CN219272642U - 一种工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置，所述的装置包括与烟气进气管道连通的氧化预处理装置、再生加热装置、第一反应器、和第二反应器；其中，氧化预处理装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；再生加热装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；在所述的每个支管上设置有受控阀门；所述的第一反应器和第二反应器中设置有镁基固体吸收剂；一控制装置，交替控制所述的受控阀门以使氧化预处理装置与第一反应器连通，再生加热装置和第二反应器连通预定时间；然后，氧化预处理装置与第二反应器连通，再生加热装置和第一反应器连通预定时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置。
背景技术
以二氧化碳(CO2)为主的温室气体排放被认为是全球变暖的主要原因，世界各国陆续提出碳中和目标。我国宣布CO2排放将力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术是主要的碳减排路径，火电、钢铁、化工、建材等行业工业烟气作为CO2的主要排放源，是未来碳捕集的重点应用行业。近年来，我国高度重视碳捕集技术发展，呈现出新技术不断涌现、效率持续提高、能耗成本逐步降低的发展态势。
常规工业烟气一般成分复杂，通常还含有SO2、NOx等大气污染物，我国前期针对工业烟气污染治理已开展了相关工作，不同行业的烟气脱硫脱硝技术已较为成熟，大部分企业均安装了脱硫、脱硝设施。但是单个设备通常仅针对单一污染物治理，各设备相对独立。不同的治理技术之间的耦合存在着许多问题，如新兴的碳捕集技术与传统的脱硫脱硝技术之间存在技术衔接问题。同时传统脱硫脱硝技术会产生大量副产废弃物，如脱硫灰尚无较好的资源化利用途径。
随着双碳目标的提出，依靠单一治理技术来应对污染治理已不能满足当下国家对环境治理的要求，多污染物协同治理及资源化利用将成为环境治理的发展方向。
实用新型内容
为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置，实现CO2、SO2、NO等协同处置，并进行资源化回收利用。
为了解决上述技术问题，本实用新型工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置，所述的装置包括通过管道连通的氧化预处理装置和污染物脱除反应器，在所述的污染物脱除反应器中设置有镁基固体吸收剂。
进一步的，在污染物脱除反应器的进气管道上还设置有再生加热装置。
进一步的，所述的氧化预处理装置为臭氧发生装置或双氧水喷雾装置。
进一步的，污染物脱除反应器为流化床、固定床或移动床。
进一步的，在污染物脱除反应器的进气管道上还设置有再生加热装置。
为达到上述目的，本实用新型的工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置，所述的装置包括与烟气进气管道连通的氧化预处理装置、再生加热装置、第一反应器、和第二反应器；
其中，氧化预处理装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；再生加热装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；在所述的每个支管上设置有受控阀门；所述的第一反应器和第二反应器中设置有镁基固体吸收剂；
一控制装置，交替控制所述的受控阀门以使氧化预处理装置与第一反应器连通，再生加热装置和第二反应器连通预定时间；然后，氧化预处理装置与第二反应器连通，再生加热装置和第一反应器连通预定时间。
为达到上述目的，工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的方法，所述的方法包括：
将待处理工业烟气进行氧化预处理；
在多污染物脱除反应器中利用镁基固体吸收剂将烟气中的CO2、SO2、NOx进行协同捕集；
对多污染物脱除反应器中的镁基固体吸收剂进行加热再生。
进一步的，所述氧化预处理是用氧化剂进行预处理，氧化剂为O3或H2O2，氧化剂与NO摩尔比为1～3。
进一步的，加热再生温度为300℃～600℃。
进一步的，加热再生过程中，NO2分离控制温度为300℃～400℃，CO2分离控制温度为400℃～500℃，SO2分离控制在温度为500℃～600℃。
本实用新型的技术方案具有以下优点：
以镁基固体吸收剂为载体，在单个反应器中将烟气中的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等进行协同捕集，并在不同温度下进行分解再生，实现不同污染物的分离与利用，该工艺简单，可实现多污染物协同治理并进行资源化利用。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
图2为本实用新型实施例2的结构示意图。
图3为本实用新型实施例3的结构示意图。
图4是本实用新型中工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提出先对待处理工业烟气进行氧化预处理，选择性的将烟气中NO氧化为高价态氮氧化物，以MgO为主要成分的固体吸收剂在多污染物脱除反应器中与烟气中的CO2、SO2、NOx等进行反应，生成MgCO3、MgSO3、Mg(NO3)2等产物，如图1所示。
作为本实用新型进一步的改进，根据不同镁盐的分解温度，增加再生加热装置，以控制多污染物脱除反应器温度及再生时间，分步收集不同阶段的气态产物，实现CO2、SO2、NO2的分离，最终产物可进一步纯化后进行资源化利用；如图2所示。
上述工业烟气中氮氧化物形态主要为NO，与镁基吸收剂反应速率缓慢，通过在前端加入氧化剂O3或H2O2，将NO预氧化为高价态氮氧化物(NO2、N2O5等)，强化氮氧化物与吸收剂的反应过程。氧化剂与NO摩尔比控制在1～3之间。此处应选择合适的氧化剂及用量，避免将SO2过度氧化为SO3，其与MgO反应会生成MgSO4，在再生反应器中难以分解，导致吸收剂性能降低。
所述反应器中吸收剂为镁基吸收剂，主要成分为MgO，可采用商业活性MgO。
所述镁基吸收剂与CO2、SO2、NOx最佳反应温度范围为150℃～300℃，因此控制多污染物脱除反应器反应温度为150℃～300℃，使其充分反应生成MgCO3、MgSO3、Mg(NO3)2等产物，该产物的分解温度范围为300℃～600℃之间，通过控制再生反应器温度在300℃～600℃之间，实现吸收剂的再生及各气态产物的分离。
所述MgCO3、MgSO3、Mg(NO3)2等产物分解温度存在差异，再生反应器NO2分离控制温度为300℃～400℃，CO2分离控制温度为400℃～500℃，SO2分离控制在温度为500℃～600℃。精确控制不同温度段的停留时间，实现NO2、CO2、SO2等气态产物的分离。
所述多污染物脱除反应器和再生反应器型式可以为流化床、固定床或移动床等。可根据反应器的不同型式设置相应配套设施，如除尘、传送等装置。多污染物脱除反应器与再生反应器可以互为备用，或者多反应器并联使用。
图3为本实用新型的工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置又一实施例的结构示意图，包括与烟气进气管道连通的氧化预处理装置、再生加热装置、第一反应器、和第二反应器；
其中，氧化预处理装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；再生加热装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；在所述的每个支管上设置有受控阀门；所述的第一反应器和第二反应器中设置有镁基固体吸收剂；
一控制装置，可采用PLC等；控制装置交替控制所述的受控阀门以使：第一时间段：氧化预处理装置与第一反应器连通，以利用第一反应器中的MgO为主要成分的固体吸收剂与烟气中的CO2、SO2、NOx等进行反应，而再生加热装置和第二反应器连通，以利用不同温度对第二反应器中MgO固体吸收剂进行加热再生；然后，第二时间段：氧化预处理装置与第二反应器连通，以利用第二反应器中的MgO为主要成分的固体吸收剂与烟气中的CO2、SO2、NOx等进行反应；而再生加热装置和第一反应器连通，以利用不同温度对第一反应器MgO固体吸收剂进行再生。第三时间段再重复第一时间段，第四时间段再重复第二时间段，周而复始。
实施例一
某烧结烟气量为45万Nm3/h，温度为180℃，其中CO2、SO2、NO含量分别为5％、800mg/m3、250mg/m3。在进入多污染物脱除反应器前的烟道中均匀加入O3，O3用量140kg/h(O3/NO为1.5)，随后进入反应器进行吸收反应，反应器采用固定床型式，吸收剂用量1000m3，外排净烟气满足超低排放要求。反应完全后，将烟气切换至备用反应器继续进行吸收反应，该反应器进行加热再生，通过燃气间接加热进行热分解再生。反应器温度升至390℃，维持2小时，待Mg(NO3)2完全分解，并对气态产物NO2进行收集储存；反应器温度继续升至500℃，维持4小时，待MgCO3完全分解，并对气态产物CO2进行收集储存；反应器温度继续升至600℃，维持2小时，待MgSO3完全分解，并对气态产物SO2进行收集储存，完成CO2、SO2、NO等组分的捕集与分离。
实施例二
某焦炉烟气量为15万Nm3/h，温度为200℃，其中CO2、SO2、NO含量分别为7％、150mg/m3、800mg/m3。在进入多污染物脱除反应器前的烟道中均匀加入O3，O3用量220kg/h(O3/NO为2)，随后进入反应器进行吸收反应，反应器采用固定床型式，吸收剂用量400m3，外排净烟气满足超低排放要求。反应完全后，将烟气切换至备用反应器继续进行吸收反应，该反应器进行加热再生，通过燃气间接加热进行热分解再生。反应器温度升至380℃，维持1.5小时，待Mg(NO3)2完全分解，并对气态产物NO2进行收集储存；反应器温度继续升至480℃，维持3小时，待MgCO3完全分解，并对气态产物CO2进行收集储存；反应器温度继续升至580℃，维持1.5小时，待MgSO3完全分解，并对气态产物SO2进行收集储存，完成CO2、SO2、NO等组分的捕集与分离。
上面结合附图对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。对不脱离本实用新型的构思和范围做出许多其他改变和改型，应当视为本实用新型保护范围。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种工业烟气碳捕集及多污染物协同处置的装置，其特征在于，所述的装置包括与烟气进气管道连通的氧化预处理装置、再生加热装置、第一反应器、和第二反应器；
所述的氧化预处理装置为臭氧发生装置；
其中，氧化预处理装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；再生加热装置的出气管通过两个支管与分别与第一反应器和第二反应器和进气管相连通；在所述的每个支管上设置有受控阀门；所述的第一反应器和第二反应器中设置有镁基固体吸收剂；
一控制装置，交替控制所述的受控阀门以使氧化预处理装置与第一反应器连通，再生加热装置和第二反应器连通预定时间；然后，氧化预处理装置与第二反应器连通，再生加热装置和第一反应器连通预定时间。
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