CN217646159U - 一种适用于烟气中低浓度co2的脱碳装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置；包括吸收塔，吸收塔的下部一侧设有烟气进口，吸收塔的内上部设有氨水喷淋管道，吸收塔底部液相出口通过循环泵与反应釜进液口相连，反应釜上部设有氯化钠溶液进口管道，反应釜底部固相出口依次通过旋流器、离心机和第一结晶器与碳酸氢钠储罐相连，反应釜中部的液相出口与冷却分离器相连，冷却分离器的顶部设有与氯化钠储罐相连的氯化钠颗粒投入口，冷却分离器的底部出口通过第二结晶器与氯化铵储罐相连；具有将碳捕集下来的CO₂联产为碳酸氢钠和氯化铵固体化工产品，满足“碳达峰、碳中和”目标要求的同时，使得CO₂能够封存到固体化工产品中，实现脱碳减碳和节能环保的特点。

Description

一种适用于烟气中低浓度CO2的脱碳装置

技术领域

本实用新型属于脱除烟气低浓度CO₂技术领域，特别涉及一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置。

背景技术

现有燃煤锅炉排放的烟气一般经过除尘、脱硫脱硝处理，达到烟气外排指标后直接排至大气；燃煤锅炉烟气的碳排放将成为管控对象，虽然烟气中碳含量仅有10～15％，但烟气排放量大导致其成为主要碳排放点。如何通过技术手段实现锅炉烟气中CO₂的捕集、利用及封存，成为目前主流的研究技术，也是目前实现化石能源低碳化利用的唯一选择。

针对锅炉烟气的碳捕集技术目前多数还仍处于试验室或者中试阶段，因烟气排放量大且CO₂浓度偏低，导致装置规模和吸收效率成为主要问题，从而使得碳捕集装置的投资及运行成本等都成为突出问题；目前已有的采用有机胺作为吸收剂脱除CO₂的方法，因其有机胺溶液的腐蚀性与降解性，导致装置消耗较高、解吸成本较高且无法实现长周期稳定运行；其次脱除的CO₂作为气体产品，需要解决CO₂气体压缩储存及运输的问题，导致处理流程复杂；如何做好碳捕集下来的CO₂的再利用或发展下游产品，都成为锅炉烟气碳捕集与利用技术推广的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种以氨水作为吸收剂对烟气中低浓度CO₂气体进行脱除，在吸收CO₂气体的碳酸氢铵溶液中添加氯化钠溶液将捕集下来的CO₂转化为固体化工成品，从而实现在烟气脱碳减碳目的的同时腐蚀和降解等缺陷，并且能够将碳捕集下来的CO₂联产为碳酸氢钠和氯化铵固体化工产品，实现对CO₂封存到固体化工产品中，避免后续复杂处理流程的适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，该脱碳装置包括吸收塔，吸收塔的下部一侧设有烟气进口，吸收塔的内上部设有氨水喷淋管道，吸收塔的底部液相出口通过循环泵与反应釜的进液口相连，反应釜的上部设有氯化钠溶液进口管道，反应釜底部的固相出口依次通过旋流器、离心机和第一结晶器与碳酸氢钠储罐相连，反应釜中部的液相出口与冷却分离器相连，冷却分离器的顶部设有与氯化钠储罐相连的氯化钠颗粒投入口，冷却分离器的底部出口通过第二结晶器与氯化铵储罐相连。

作为本技术方案的进一步优选的，所述冷却分离器中部的液相出口通过输送泵与氯化钠溶液进口管道相连。

作为本技术方案的进一步优选的，所述冷却分离器中部的液相出口和输送泵之间设有第一三通，第一三通的第三端设有氯化钠溶液补液管道。

作为本技术方案的进一步优选的，所述氨水喷淋管道与氨水储罐相连。

作为本技术方案的进一步优选的，所述循环泵和反应釜的进液口之间依次设有第二三通和第一调节阀，第二三通的第三端通过第二调节阀与氨水喷淋管道相连。

本实用新型还提供了所述吸收塔的烟气进口通过加压风机和脱硫单元与锅炉烟气管道相连，吸收塔顶部的气相出口通过管道与烟囱相连。

作为本技术方案的进一步优选的，所述吸收塔的气相出口相对应的吸收塔内部设有丝网除沫器。

按照上述方案制成的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，本实用新型中所述的氨水储罐可以低浓度的氨水，进一步的可使用煤化工副产的低浓度氨水用于处理烟气中低浓度的CO₂气体，通过以废治废的理念，实现烟气脱碳减碳的目的，通过添加氯化钠联产碳酸氢钠和氯化铵固体产品，能够有效CO₂气体，同时解决了CO₂气体封存及运输等问题；本实用新型中所述氨水作为吸收剂还能够解决常规吸收剂的腐蚀性与降解性问题；具有结构简单、设计合理、将碳捕集下来的CO₂联产为碳酸氢钠和氯化铵固体化工产品，满足“碳达峰、碳中和”目标要求的同时，使得CO₂能够封存到固体化工产品中，避免复杂的处理流程，从而实现脱碳减碳，节能环保以及提高脱碳减碳技术的综合效益的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

上图中：

1、吸收塔；2、反应釜；3、冷却分离器；4、加压风机；5、循环泵；6、输送泵；7、旋流器；8、离心机；9、第一结晶器；10、第二结晶器；11、烟气进口；12、氨水喷淋管道；13、氯化钠溶液进口管道；14、碳酸氢钠储罐； 15、氯化钠储罐；16、氯化铵储罐；17、第一三通；18、氯化钠溶液补液管道；19、氨水储罐；20、第二三通；21、第一调节阀；22、第二调节阀；23、脱硫单元；24、锅炉烟气管道；25、烟囱；26、丝网除沫器。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1，本实用新型为一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，该脱碳装置包括吸收塔1，吸收塔1的下部一侧设有烟气进口11，吸收塔1的内上部设有氨水喷淋管道12，吸收塔1的底部液相出口通过循环泵5与反应釜 2的进液口相连，反应釜2的上部设有氯化钠溶液进口管道13，反应釜2底部的固相出口依次通过旋流器7、离心机8和第一结晶器9与碳酸氢钠储罐 14相连，反应釜2中部的液相出口与冷却分离器3相连，冷却分离器3的顶部设有与氯化钠储罐15相连的氯化钠颗粒投入口，冷却分离器3的底部出口通过第二结晶器10与氯化铵储罐16相连。本实用新型中氨水喷淋管道12中的氨水作为吸收剂，氨水为低浓度氨水，具体的可使用煤化工副产的氨水；使用氨水作为吸收剂能够避免对设备造成腐蚀等问题，同时在与烟气逆流接触地过程中对CO₂气体进行吸收以达到脱除的目的，并生成碳酸氢铵溶液；后续过程中在反应釜2内加入氯化钠溶液，使其与碳酸氢铵溶液反应将捕集下来的CO₂转化为固体化工成品，即副产碳酸氢钠和氯化铵；这样既可消耗煤化工副产的氨水，还可实现锅炉烟气的脱碳减碳目的，氨水作为吸收剂不会发生腐蚀和降解等问题，可在系统中循环使用。通过将碳捕集下来的CO₂联产为碳酸氢钠和氯化铵固体化工产品，满足“碳达峰、碳中和”目标要求的同时，使得CO₂能够封存到固体化工产品中，避免复杂的处理流程，增加产品多样性且增加装置效益。

进一步地，所述冷却分离器3中部的液相出口通过输送泵6与氯化钠溶液进口管道13相连。上述方式能够实现对冷却分离器3中的氯化钠溶液的循环利用。

进一步地，所述冷却分离器3中部的液相出口和输送泵6之间设有第一三通17，第一三通17的第三端设有氯化钠溶液补液管道18。当冷却分离器3 中的氯化钠溶液量不足时，可通过氯化钠溶液补液管道18向反应釜2补入氯化钠溶液，以维持反应的长期稳定运行。

进一步地，所述氨水喷淋管道12与氨水储罐19相连。本实用新型中所述的氨水储罐19中的氨水为CO₂气体的吸收剂，其可以为配制的氨水，也可以为煤化工副产的低浓度氨水，通过使用氨水不仅能够实现对烟气中CO₂气体的吸收捕集，还能够避免其腐蚀设备以及实现后期生成固化产品，便于CO₂气体封存和运输的特点，

进一步地，所述循环泵5和反应釜2的进液口之间依次设有第二三通20 和第一调节阀21，第二三通20的第三端通过第二调节阀22与氨水喷淋管道 12相连。氨水喷淋管道12中氨水的来源可以为氨水储罐19，也可以采用吸收塔1底部未完全吸收的氨水，上述设置不仅能够节省氨水的用量，且能够实现碳酸氢铵溶液浓度的提高，为后续生产固化产品奠定了基础。

本实用新型还提供了所述吸收塔1的烟气进口11通过加压风机4和脱硫单元23与锅炉烟气管道24相连，吸收塔1顶部的气相出口通过管道与烟囱 25相连。本实用新型还提供了吸收塔1的安装位置，其具体位于脱硫单元23 和烟囱25之间，从而实现了在对烟气进行脱硫的基础上对烟气进行脱碳处理，以满足“碳达峰、碳中和”目标要求。

进一步地，所述吸收塔1的气相出口相对应的吸收塔1内部设有丝网除沫器26。

本实用新型的工作原理：锅炉烟气管道24内的锅炉烟气经脱硫单元23 处理后的净烟气，该净烟气含CO2气体的浓度在10-15％，净烟气通过加压风机4加压后通过烟气进口11送入吸收塔1，氨水储罐19内的低浓度氨水作为吸收剂通过氨水喷淋管道12进入吸收塔1内与净烟气逆流接触，并在吸收塔 1由氨水与CO₂气体进行吸收反应生成碳酸氢铵溶液；上述吸收反应的反应式为：

NH₃+CO₂+H₂O＝NH₄HCO₃

吸收塔1底部的吸收剂通过循环泵5、第二三通20的第三端、第二调节阀22和氨水喷淋管道12进入吸收塔1内循环使用，以达到节约氨水的目的；当碳酸氢铵溶液达到一定浓度后，关闭第二调节阀22，打开第一调节阀21；同时使氨水储罐19内的低浓度氨水持续向氨水喷淋管道12供给氨水以保证吸收塔1的吸收反应持续进行，在上述基础上碳酸氢铵溶液通过第二三通20 和第一调节阀21送入反应釜2内，同时向反应釜2中补入氯化钠溶液，使氯化钠与碳酸氢铵在反应釜2中发生反应，生成碳酸氢钠和氯化铵溶液；上述反应的反应式为：

NH₄HCO₃+NaCl＝NH₄Cl+NaHCO₃↓

由于碳酸氢钠的溶解度很小，随着反应的进行，含量较多时会以沉淀的形式析出，同时反应会向着生成碳酸氢钠的方向进行；反应釜2底部沉淀析出后依次进入旋流器7、离心机8和结晶器9后，产出碳酸氢钠固体产品，该固体产品进入碳酸氢钠储罐14存储；反应釜2的中部主要含有NaCl和NH₄Cl 的溶液，中部的溶液进入冷却分离器3中通过冷却水降低内部溶液温度，同时添加适量氯化钠颗粒，使溶液变饱和，采用降温结晶的方法使溶液中的NH₄Cl 以晶体的形式析出，析出后通过第二结晶器10进行结晶，结晶后产出氯化铵固体产品，该氯化铵固体产品进入氯化铵储罐16中存储；同时本实用新型中吸收塔1内的气相通过有丝网除沫器26后排出吸收塔1，并由烟囱25外排；本实用新型的上述过程中能够对烟气中低含量的CO₂气体进行捕集，同时得到碳酸氢钠和氯化铵固体化工产品，满足“碳达峰、碳中和”目标要求的同时，使得CO₂能够封存到固体化工产品中，避免复杂的处理流程，从而实现脱碳减碳，节能环保以及提高脱碳减碳技术的综合效益的特点。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：该脱碳装置包括吸收塔(1)，吸收塔(1)的下部一侧设有烟气进口(11)，吸收塔(1)的内上部设有氨水喷淋管道(12)，吸收塔(1)的底部液相出口通过循环泵(5)与反应釜(2)的进液口相连，反应釜(2)的上部设有氯化钠溶液进口管道(13)，反应釜(2)底部的固相出口依次通过旋流器(7)、离心机(8)和第一结晶器(9)与碳酸氢钠储罐(14)相连，反应釜(2)中部的液相出口与冷却分离器(3)相连，冷却分离器(3)的顶部设有与氯化钠储罐(15)相连的氯化钠颗粒投入口，冷却分离器(3)的底部出口通过第二结晶器(10)与氯化铵储罐(16)相连。

2.根据权利要求1所述的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：所述冷却分离器(3)中部的液相出口通过输送泵(6)与氯化钠溶液进口管道(13)相连。

3.根据权利要求2所述的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：所述冷却分离器(3)中部的液相出口和输送泵(6)之间设有第一三通(17)，第一三通(17)的第三端设有氯化钠溶液补液管道(18)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：所述氨水喷淋管道(12)与氨水储罐(19)相连。

5.根据权利要求4所述的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：所述循环泵(5)和反应釜(2)的进液口之间依次设有第二三通(20)和第一调节阀(21)，第二三通(20)的第三端通过第二调节阀(22)与氨水喷淋管道(12)相连。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：所述吸收塔(1)的烟气进口(11)通过加压风机(4)和脱硫单元(23)与锅炉烟气管道(24)相连，吸收塔(1)顶部的气相出口通过管道与烟囱(25)相连。

7.根据权利要求6所述的一种适用于烟气中低浓度CO₂的脱碳装置，其特征在于：所述吸收塔(1)的气相出口相对应的吸收塔(1)内部设有丝网除沫器(26)。

Images