CN1356156A - 氨水吸收烟气中co2等酸性气体的方法 - Google Patents

Abstract

一种氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法。a将烟气除尘降温;b加压后送气柜;c碳化塔顶注酸性气体吸收剂溶液,抽冷却烟气,加压后由塔底送入,用气体分布器充分反应,控温;d碳化塔中固液比1∶1～3时,从底部放液,同时保持从顶部放烟气;e将固液混合物静止陈化;再降温使结晶略大,分离;f分离后固体为复合氮肥,液体为离心上清液;g给步骤d烟气加压,由底部进清洗塔,除CO₂、NH₃后排入大气;由清洗塔上部加清水,再从底排出;h将清洗塔排出液体与从离心机分离液体混合备用;i取回收液提高氨浓度,补充其它成分构成酸性气体吸收剂备用。它能减排烟气中CO₂等酸性气体。

Description

氨水吸收烟气中CO2等酸性气体的方法

本发明涉及一种环保节能型生产技术，具体地说是氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法。

温室气体-CO₂的排放和减排方法受到越来越多的人们关注，是现有技术中世界性热点问题。因为CO₂是一种产量最大的温室气体。其温室效应在极大程度上具有短期内改变地球气候的可能性，按现有的CO₂排放速率，在21世纪中叶全球大气中的CO₂浓度可能翻番(即是现在的两倍)，按照气候变化国际控制委员会(IPCC)的估计，这将导致地球变暖，气温升高1.5～4.5℃，造成全球平均海平面上升0.25～0.5m。矿物燃料燃烧是CO₂(温室气体)排放的主要来源。

我国是CO₂排放的大国。现在我国每年生产和消费的能源约占全球能源消费的10％，这意味着将排放出相当于全球CO₂排放量的10％。中国又是受气候变化影响最大的国家之一，因为中国的农业占国民经济的主要地位，农业是对气候变化最敏感的领域。专家预料：CO₂排放量的加倍将对水稻、小麦、棉花生产产生负面的影响。这是由于气温升高，土壤蒸发加剧、风暴更加频繁和严重的原因。造成农作物可能平均减产10％。此外，海平面的上升将使居住在临海平原的众多人民遭到风暴和海浪的袭击，有的不得不迁移他乡。

据估计，全世界每年因化石燃料燃烧而排放的CO₂约为60亿吨(按碳计)，其中火力发电厂排放的CO₂约为18亿吨。但按我国1999年火力发电量10047亿kWh和当年发电的标准煤耗369克/kWh计算，当年全国火电燃用3.707亿吨标煤。若煤中平均C含量为0.7，则1999年全国火电厂排放了2.595亿吨CO₂，占全世界火力发电厂排放CO₂的10％以上。

我国又是世界化肥生产量和使用量第一大国。每年生产化肥总量约2300万吨(折纯)，其中氮肥约1800万吨。我国的氮肥利用率平均仅为30％左右，比发达国家低10个百分点。所以提高氮肥利用率，减少施肥量和减少化肥对环境的污染是我国氮肥生产和使用的主攻方向。

以上可以看出，一方面，我国火力发电厂每年排放数亿吨CO₂，另一方面，化肥厂每年要用数千万吨的煤或焦炭为原料生产合成氨和近千万吨的副产品—碳酸氢铵。后者的生产工艺是用氨水吸收中间反应气体CO₂。

CO₂减排、转排和贮藏受到世界各国的重视各种减或转排的方法和策略正在广泛的研究和开发之中。较为先进的减排或转排CO₂的措施(方案)有：

(1)将烟气提纯，获得纯CO₂，通过加压(10MPa)，用管道输送然后注入深海海床下的岩层。如挪威的北海Sleiprer地区，将CO₂注入350米深海床下的几千米含水盐层储存下来；

(2)将烟气提纯，获得纯CO₂，加压液化。通过长距离管线(数百公里)打入即将枯竭的油田，增加石油产量。即强化采油Enhanced OilRecovery(EOR)技术。美国Dakota气化公司与加拿大Saskatchwen省的Weyburn油田已利用了这一技术。美国有74个EOR项目在进行中。我国盘锦的辽河油田，采用蒸汽和烟道气(含12％的CO₂)联合注入油井，达到增加油层渗透性，降低原油粘度，增强油层的驱动力，提高了采收率。

(3)将烟气提纯，得到纯CO₂，通过管道输入地下煤气田，增加煤层(甲烷)气产量。即Enhanced Coal Bed Methane(ECBM)技术。加拿大的阿尔伯特省Fenn-Big盆地煤矿已完成中间实验，注入矿层的是CO₂气以及CO₂和N₂混合气；

(4)最近在美国能源部化石燃料办公室工作的专家提出用氨水喷淋烟气的建议方案，获得碳酸氢铵氮肥--NH₄HCO₃的方法。认为这种化肥在湿润土壤中分解成NH₄ ⁺和HCO₃ ^-；前者是氮肥，被植物吸收后，有利于枝叶生长，增加光合作用吸收CO₂。后者能与土壤中含有的碱土金属氧化物、氢氧化物化合(认为这种氧化物占土壤的4％)，生成CaCO₃或MgCO₃，达到永久地贮存CO₂的目的。

上述提到的四种方法，其前三种方式费用高，而且从宏观角度上衡量，并没有从根本上减少CO₂的排放，只是延迟其进入大气的时间而已。第四种方法即“氨水喷淋烟气”方案，应属于一种纯化学范畴。其第一步骤“氨水喷淋烟气生成碳酸氢铵”在理论上是可行的，而且，此种减排方式还可实现脱碳、脱硫和脱NO_x一次完成。但后一步骤“HCO₃ ^-与土壤中含有的碱土金属氧化物、氢氧化物化合”的设想在实际应用时，很难实施。因为我们很难找到此种碱性很高的土壤。而从植物营养角度来看，CO₂是“气肥”，为植物生长所必需。土壤中的CO₂虽不能直接被植物根吸收，但能促进植物根系生长。当CO₂从土壤向大气中扩散时(土壤中CO₂浓度通常是大气中的10倍)，就被叶片截流。通过植物的光合作用，吸收转化成有机质，从而减缓其直接进入大气。将碳酸氢铵作为肥料的减排路线所存在的缺点是肥效期短(3～15天)，这意味着在很短的时间内随着氨气的挥发而损失掉。CO₂也将快速进入大气，削弱转排效率。

本发明的目的是提供一种氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法，它不仅减排CO₂等酸性气体、效率高，又能节约原料煤，还能获得优质化肥以促进农作物生长。

本发明的技术方案是按下例步骤操作：

1.燃烧所产生的烟气在除尘以后，降温；

2.降温后的烟气加压后送入气柜或气罐；

3.在碳化塔顶部注入来自酸性气体吸收剂贮槽中酸性气体吸收剂溶液，并维持液位高度1～15米；再将冷却烟气由气柜或气罐中抽出，经空压机加压至1～12个绝对大气压后，由碳化塔底部送入，采用气体分布器，使气体呈细泡状，均匀通过吸收剂液层，充分反应，其中根据烟气变化量控制操作温度在15℃～65℃；

4.当碳化塔中固液比达到1∶1～3时，从其底部放液至稠厚器，(当塔中固液比高于所述比例时，不排放吸收剂液体)同时始终保持从塔顶部放烟气；

5.将固液混合物在稠厚器中缓慢搅拌，进行静止陈化，并再次降温使其结晶略微颗粒长大后，送入离心机进行离心分离；

6.分离后的固体产品为复合氮肥，包装、储存；分离后的液体注入回收液贮槽，备用；

7.按步骤4从碳化塔顶部放出的烟气加压由底部进入清洗塔，同时由清洗塔上部注入清水，气相与液相在塔内形成对流进行反应，除掉CO₂、NH₃后，气体由清洗塔顶部放空口排入大气，液体从清洗塔底部排出；

8.将清洗塔排出液体即稀氨水注入回收液贮槽，与从离心机分离的液体混合备用；

9.抽取回收液进入高位吸氨器，用以提高氨的浓度，并补充氨稳定剂和表面活性剂构成所需酸性气体吸收剂；

10.将酸性气体吸收剂送入酸性气体吸收剂贮槽备用。

在上述方法中，用的酸性气体吸收剂按重量比计，由10～30g氨，2～8g氨稳定剂，0.5～0.35g表面活性剂组成，余量为水；所述氨稳定剂为双氰胺C₂H₄N₄，即DCD；所述表面活性剂为十五烷基磺酰氯或十二烷基苯磺酸钠。

本发明具有如下优点：

1.使用本发明经氨水吸收的烟气，排出时无毒无害，无污染。经测试：本发明是一种以减排CO₂、SO_x、NO_x等酸性气体和温室气体为目标，突出了社会环保效益。

2.本发明用氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法，能同时生产出优质氮肥。这种氮肥是一种以碳酸氢铵为主的包括硫酸铵(视煤中硫含量而异)和硝酸铵的氮肥混合结晶，其中所含氨稳定剂除了能延长肥效期、提高氮素利用率、增加作物产量外，还能吸附游离氨、降低土壤pH值0.3～0.5、进一步减缓CO₂进入大气进程(与施用普通碳酸氢相比)，从而达到提高CO₂固定率的目的。

3.生产成本低。本发明在吸收烟气中CO₂等酸性气体同时，能利用液相循环回收的氨水提高氨的浓度，制作酸性气体吸收剂，大大节省了能源。

4.就应用范围而言，本发明特别适用于高温、低压、CO₂含量低、气体流量大的电厂环境。

图1为本发明氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法的应用流程图。

下面结合附图和实施列对本发明作进一步详细说明。

实施例

实施本发明操作步骤如下：

1.燃烧所产生的烟气在除尘以后，首先经冷却装置降温，根据电厂烟气量的多少和温度高低，采用波纹管换热器或冷排换热器降温；

2.降温后的烟气经鼓风机加压，送入气柜，所述气框一方面，做为系统缓冲装置；另一方面，进一步减少烟气中固体悬浮物含量，亦可选用气罐等盛气容器；

3.冷却烟气由气柜中抽出，经空压机加压至1～12个绝对大气压后(本实施例为5个绝对大气压)，使之由负压变为正压，由碳化塔底部送入，碳化塔中液位高度根据气量多少和CO₂浓度高低，保持在1～15米间(本实施例为5米)；同时烟气在进入塔底时，采用蜈蚣管式气体分布器，使气体呈细泡状均匀通过吸收剂液层，充分反应；在进气前，从贮槽中抽取酸性气体吸收剂溶液，由塔上部注入碳化塔，并维持液位高度5米，其中根据烟气变化量控制操作温度在45℃；

4.操作工定期在碳化塔塔壁视窗观测和塔底取样分析，当碳化塔塔中固液比达到1∶2时，开始放液至稠厚器；

5.将固液混合物在稠厚器中缓慢搅拌，进行静止陈化，并再次降温使其结晶略微颗粒长大，约5～10分钟后，送入卧式离心机，进行离心分离(如溶液温度较低，则可免除降温过程)；

6.分离后的固体产品为复合氮肥，经化验合格后，包装、储存；分离后的液体为离心上清液，注入回收液贮槽，备用；

7.所述步骤4中从碳化塔顶部放出的烟气，再次经鼓风机加压，由底部进入清洗塔，气相与液相在塔内形成对流进行反应，除掉少量的CO₂和大量的NH₃后，在清洗塔顶放空口排入大气，此时烟气无毒无害；同时加清水由清洗塔上部注入，再从塔底排出，清洗塔采用泡罩式塔板结构，可以在不影响回收率前提下最大限度减少空压机风阻、能耗和清水用量；

8.将清洗塔排出液体即稀氨水，注入回收液贮槽，与从离心机分离的液体混合备用；

9.抽取回收液进入高位吸氨器，使回收液中氨浓度提高，并补充2％的氨稳定剂双氰胺(DCD)和0.5％的表面活性剂十五烷基磺酰氯，此过程NH₃的溶解，是放热过程，需要利用冷排降温；

10.当达到酸性气体吸收剂的各项指标后，送入酸性气体吸收剂贮槽备用。

所述酸性气体吸收剂，按重量比计，由30g氨，8g氨稳定剂双氰胺C₂H₄N₄及0.35g表面活性剂十五烷基磺酰氯组成，61.65g水。

如图1所示，其中虚线箭头“……→”走向为本发明气相，实线箭头“——→”走向为液相，断线箭头“------→”走向为固相，在生产中，液相氨和水是一个不断消耗的过程，所以要不断补充清水和氨气，从碳化塔底部固液混合物经离心分离生产出优质氮肥，液体稀氨水还可回收、备用，从碳化塔顶部放出的烟气，利用氨极易溶于水的特性，加水，经清洗回收氨气后放空烟气，本发明利用回收的稀氨水加离心上清液再用氨稳定剂和表面活性剂调和补充氨气，提高混合液浓度又制成酸性气体吸收剂，形成良性循环。

Claims (4)

1.一种氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法，其特征在于：操作步骤如下：

a.将燃烧所产生的烟气除尘，降温；

b.降温后的烟气加压后送入气柜或气罐；

c.在碳化塔顶部注入酸性气体吸收剂溶液，并保持液面高度1～1.5米，再将冷却烟气由气柜或气罐抽出，经空压机加压至1～12个绝对大气压后由碳化塔底部送入，采用气体分布器，使气体呈细泡状，均匀通过吸收剂液层，充分反应，其中根据烟气变化量控制操作温度在15℃～65℃；

d.当碳化塔中固液比达到1∶1～3时，从其底部放液体至稠厚器(当塔中固液比高于所述比例时，排放吸收剂液体)，同时，始终保持从其顶部放烟气；

e.将固液混合物在稠厚器中缓慢搅拌，进行静止陈化；再次降温使其结晶略微颗粒长大后，送入离心机进行离心分离；

f.分离后的固体产品复合氮肥经化验合格后包装、储存；分离后的液体为离心上清液，注入回收液贮槽，备用；

g.按步骤d从碳化塔顶部放出的烟气加压由底部进入清洗塔，同时由清洗塔上部注入清水，气相与液相在塔内形成对流进行反应，除掉CO₂、NH₃后，气体由清洗塔顶部放空口排入大气，液体从清洗塔底部排出；

h.将清洗塔排出液体即稀氨水，注入回收液贮槽，与从离心机分离的液体混合备用；

i.抽取回收液贮槽中回收液进入高位吸氨器，用以提高氨的浓度，并补充氨稳定剂和表面活性剂构成所需酸性气体吸收剂，送入酸性气体吸收剂贮槽备用。

2.按照权利要求1所述氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法，其特征在于：所述酸性气体吸收剂，按重量比计，由10～30g氨，2～8g氨稳定剂，0.5～0.35g表面活性剂组成，余量为水。

3.按照权利要求2所述氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法，其特征在于：所述氨稳定剂为双氰胺C₂H₄N₄，即DCD。

4.按照权利要求2所述氨水吸收烟气中CO₂等酸性气体的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十五烷基磺酰氯或十二烷基苯磺酸钠。

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