CN117839407A - 一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统及方法，属于烟气预处理技术领域。本发明公开的系统在CO2捕集前，利用亚硫酸盐和硫代硫酸盐选择性去除NOx，其中的Na2SO3可以吸收烟气中的NO2；通过加入Na2S2O3可以保持NO2去除效率和稳定运行；而整个过程中在脱SOX前去除NOX，更利于亚硫酸钠和硫代硫酸钠去除NOX；随后利用碱液或碱液混合其碳酸盐选择性去除SOX，可以增加去除SOX的选择性，减少CO2在烟气预处理中的消耗，最后利用预洗塔的喷淋水洗降低烟气温度，发明公开的系统在碳捕集领域中首次引入通过亚硫酸钠盐、硫代硫酸盐降低烟气低浓度NOX10‑100ppm，同时减少烟气其他杂质。
Description
技术领域
本发明属于烟气预处理技术领域，具体涉及一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统及方法。
背景技术
化石能源电厂烟气在传统脱硫脱硝后，仍然含有5-50ppm SOX和10-100ppm NOX，SOX和有机胺反应生成HSS热稳定盐，SO3增加汽溶胶的生成造成有机胺逃逸影响环境/溶剂损失，NOX氧化降解有机胺(1molNO2反应1-5mol胺)；目前传统碳捕集工艺，未能有效脱出NOX，NOX造成有机胺损耗增大，有效成分减少，碳捕集性能下降；另外，NOX与有机胺生产氧化降解产物毒性和腐蚀性增大，增大环保和设备维护压力。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统及方法，用于解决现有的碳捕集工艺未能有效脱除NOX，NOX与有机胺生产氧化降解产物毒性和腐蚀性增大且不能协同降低SOX等技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，包括脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统；所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统依次连接；所述脱除NOX系统的入口与烟气源连接；所述降温系统的出口与烟气去碳捕集系统；
所述脱除NOX系统采用亚硫酸盐作为反应原料与烟气作用，进行烟气中NOX的去除；所述脱除SOX系统采用碱液或碱液混合其碳酸盐作为反应原料与烟气作用，进行烟气中SOX的去除。
进一步地，所述亚硫酸盐为Na2SO3或K2SO3；所述硫代硫酸盐为Na2S2O3或K2S2O3；所述碱液或碱液混合其碳酸盐为NaOH或者混合NaOH/Na2CO3、KOH或者混合KOH/K2CO3；
所述脱除NOX系统为一级预洗塔；所述脱除SOX系统和降温系统包括二级预洗塔，所述二级预洗塔内从下至上依次设置脱除SOX单元和降温单元；
所述烟气源与一级预洗塔的入口连接；所述一级预洗塔的出口与二级预洗塔的入口连接；所述二级预洗塔的出口与烟气去碳捕集系统；
所述第一级预洗塔的底部连接有第一泵；所述第一泵连接有废水处理系统；所述第一级预洗塔的顶部连接有第一换热器；所述第一换热器连接有补液系统。
进一步地，所述二级预洗塔内的脱除SOX单元放置有NaOH或者NaOH/Na2CO3溶液循环单元；所述二级预洗塔的底部连接有第二泵；所述第二泵连接有废水处理系统；所述脱除SOX单元的顶部连接有第二换热器，所述第二换热器连接有补液系统；
所述二级预洗塔上部的降温单元的底部连接有第三泵；所述第三泵连接有废水处理系统；所述降温单元的顶部连接有第三换热器，所述第三换热器连接有补液系统。
进一步地，所述脱除SOX系统和降温系统包括依次连接的二级预洗塔和三级预洗塔；所述二级预洗塔内设置脱除SOX单元；所述三级预洗塔内设置降温单元。
进一步地，所述亚硫酸盐为Na2SO3或K2SO3；所述硫代硫酸盐为Na2S2O3或K2S2O3；所述碱液或碱液混合其碳酸盐为NaOH或者混合NaOH/Na2CO3、KOH或者混合KOH/K2CO3。
所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统通过在预洗涤塔中从下到上依次设置的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环组成。
进一步地，所述Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环的底部分别设置有水泵；所述水泵连接有废水处理系统；
所述Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环的顶部分别设置有换热器；所述换热器连接有补液系统。
进一步地，所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统共同设置在预洗塔内，引用Na2SO3、Na2S2O3、NaOH或者NaOH/Na2CO3同时去除烟气中的NOX、SOX成分。
本发明还公开了上述系统的使用方法，包括以下步骤：
烟气源处的烟气从脱除NOX系统的入口进入脱除NOX系统，利用Na2SO3和Na2S2O3选择性去除烟气中的NOX；随后烟气进入脱除SOX系统，利用NaOH或者NaOH/Na2CO3选择性去除烟气中的SOX；随后烟气进入降温系统，处理后进入二氧化碳捕集系统。
进一步地，所述脱除SOX系统和降温系统包括二级预洗塔；所述二级预洗塔内从下至上依次设置脱除SOX单元和降温单元；
所述烟气源与一级预洗塔的入口连接；所述一级预洗塔的出口与二级预洗塔的入口连接；所述二级预洗塔的出口与烟气去碳捕集系统；
包括以下步骤：
烟气源处的烟气进入一级预洗塔中，利用Na2SO3和Na2S2O3选择性去除烟气中的NOX；随后烟气进入二级预洗塔中，通过下部的脱除SOX单元中的NaOH选择性去除烟气中的SOX；随后烟气进入上部的降温单元，处理后进入二氧化碳捕集系统。
本发明还公开了上述系统的另一种使用方法，所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统通过在预洗涤塔中从下到上依次设置的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷却水循环组成；
包括以下步骤：
烟气源处的烟气进入预洗涤塔下部的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环，利用Na2SO3和Na2S2O3选择性去除烟气中的NOX；随后烟气进入中间的NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环，利用NaOH选择性去除烟气中的SOX随后烟气进入上部的冷却水循环，处理后进入二氧化碳捕集系统。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，通过设置脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统，使得在CO2捕集前，利用亚硫酸钠Na2SO3、硫代硫酸钠Na2S2O3选择性去除NOx，其中的Na2SO3可以与NO2发生化学反应，吸收烟气中的NO2；而由于SO3 2-易与烟气中氧气发生，通过加入Na2S2O3可以有限降低50-90％ SO3 2-氧化速率，保持NO2去除效率和稳定运行；而整个过程中在脱SOX前去除NOX，因为SO2溶于水生产SO3 2-离子，更利于亚硫酸钠Na2SO3，硫代硫酸钠Na2S2O3去除NOX；去除NOX后，NaOH或者NaOH+Na2CO3选择性去除SOX，Na2CO3可以增加去除SOX的选择性，能协同降低SOX，减少CO2在烟气预处理中的消耗，最后利用预洗塔降低烟气温度，发明公开的系统在碳捕集领域中首次引入通过Na2SO3、Na2S2O3降低烟气低浓度NOX10-100 ppm，减少碳捕集吸收剂降解速率，提高长周期运行稳定性，整个方法有效脱除NOX，操作简单，使用原料价格低廉，具有广阔的应用前景。
进一步地，本发明公开的系统之一在碳捕集装置原有预洗涤塔前增加一级预洗涤塔，通过Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环，选择性脱除NOX，然后进入原有传统预洗塔。本发明公开的系统之一在新碳捕集装置，预洗塔内设置3级循环，底部通过Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环，选择性脱除NOX，中部通过NaOH或者NaOH+Na2CO3溶剂循环，选择性脱除SOX，最后一级通过循环水降低烟气温度，设备制备成本低、无污染、易于产业化生产。
附图说明
图1为本发明火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统方案一的结构示意图；
图2为本发明火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统方案二的结构示意图；
图3为本发明火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统方案三的结构示意图；
图4为不同溶剂对SO2、NO2、NO、全部NOx脱除效率比较；
其中：1-一级预洗塔；2-二级预洗塔；3-第一换热器；4-第一泵；5-第二泵；6-第二换热器；7-第三泵；8-第三换热器；9-预洗涤塔；10-预洗塔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
本发明公开了一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，包括脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统；所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统依次连接；所述脱除NOX系统的入口与烟气源连接；所述降温系统的出口与烟气去碳捕集系统；其中的脱除NOX系统采用Na2SO3和Na2S2O3作为反应原料与烟气作用，进行烟气中NOX的去除；所述脱除SOX系统采用NaOH或者NaOH+Na2CO3作为反应原料与烟气作用，进行烟气中SOX的去除。
反应原理依次如下化学式所示：
实施例2
如图1所示，本发明公开的火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统的方案1为：
所述脱除NOX系统为一级预洗塔1；所述脱除SOX系统和降温系统包括二级预洗塔2；所述二级预洗塔2内从下至上依次设置脱除SOX单元和降温单元；
二级预洗塔2内的脱除SOX单元放置有NaOH或者NaOH/Na2CO3溶液循环单元；所述二级预洗塔2的底部连接有第二泵5；所述第二泵5连接有废水处理系统；所述脱除SOX单元的顶部连接有第二换热器6，所述第二换热器6连接有补液系统(也可先补液)；二级预洗塔2上部的降温单元的底部连接有第三泵7；所述第三泵7连接有废水处理系统；所述降温单元的顶部连接有第三换热器8，所述第三换热器8连接有补液系统；
所述烟气源与一级预洗塔1的入口连接；所述一级预洗塔1的出口与二级预洗塔2的入口连接；所述二级预洗塔2的出口与烟气去碳捕集系统；整个使用过程，在碳捕集装置原有预洗涤塔前增加一级预洗塔1，通过Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环，选择性脱除NOX，然后进入二级预洗塔2(原有传统预洗塔)。
实施例3
本发明系统还可以将脱除SOX系统和降温系统设置为依次连接的二级预洗塔2和三级预洗塔；其中二级预洗塔2内设置脱除SOX单元；所述三级预洗塔内设置降温单元。
实施例3
如图2所示，本发明公开的火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统的方案2为：脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统通过在预洗涤塔9中从下到上依次设置的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环组成；Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环的底部分别设置有水泵；所述水泵连接有废水处理系统；
所述Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环的顶部分别设置有换热器；所述换热器前面或者后面连接有补液系统。如果过来的烟气温度低，例如<70℃，Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环也可以不需要换热器来冷却。只依最后一节冷却水循环冷却；
整个使用过程，在新碳捕集装置，预洗涤塔9内设置3级循环，底部通过Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环，选择性脱除NOX，中部通过NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环，选择性脱除SOX，最后一级通过循环水降低烟气温度。
如图3所示，本发明采用的系统还能够实现NOX、SOX分部依次处理亦可以改为一步法处理，所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统共同设置在预洗塔10内，引用Na2SO3、Na2S2O3、NaOH或者NaOH/Na2CO3同时去除烟气中的NOX、SOX成分。
本发明公开的系统在碳捕集领域中首次引入通过Na2SO3、Na2S2O3降低烟气低浓度NOX20-100 ppm，减少碳捕集吸收剂降解速率，提高长周期运行稳定性；选择性通过Na2SO3、Na2S2O3去除NOX，废水中主要成分为含有Na2S2O3、Na2SO4、Na2S2O3，微量NO2 -，减少废水处理流程(可加入废水处理流程)；另外，燃煤燃气中含有SO2，溶于水后生产SO3 2-离子，促进NOX去除效率；烟气脱出NOX后，SOX含量仍然很高时可通过NaOH选择性去除SOX；洗涤塔进口烟气温度约50-100℃，通过多级循环洗涤，脱NOX，脱SOX，最后进入洗涤塔后通过冷却至约20-50℃。
如图4所示，为不同溶剂对SO2、NO2、NO、全部NOx脱除效率比较，可以看出，本发明利用Na2SO3、Na2S2O3、NaOH或者NaOH+Na2CO3选择性去除NOx和SOX具有优异的效果。
本发明中采用Na2SO3、Na2S2O3、NaOH或者NaOH+Na2CO3选择性去除NOx和SOX的作用，采用K2SO3、K2S2O3，KOH或者KOH+K2CO3也能实现。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，包括脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统；所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统依次连接；所述脱除NOX系统的入口与烟气源连接；所述降温系统的出口与烟气去碳捕集系统；
所述脱除NOX系统采用亚硫酸盐和硫代硫酸盐作为反应原料与烟气作用，进行烟气中NOX的去除；所述脱除SOX系统采用碱液或碱液混合其碳酸盐作为反应原料与烟气作用，进行烟气中SOX的去除。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，所述亚硫酸盐为Na2SO3或K2SO3；所述硫代硫酸盐为Na2S2O3或K2S2O3；所述碱液或碱液混合其碳酸盐为NaOH或者混合NaOH/Na2CO3、KOH或者混合KOH/K2CO3；
所述脱除NOX系统为一级预洗塔(1)；所述脱除SOX系统和降温系统包括二级预洗塔(2)，所述二级预洗塔(2)内从下至上依次设置脱除SOX单元和降温单元；
所述烟气源与一级预洗塔(1)的入口连接；所述一级预洗塔(1)的出口与二级预洗塔(2)的入口连接；所述二级预洗塔(2)的出口与烟气去碳捕集系统；
所述第一级预洗塔(1)的底部连接有第一泵(4)；所述第一泵(4)连接有废水处理系统；所述第一级预洗塔(1)的顶部连接有第一换热器(3)；所述第一换热器(3)连接有补液系统。
3.根据权利要求2所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，所述二级预洗塔(2)内的脱除SOX单元放置有NaOH或者NaOH/Na2CO3溶液循环单元；所述二级预洗塔(2)的底部连接有第二泵(5)；所述第二泵(5)连接有废水处理系统；所述脱除SOX单元的顶部连接有第二换热器(6)，所述第二换热器(6)连接有补液系统；
所述二级预洗塔(2)上部的降温单元的底部连接有第三泵(7)；所述第三泵(7)连接有废水处理系统；所述降温单元的顶部连接有第三换热器(8)，所述第三换热器(8)连接有补液系统。
4.根据权利要求2所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，所述脱除SOX系统和降温系统包括依次连接的二级预洗塔(2)和三级预洗塔；所述二级预洗塔(2)内设置脱除SOX单元；所述三级预洗塔内设置降温单元。
5.根据权利要求1所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，所述亚硫酸盐为Na2SO3或K2SO3；所述硫代硫酸盐为Na2S2O3或K2S2O3；所述碱液或碱液混合其碳酸盐为NaOH或者混合NaOH/Na2CO3、KOH或者混合KOH/K2CO3；
所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统通过在预洗涤塔(9)中从下到上依次设置的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环组成。
6.根据权利要求5所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，所述Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环的底部分别设置有水泵；所述水泵连接有废水处理系统；
所述Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷取水循环的顶部分别设置有换热器；所述换热器连接有补液系统。
7.根据权利要求1所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统，其特征在于，所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统共同设置在预洗塔(10)内，引用Na2SO3、Na2S2O3、NaOH或者NaOH/Na2CO3同时去除烟气中的NOX、SOX成分。
8.权利要求1所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
烟气源处的烟气从脱除NOX系统的入口进入脱除NOX系统，利用亚硫酸盐选择性去除烟气中的NOX；随后烟气进入脱除SOX系统，利用碱液或碱液混合其碳酸盐选择性去除烟气中的SOX；随后烟气进入降温系统，处理后进入二氧化碳捕集系统。
9.权利要求8所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统的方法，其特征在于，所述脱除NOX系统为一级预洗塔(1)；所述脱除SOX系统和降温系统包括二级预洗塔(2)；所述二级预洗塔(2)内从下至上依次设置脱除SOX单元和降温单元；
所述烟气源与一级预洗塔(1)的入口连接；所述一级预洗塔(1)的出口与二级预洗塔(2)的入口连接；所述二级预洗塔(2)的出口与烟气去碳捕集系统；
包括以下步骤：
烟气源处的烟气进入一级预洗塔(1)中，利用Na2SO3和Na2S2O3选择性去除烟气中的NOX；随后烟气进入二级预洗塔(2)中，通过下部的脱除SOX单元中的NaOH选择性去除烟气中的SOX；随后烟气进入上部的降温单元，处理后进入二氧化碳捕集系统。
10.权利要求8所述的一种火电厂二氧化碳捕集系统的烟气预处理系统的方法，其特征在于，所述脱除NOX系统、脱除SOX系统和降温系统通过在预洗涤塔(9)中从下到上依次设置的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环、NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环和冷却水循环组成；
包括以下步骤：
烟气源处的烟气进入预洗涤塔(9)下部的Na2SO3，Na2S2O3溶剂循环，利用Na2SO3和Na2S2O3选择性去除烟气中的NOX；随后烟气进入中间的NaOH或者NaOH/Na2CO3溶剂循环，利用NaOH选择性去除烟气中的SOX随后烟气进入上部的冷却水循环，处理后进入二氧化碳捕集系统。
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