CN202427348U - 脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统 - Google Patents

脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中设置有超重力场烟气吸收塔以及硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有混合器和反应罐。本实用新型提供的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统所需设备简单、烟气脱碳效率高、投资少、运行费用低。

Description

脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统
技术领域
本实用新型涉及脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统。
背景技术
由于二氧化碳是造成“温室效应”的主要气体，温室效应加剧等问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的烟气中二氧化碳减排技术成为各国关注的焦点。然而，目前大多数研究主要是探讨如何分离和浓缩二氧化碳，然后再加以贮存，并未达到真正脱除二氧化碳的目的，而且还存在建设成本高、运行成本高等弊病。为此，研究开发一种工艺设备简单、建设成本低、运行成本低，并能将二氧化碳转化成无机碳酸盐从而达到永久固定目的的系统，是近期内减缓二氧化碳排放并推动我国碳减排目标工作所迫切需要的。
实用新型内容
为了克服现有烟气脱碳技术的缺陷之一，本实用新型提供了一种脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统。
脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中设置有超重力场烟气吸收塔以及硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有混合器和反应罐。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有硫酸铵复合肥回收装置以及轻质碳酸钙回收装置。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有将所述超重力场烟气吸收塔中的副产物输送至所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置的吸收塔排放泵。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有将硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙分离的旋流器。
在某些实施方案中，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有至少两个间歇运转的反应罐。
在某些实施方案中，在所述混合器为静态混合器。
在某些实施方案中，在所述超重力场烟气吸收塔中设置有环形喷液管、多级叶轮和传动轴，所述多级叶轮安装在所述传动轴上。
在某些实施方案中，在所述超重力场烟气吸收塔中设置有至少四级所述多级叶轮。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统还设置有将所述反应罐中的产物输送至所述旋流器中的浆液泵。
在某些实施方案中，在所述间歇运转的反应罐中还设置有搅拌器。
本实用新型所提供的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统至少具备以下优点之一：
1.系统中的吸收塔为动态吸收塔，使气液两相的传质和反应速率得到显著提高，比在传统的静态塔器中提高1至3个数量级；
2.整个系统体积小、重量轻、占地面积小、运输安装简便、施工周期短；
3.整个系统投资省、运行费用低，而脱碳效率高(≥85％)；
4.整个系统具有多种功能作用，能同时脱碳和脱水雾；
5.脱碳过程无废液产生，副产物易处理，可产生可观的经济价值；以及
6.整个系统可以进行模块化设计，运行维护管理方便，可实现自动化及智能化。
附图说明
图1为本实用新型一实施方案的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统的流程示意图。
图2为本实用新型一实施方案的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中超重力场烟气吸收塔的轴向纵剖面结构示意图。
具体实施方式
本实用新型涉及脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中设置有超重力场烟气吸收塔以及硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有混合器和反应罐。
本实用新型的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中所发生的化学反应为：
1.吸收反应(在超重力场烟气吸收塔中发生)
烟气与脱碳吸收剂(稀氨水)在超重力场烟气吸收塔内有效接触，脱碳吸收剂从而吸收大部分CO2，具体反应如下：
CO2+2NH3·H2O→(NH4)2CO3+H2O        (1)
2.置换反应(在混合器和反应罐中发生)
(NH4)2CO3+CaSO4→(NH4)2SO4+CaCO3    (2)
在某些实施方案中，在所述超重力场烟气吸收塔中设置有环形喷液管、多级叶轮和传动轴，所述多级叶轮安装在所述传动轴上。
在某些实施方案中，在所述超重力场烟气吸收塔中设置有至少四级所述多级叶轮。
在某些实施方案中，烟气经超重力场烟气吸收塔入口烟道喷淋冷却段进入超重力场烟气吸收塔，在喷淋冷却段烟气被水冷却至饱和温度，在塔内冷却烟气垂直向上流动穿过超重力场吸收反应区，在此烟气中的CO2被稀氨水吸收，除去大部分CO2的烟气通过烟囱排放。稀氨水由供液泵加压送至超重力场吸收塔里的环形喷液管，从喷液管喷出的稀氨水在高速旋转的多级叶轮所形成的超重力场中被切割成纳米级至丝级液膜，最大限度的增大了气液两相接触比表面积，形成气、液两相之间高速相对运动，变无序运动为有序运动，气液两相的传质和反应速率得到极大提高，比在传统的塔器中提高1至3个数量级。稀氨水吸收烟气中的CO2后，所得副产物碳酸铵盐液沿塔壁流至吸收塔底部。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有将所述超重力场烟气吸收塔中的副产物输送至所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置的吸收塔排放泵。
在某些实施方案中，在所述混合器为静态混合器。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有将硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙分离的旋流器。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统还设置有将所述反应罐中的产物输送至所述旋流器中的浆液泵。
在某些实施方案中，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有硫酸铵复合肥回收装置以及轻质碳酸钙回收装置。
在某些实施方案中，吸收塔排放泵连续地把副产物碳酸铵盐液从吸收塔送到静态混合器及反应罐，在此CaSO4与(NH4)2CO3进行置换反应生成(NH4)2SO4和CaCO3，反应产物经反应罐浆液泵输送到旋流器进行分离，其中(NH4)2SO4上溢液被送至铵复合肥回收系统，CaCO3底流浆液被送至轻质碳酸钙回收系统。
在某些实施方案中，在所述硫酸铵复合肥回收系统中主要设置有结晶造粒、干燥、包装单元。
在某些实施方案中，在所述轻质碳酸钙回收系统中主要设置有水洗、脱水、干燥、包装单元。
在某些实施方案中，在所述超重力场烟气吸收塔中主要设置有塔体、传动轴、供液管、导流罩、隔流环、多级叶轮、变频电机。供液管、传动轴和隔流环分别固定在塔体上，导流罩和多级叶轮安装在传动轴上，传动轴一端装有轴承固定于轴承座上，在传动轴的传动端装有联轴器，变频电机与传动轴的传动端通过联轴器传动带动主轴及固定在主轴上的导流罩和多级叶轮同步转动，主轴转速根据烟气含碳量变化由变频电机即时控制。
在某些实施方案中，叶轮上有N组叶片组成叶栅，按环形阵列分布。
在某些实施方案中，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有至少两个间歇运转的反应罐。
在某些实施方案中，在所述间歇运转的反应罐中还设置有搅拌器。
在某些实施方案中，稀氨水浓度为3％-10％，NH3·H2O与CO2的摩尔比为1.01，CaSO4与(NH4)2CO3的摩尔比为0.9，吸收塔烟气流速＜50m/s。
下文中，结合附图并通过如下实施例对本实用新型进行详细解释以便更好地理解本实用新型的各个方面及其优点。然而，应当理解，以下的实施例是非限制性的而且仅用于说明本实用新型的某些实施方式。
实施例
烟气1经超重力场烟气吸收塔烟气入口2进入超重力场烟气吸收塔，在烟气入口2内布置有喷淋冷却管4，烟气1被冷却水3冷却至饱和温度，在超重力场烟气吸收塔内冷却烟气垂直向上流动穿过超重力场反应区，在此烟气1中的CO2被稀氨水6吸收并完成化学反应(1)，除去大部分CO2的净烟气13通过烟囱排放。稀氨水6由供液泵加压送至超重力场烟气吸收塔里的喷液管7，从喷液管7喷出的稀氨水6在高速旋转的多级叶轮14所形成的超重力场中被切割成纳米级至丝级液膜。稀氨水6吸收烟气1中的CO2后，所得副产物碳酸铵盐液16沿塔壁流至吸收塔底部。
吸收塔排放泵17连续地把副产物碳酸铵盐液16从吸收塔送到静态混合器19及反应罐20，在此与石膏浆液18完成置换反应(2)，反应产物(NH4)2SO4和CaCO3混合液22经反应罐浆液泵23输送到旋流器24进行分离，其中上溢液(NH4)2SO4盐液25被送至硫酸铵复合肥回收系统26，底流液CaCO3浆液27被送至轻质碳酸钙回收系统28。
超重力场烟气吸收塔主要由塔体5、传动轴12、环形喷液管7和9、导流罩15、隔流环10、叶轮14、变频电机11等组成。吸收反应(1)在此完成。
反应罐20上装有搅拌器21。
为了保证置换反应(2)中CaSO4的转化率为100％，可以设置二台反应罐并且反应罐间歇运转。每次反应罐发生置换反应的时间设定约为20-30分钟，CaSO4与(NH4)2CO3按设计比例供应。
为了保证氨逃逸率控制在1％以内，水8从喷液管9喷出，用来吸收逃逸氨，同时进一步吸收烟气1中的CO2。
沿烟气在塔内轴向流动方向一共设置四级叶轮，后两级叶轮主要用来脱水雾。
以40T燃煤锅炉烟气脱碳为例具体说明如下：
超重力场烟气吸收塔入口烟气量60000Nm3/h，CO2浓度为225g/Nm3，NH3·H2O与CO2的摩尔比为1.01，CaSO4与(NH4)2CO3的摩尔比为0.9。在上述条件下，超重力场吸收塔出口烟气CO2浓度为33g/Nm3，CO2脱除率可达85％，轻质碳酸钙产量10t/h，铵复合肥产量13t/h，可给企业带来可观的收益。
从前述中可以理解，尽管为了示例性说明的目的结合附图已经描述了本实用新型的具体实施方式，但是在不偏离本实用新型的精神和范围的条件下，本领域所属技术人员可以作出各种变形或改进。这些变形或修改都应落入本实用新型所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中设置有超重力场烟气吸收塔以及硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有混合器和反应罐。
2.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有硫酸铵复合肥回收装置以及轻质碳酸钙回收装置。
3.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有将所述超重力场烟气吸收塔中的副产物输送至所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置的吸收塔排放泵。
4.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统中还设置有将硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙分离的旋流器。
5.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的发生装置中设置有至少两个间歇运转的反应罐。
6.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述混合器为静态混合器。
7.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述超重力场烟气吸收塔中设置有环形喷液管、多级叶轮和传动轴，所述多级叶轮安装在所述传动轴上。
8.根据权利要求7所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述超重力场烟气吸收塔中设置有至少四级所述多级叶轮。
9.根据权利要求4所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统还设置有将所述反应罐中的产物输送至所述旋流器中的浆液泵。
10.根据权利要求5所述的脱除烟气中二氧化碳并制备硫酸铵复合肥和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，在所述间歇运转的反应罐中还设置有搅拌器。
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