需要指出的是，经吸收后的含有CO2的物理溶剂在分离再生器中，还可采用气提方式使CO2得以分离，方法是在加热的同时，用分离出来的CO2作为气提气，即CO2气提法。但工序复杂。
本发明中主要工艺的作用及机理
本发明之所以将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及物理溶剂同时输入吸收装置，且控制吸收压力在1.1～2.2MPa，优选地吸收压力控制在1.18～2.13MPa，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在100～300Nm3/min，物理溶剂流量在300～500L/min。
本发明之所以采用物理溶剂为碳酸丙烯酯或聚乙二醇二甲醚或碳酸二甲酯或二乙二醇丁醚醋酸酯，是由于增加物理溶剂的可选择性，根据价格的变化和工艺的要求灵活选择物理溶剂。
本发明之所以将经吸收后的含有CO2的物理溶剂输入到分离再生器中，可通过闪蒸或CO2气提法，分离出CO2，物理溶剂再用于吸收CO2。
本发明与现有技术相比，运行稳定可靠，投资费用少，运行成本低，能将铁矿石烧结烟气中CO2量98.5％以上被分离收集，且不会二次污染环境，物理溶剂还能重复利用。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
实施例1
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其步骤如下：
1)进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及碳酸丙烯酯物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，碳酸丙烯酯物理溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使碳酸丙烯酯物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力在2.10MPa，吸收温度为25℃，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在152Nm3/min；碳酸丙烯酯物理溶剂流量在403L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2)进行CO2与碳酸丙烯酯物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的碳酸丙烯酯物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，采用闪蒸使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积占比在98.6％，即铁矿石烧结烟气中的CO298.6％的都被分离收集；碳酸丙烯酯物理溶剂则在底部并间歇性回流至吸收装置参与吸收；
由于分离再生器中碳酸丙烯酯物理溶剂中吸收的CO2浓度未达到饱和浓度的70％以上，故无需对分离再生器中的碳酸丙烯酯物理溶剂进行加热。
本实施例所分离出并被收集的CO2，经与焦化氨水反应制成了碳酸氢铵化肥用于农业；其完全符合碳排放要求。
实施例2
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其步骤如下：
1)进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，聚乙二醇二甲醚物理溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使聚乙二醇二甲醚物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力在1.21MPa，吸收温度为20℃，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在202Nm3/min；聚乙二醇二甲醚物理溶剂流量在349L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2)进行CO2与物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的聚乙二醇二甲醚物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，采用闪蒸使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积占比在99.2％，即铁矿石烧结烟气中的CO299.2％的都被分离收集；聚乙二醇二甲醚物理溶剂则在底部并间歇性回流至吸收装置参与吸收；
由于分离再生器中聚乙二醇二甲醚物理溶剂中吸收的CO2浓度达到了饱和浓度的71.3％，故需对分离再生器中的聚乙二醇二甲醚物理溶剂进行加热，当加热至聚乙二醇二甲醚物理溶剂中CO2体积含量在0.1时停止了加热。
本实施例所分离出并被收集的CO2予以储存；其完全符合碳排放要求。
实施例3
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其步骤如下：
1)进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及碳酸丙烯酯物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，碳酸丙烯酯物理溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使碳酸丙烯酯物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力在1.60MPa，吸收温度为28℃，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在281Nm3/min；碳酸丙烯酯物理溶剂流量在483L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2)进行CO2与碳酸丙烯酯物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的碳酸丙烯酯物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，采用闪蒸使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积占比在98.8％，即铁矿石烧结烟气中的CO298.8％的都被分离收集；碳酸丙烯酯物理溶剂则在底部并间歇性回流至吸收装置参与吸收；
由于分离再生器中碳酸丙烯酯物理溶剂中吸收的CO2浓度达到饱和浓度在70.8％，故需对分离再生器中的碳酸丙烯酯物理溶剂进行加热，当加热至聚碳酸丙烯酯物理溶剂中CO2体积含量在0.096％时停止了加热。
本实施例所分离出并被收集的CO2，经与焦化氨水反应制成了碳酸氢铵化肥用于农业；其完全符合碳排放要求。
实施例4
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其步骤如下：
1)进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及碳酸二甲酯物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，碳酸二甲酯物理溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使碳酸二甲酯物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力在1.80MPa，吸收温度为21℃，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在250Nm3/min；碳酸二甲酯物理溶剂流量在360L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2)进行CO2与碳酸二甲酯物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的碳酸二甲酯物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，采用闪蒸使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积占比在99.1％，即铁矿石烧结烟气中的CO299.1％的都被分离收集；碳酸二甲酯物理溶剂则在底部并间歇性回流至吸收装置参与吸收；
由于分离再生器中碳酸丙烯酯物理溶剂中吸收的CO2浓度达到饱和浓度在72.3％以上，故需对分离再生器中的碳酸二甲酯物理溶剂进行加热，当加热至聚碳酸二甲酯物理溶剂中CO2体积含量在0.095％时停止了加热。
本实施例所分离出并被收集的CO2，经与焦化氨水反应制成了碳酸氢铵化肥用于农业；其完全符合碳排放要求。
实施例5
一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其步骤如下：
1)进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力在2.0MPa，吸收温度为18℃，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在298Nm3/min；二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂流量在423L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2)进行CO2与二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，采用闪蒸使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积占比在99.3％，即铁矿石烧结烟气中的CO299.3％以上的都被分离收集二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂则在底部并间歇性回流至吸收装置参与吸收；
由于分离再生器中二乙二醇丁醚醋酸酯物理溶剂中吸收的CO2浓度未达到饱和浓度为63.2％，故无需对分离再生器中的碳酸丙烯酯物理溶剂进行加热。
本实施例所分离出并被收集的CO2，经与焦化氨水反应制成了碳酸氢铵化肥用于农业；其完全符合碳排放要求。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
Claims (3)
1.一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法， 其步骤如下：
1）进行物理吸收铁矿石烧结烟气中的CO2
将经脱硫脱硝后的铁矿石烧结烟气及物理溶剂同时输入吸收装置，且铁矿石烧结烟气自吸收装置下部输入，物理溶剂自吸收装置上部输入，两者形成对流，使物理溶剂将铁矿石烧结烟气CO2进行吸收，吸收压力控制在1.1~2.2MPa，吸收温度为常温，其间：控制铁矿石烧结烟气的流量在100~300 Nm3/min，物理溶剂流量在300~500L/min；在吸收过程产生的氧气及氮气排入大气；
2）进行CO2与物理溶剂的分离
将经吸收后的含有CO2的物理溶剂通过管道输入到分离再生器中，使CO2从分离再生器顶部得以收集以作它用，其CO2体积比占95%以上；物理溶剂则在底部并被回流至吸收装置参与吸收；
当分离再生器中物理溶剂中吸收的CO2达到饱和度或体积比含量在98.5%及以上时，对分离再生器中的物理溶剂进行加热直至物理溶剂中CO2体积比含量降到不超过0.1%及以下，后停止加热。
2.如权利要求1所述的一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其特征在于：所述物理溶剂为碳酸丙烯酯或聚乙二醇二甲醚或碳酸二甲酯或二乙二醇丁醚醋酸酯。
3.如权利要求1所述的一种基于铁矿石烧结烟气中CO2分离的方法，其特征在于：吸收压力控制在1.18~2.13MPa。
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