CN201333374Y - 氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备 - Google Patents

Abstract

一种氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，包括吸收塔、再生塔、水洗塔等。吸收塔为空塔结构，其内设有多孔板、一、二级氨水喷淋装置和除雾装置，其浆液沉淀池的侧面出口通过再循环泵与一级氨水喷淋装置相连，其浆液沉淀池的底部出口通过富液泵与再生塔的上部进口相连，再生塔的上部气体进口与水洗塔的下部进口相连，水洗塔的上部气体出口与气液分离器的进口相连，再生塔和水洗塔的下部液体出口同时与储氨罐的输入口相连，储氨罐的输出口通过贫液泵等与二级氨水喷淋装置相连，气液分离器的气体出口依次与干燥器、压缩机、冷凝器和液态二氧化碳储存槽串连。其结构紧凑、投资及运行成本低廉，能够将烟气中的二氧化碳提取成工业级的液态产品。

Description

氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备

技术领域

本实用新型涉及对燃煤电站锅炉尾部烟气的净化处理技术，具体地指一种氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备。

背景技术

大气温室效应是人类面临的最主要环境问题之一。二氧化碳是主要的温室气体，火电厂是二氧化碳的集中排放源，其二氧化碳排放量约占人类活动引起的二氧化碳总排放量的30％。一个600MW的火电厂每小时排放的二氧化碳量可达500吨。因此，为了减少大气中的二氧化碳含量，首要的是减少电站锅炉尾部烟气向大气排放二氧化碳。从另一方面讲，二氧化碳作为一种化工原料具有广泛的用途，可用于食品保鲜、膨化烟丝、生产甲醇、尿素、可降解塑料等，尤其是石油行业利用二氧化碳驱油技术可以大大提高采油率，而现阶段随电站锅炉尾部烟气排放的二氧化碳大都白白浪费掉了。

传统的二氧化碳治理或提取方法有多种，大致可以分为物理方法和化学方法两大类。工业应用较多采用化学方法，化学方法主要指化学吸收法，其原理是使二氧化碳气体与化学溶剂发生反应而被吸收，吸收二氧化碳达到平衡的化学溶剂变成富液，富液进入再生塔加热分解出二氧化碳气体，从而达到分离回收二氧化碳的目的。较常见的化学溶剂是乙醇胺类的水溶液，采用醇胺溶液在吸收塔和再生塔中循环运行，可以得到高浓度的二氧化碳。但是，醇胺是一种价格昂贵的化工产品，在系统循环中有一定的损耗率；并且，醇胺与二氧化碳的反应速率较低，需要的反应时间较长，吸收塔的设计高度较高。另外，吸收塔通常采用填料塔，烟气中的杂质成分、吸收剂与二氧化碳反应生成物的结晶颗粒等都容易造成填料层堵塞，导致吸收塔无法正常工作。同时，填料层结构复杂，设备运行和检修比较困难。以上原因均造成采用醇胺溶液回收二氧化碳的成本很高。

电站锅炉尾部烟气的特殊性在于其二氧化碳含量偏低、烟气流量巨大。经检测各种类型的电站锅炉尾部烟气，其CO₂浓度约为10～15％。以一个600MW的发电厂为例，其锅炉尾部烟气排放量约2000000Nm³/h。采用上述醇胺溶液脱除二氧化碳时，会造成吸收塔体积庞大，施工、运行和设备检修困难，很难达到有效脱除烟气中二氧化碳并将其回收利用的目的。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备。该设备各部分装置连接简单紧凑，投资及运行成本低廉，能够适应电站锅炉尾部烟气流量巨大、二氧化碳浓度低的特点，有效提高二氧化碳脱除率。

为实现上述目的，本实用新型所设计的氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，包括通过管道相连的吸收塔、再生塔、水洗塔、气液分离器、干燥器、压缩机和冷凝器。所述吸收塔为无填料层的空塔结构，其下部烟气进口和顶部烟气出口之间自下而上依次设置有多孔板、一级氨水喷淋装置、二级氨水喷淋装置和除雾装置，其底部设置有浆液沉淀池。所述浆液沉淀池的侧面出口通过再循环泵与一级氨水喷淋装置相连，所述浆液沉淀池的底部出口通过富液泵与再生塔的上部进口相连，所述再生塔的上部气体进口通过第一冷却器与水洗塔的下部进口相连，所述水洗塔的上部气体出口通过第二冷却器与气液分离器的进口相连。所述再生塔和水洗塔的下部液体出口同时与储氨罐的输入口相连，所述储氨罐的输出口通过贫液泵和第三冷却器与二级氨水喷淋装置相连。所述气液分离器的气体出口依次与干燥器、压缩机、冷凝器和液态二氧化碳储存槽串连连接。由此，在脱除烟气中二氧化碳的同时，通过上述组合为一体的设备对其进行再生、脱水、干燥、压缩和冷凝等连续处理，直至获得高浓度工业级的液态二氧化碳。

进一步地，所述一级氨水喷淋装置和二级氨水喷淋装置的下方对应设置有横截面呈三角形的一级气流引导环和二级气流引导环，所述一级气流引导环和二级气流引导环安装固定在吸收塔的内壁上。这样，两级氨水喷淋装置、两级气流引导环和多孔板对塔中烟气具有协同作用的效果：一方面烟气向上通过多孔板后，气流分布更加均匀，有利于与氨水溶液充分接触；另一方面烟气在两级气流引导环的引导下向塔中心流动，可对沿塔壁流动的氨水浆液进行再分布，增大气液两相流的湍流强度和气液有效接触面积；同时氨水溶液在两级喷淋装置的喷射作用下，氨水雾滴分布更加均匀，使烟气中的二氧化碳与其具有最大的接触面积，能够充分发生化学反应而被吸收。

进一步地，在上述富液泵和贫液泵的输送管路上还设置有贫富液换热器，所述浆液沉淀池的底部出口通过富液泵、贫富液换热器与再生塔的上部进口相连，所述储氨罐的输出口通过贫富液换热器、贫液泵和第三冷却器与二级氨水喷淋装置相连。这样，可以充分利用从再生塔和水洗塔所得氨水贫液的余热，给进入再生塔的富液预热，同时将贫液冷却，实现热交换的良性循环，节省热能资源。

进一步地，所述气液分离器的凝结液出口与水洗塔上的工艺水进口相连。这样，可以将分离出来的凝结液重新返回到水洗塔中进行循环，减少工艺用水量，降低生产成本。

与传统醇胺溶液脱除烟气中的二氧化碳设备相比，本实用新型具有以下突出效果：

其一，吸收塔采用无填料层的空塔结构，塔内设置两级氨水喷淋装置、两级气流引导环、以及一层多孔板。烟气通过多孔板后，气流分布更加均匀，同时在气流引导环的作用下，有效消除了因烟气贴壁流动而造成的短路现象，且氨水溶液在两级氨水喷淋装置的循环喷射作用下，氨水雾滴分布更加均匀，从而可有效增大烟气中二氧化碳与氨水溶液的接触面积，使两者发生更加充分的反应，进而提高二氧化碳的脱除率。

其二，通过各种泵和管道将吸收塔、再生塔、水洗塔、冷却器、气液分离器、干燥器、压缩机和冷凝器等设备有机地组合成一个完整的工艺体系，既简化了设备构成、简化了工艺流程，又大幅降低了设备的投资、运行和维护费用。

其三，采用氨水溶液作为吸收剂，氨水溶液的吸收能力为一乙醇胺MEA的2～3倍，价格仅仅是MEA的1/6，而且氨水与二氧化碳反应生成碳酸氢铵的再生能耗低。因此，利用氨水溶液可以有效捕集烟气中二氧化碳，使二氧化碳脱除效率达到90％以上，显著降低二氧化碳捕集成本，特别适合于处理二氧化碳浓度低、烟气流量大的燃煤电站锅炉尾部烟气。

其四，利用电站锅炉尾部烟气变废为宝，在有效减少二氧化碳温室气体排放的同时获得工业级液态二氧化碳，既有利于大气环境污染的综合治理，又有利于循环经济的良性发展，可实现电站锅炉尾部烟气的无害化和资源化利用，特别符合我国以燃煤发电为主的国情。

附图说明

附图为一种氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

图中所示的氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，主要由通过管道相连的吸收塔1、再生塔12、水洗塔15、气液分离器20、干燥器19、压缩机18和冷凝器17等组成。吸收塔1为无填料层的空塔结构，其下部烟气进口7和顶部烟气出口26之间自下而上依次设置有多孔板6、一级氨水喷淋装置4、二级氨水喷淋装置2和除雾装置25，其底部设置有浆液沉淀池8。

多孔板6的圆形孔面积与板面积之比率为30～40％，可消除烟气死角，使烟气在吸收塔1内分布均匀。一级氨水喷淋装置4和二级氨水喷淋装置2的下方对应设置有一级气流引导环5和二级气流引导环3。一级气流引导环5和二级气流引导环3的横截面呈三角形，由上、下两块倾斜布置的钢板与吸收塔1的内壁合围而成，安装固定在与其对应的氨水喷淋装置下方0.6～1.0m处。其可以采用一般钢材外加防腐涂层制成，也可以采用耐受氨水浆液冲刷及腐蚀的其它材料制成。其三角形横截面的设计可以尽量减少环体对塔内烟气的阻力，并对塔内烟气具备一定的导流控制功能。两级气流引导环和两级氨水喷淋装置协同作用，可以确保氨水溶液与烟气中的二氧化碳充分接触，达到理想的脱碳效率和良好的节能效果。除雾装置25可选用组合除雾装置，由上、下层除雾滤网和位于上、下层除雾滤网之间的清洗喷淋机构构成，以完全清除烟气中的吸收剂液滴。

浆液沉淀池8的侧面出口通过再循环泵9与一级氨水喷淋装置4相连。浆液沉淀池8的底部出口通过富液泵10、贫富液换热器11的吸热管与再生塔12的上部进口相连。再生塔12的上部气体进口通过第一冷却器22与水洗塔15的下部进口相连，水洗塔15的上部气体出口通过第二冷却器21与气液分离器20的进口相连。

与再生塔12配套的煮沸器13设置在塔底部外侧。再生塔12和水洗塔15的下部液体出口同时与储氨罐14的输入口相连，储氨罐14的输出口通过贫富液换热器11的放热管、贫液泵23和第三冷却器24与二级氨水喷淋装置2相连。气液分离器20的凝结液出口与水洗塔15上的工艺水进口相连，气液分离器20的气体出口依次与干燥器19、压缩机18、冷凝器17和液态二氧化碳储存槽16串连连接。

本实用新型氨法捕集电站烟气中二氧化碳的设备的工作原理如下：

电站锅炉尾部烟气经过常规除尘和脱硫处理后，由吸收塔1的下部烟气进口7输入塔中，依次穿越多孔板6、一级气流引导环5、一级氨水喷淋装置4、二级气流引导环3、二级氨水喷淋装置2上行。与此同时，氨水溶液的雾滴向下喷出。根据烟气中CO₂的含量，氨水溶液的摩尔浓度可选择在0.6～26mol/L的范围，烟气中CO₂与氨水溶液的反应温度可优选在0～45℃的范围，并控制氨水溶液中NH₃与烟气中CO₂的摩尔比为1.0～2.0，反应压力优选在1～2atm。此时，烟气中的CO₂气体与氨水溶液在塔内充分逆向接触，快速发生化学反应而被氨水溶液吸收。

被氨水溶液吸去CO₂的烟气继续向上流动，经过除雾装置25脱除雾滴后，清洁烟气直接排入大气。而吸收CO₂后生成的碳酸氢铵溶液与未完全反应的氨水落入吸收塔1的浆液沉淀池8，其中部分浆液通过再循环泵9输送至一级氨水喷淋装置4，其余浆液通过富液泵10输送到贫富液换热器11的吸热管中，然后从再生塔12的上部进口送入塔内。再生塔12为填料塔，塔内布置有喷嘴和填料层，碳酸氢铵富液被喷洒在再生塔12的填料层上，被上升的蒸汽气提，并经过煮沸器13加热至100～160℃，解析出高浓度的CO₂气体，同时使碳酸氢铵富液还原成脱除了CO₂的氨水贫液。

氨水贫液自再生塔12的下部液体出口引出，送入储氨罐14中。CO₂气体、NH₃随同大量的水蒸汽由再生塔12的上部气体出口流出，经第一冷却器22降温至50～80℃，从水洗塔15的下部进口输入塔内，水洗塔15也为填料塔，塔内布置有喷嘴和填料层，工艺水被均匀喷洒在填料层上，在水洗塔15中氨气被工艺水吸收形成氨水，从水洗塔15的底部液体出口送入储氨罐14中，高浓度的CO₂气体由水洗塔15的上部气体出口流出，进入第二冷却器21中，气流被冷却至25～35℃，其中的水蒸汽被凝结出来。储氨罐14中的氨水通过输出口进入贫富液换热器11的放热管，再依次由贫液泵23、第三冷却器24进入二级氨水喷淋装置2中。

经过第二冷却器21处理的高浓度CO₂气体则从气液分离器20的进口输入，通过离心作用将CO₂气体中夹带的凝液分离出来，获得纯度高于99％的CO₂气体。所分离出的凝液从气液分离器20的凝结液出口流出，重新送入水洗塔15中循环。所分离出的高纯度CO₂气体则送入干燥器19，经干燥处理后再送至压缩机18，经压缩处理，进入冷凝器17，冷凝成液态，制成工业级液体二氧化碳成品，送入液态二氧化碳储存槽16中保存。

Claims (5)

1.一种氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，包括通过管道相连的吸收塔(1)、再生塔(12)、水洗塔(15)、气液分离器(20)、干燥器(19)、压缩机(18)和冷凝器(17)，其特征在于：所述吸收塔(1)为无填料层的空塔结构，其下部烟气进口(7)和顶部烟气出口(26)之间自下而上依次设置有多孔板(6)、一级氨水喷淋装置(4)、二级氨水喷淋装置(2)和除雾装置(25)，其底部设置有浆液沉淀池(8)；所述浆液沉淀池(8)的侧面出口通过再循环泵(9)与一级氨水喷淋装置(4)相连，所述浆液沉淀池(8)的底部出口通过富液泵(10)与再生塔(12)的上部进口相连，所述再生塔(12)的上部气体进口通过第一冷却器(22)与水洗塔(15)的下部进口相连，所述水洗塔(15)的上部气体出口通过第二冷却器(21)与气液分离器(20)的进口相连；所述再生塔(12)和水洗塔(15)的下部液体出口同时与储氨罐(14)的输入口相连，所述储氨罐(14)的输出口通过贫液泵(23)和第三冷却器(24)与二级氨水喷淋装置(2)相连；所述气液分离器(20)的气体出口依次与干燥器(19)、压缩机(18)、冷凝器(17)和液态二氧化碳储存槽(16)串连连接。

2.根据权利要求1所述的氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，其特征在于：所说的一级氨水喷淋装置(4)和二级氨水喷淋装置(2)的下方对应设置有横截面呈三角形的一级气流引导环(5)和二级气流引导环(3)，所述一级气流引导环(5)和二级气流引导环(3)安装固定在吸收塔(1)的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，其特征在于：所说的浆液沉淀池(8)的底部出口通过富液泵(10)、贫富液换热器(11)与再生塔(12)的上部进口相连，所说的储氨罐(14)的输出口通过贫富液换热器(11)、贫液泵(23)和第三冷却器(24)与二级氨水喷淋装置(2)相连。

4.根据权利要求1或2所述的氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，其特征在于：所说的气液分离器(20)的凝结液出口与水洗塔(15)上的工艺水进口相连。

5.根据权利要求3所述的氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备，其特征在于：所说的气液分离器(20)的凝结液出口与水洗塔(15)上的工艺水进口相连。

Images