[发明专利]氨水细喷雾捕集烟气中二氧化碳的方法及其设备

说明书

技术领域

本发明属于二氧化碳减排领域，具体涉及一种氨水细喷雾捕集电厂烟气中二氧化碳的方法及其设备。

背景技术

随着温室效应对全球气候变化影响越来越严重，控制主要温室气体-CO₂的排放已然成为一个国际性的和迫切需要解决的问题。目前，在相当长的时期内，新能源还不能成为人类主要依赖的能源，并且节能减排和提高能源使用效率对碳减排的贡献毕竟有限，而碳捕获与封存技术(CCS-Carbon capture and storage)被认为是一种实现碳减排的有效途径。世界上约40％的CO₂由化石燃料电厂产生，而在中国则比例更大，所以化石燃料电厂的低碳排放或者零排放是实现CO₂减排的关键。同时，二氧化碳在化工领域也有广泛的用途，可用于生产尿素或甲醇，也可用于食品保鲜，还可用于提高采油率等。

电厂烟气中二氧化碳的捕集回收方法有主要有以下几种：化学吸收法、物理吸收法、吸附法、低温分离法、膜分离法和生物固定法。工业上考虑较多的是化学吸收法和物理吸收法，其中物理吸收法更适合于具有高压和高CO₂浓度的烟气；对于化石燃料电厂的烟气，其二氧化碳浓度较低且烟气流量高，合理的脱碳方式是采用化学吸收法。化学吸收法的原理就是利用CO₂的酸性特点，使二氧化碳与化学试剂发生反应而被吸收，生成富液(含碳量高的液体)。富液进入再生塔中加热分解释放出二氧化碳，达到分离捕集二氧化碳的目的，其中化学试剂可再生循环利用。目前常用的化学试剂为醇胺溶液，利用吸收塔和再生塔组成循环系统捕集CO₂。使用醇胺法捕碳主要有以下几个方面的问题：首先，醇胺与二氧化碳反应速率较低，吸收效率不高；其次，其富液对系统有腐蚀作用；再次，由于氧化、热降解、发生不可逆反应和蒸发等原因，将造成醇胺溶剂的损失和溶液性能的改变，而醇胺是一种比较昂贵的化工用品，这必然会增加回收二氧化碳的成本。最后，因电厂烟气流量大，其二氧化碳浓度不高(约为10-15％)，使用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。

相对于传统的乙醇胺(MEA)吸收CO₂，氨水吸收技术具有材料成本低，吸收效率高，吸收能力强，对吸收塔的腐蚀小以及再生能耗低等优点。现有关于氨水吸收CO₂脱除率的研究表明，在适当条件下，烟气中CO₂脱除率可保持在95％至99％之间。如在中国专利文献CN101423214A和CN201333374Y中有使用氨水吸收烟气中二氧化碳的报道。在CN201333374Y中描述了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；其中吸收塔为空塔结构，其内设有多孔板、两级氨水喷淋装置和除雾装置，在吸收塔内氨水捕集二氧化碳生成碳酸氢铵富液，在再生塔内碳酸氢铵分解释放二氧化碳，在水洗塔内氨气被工艺水淋洗生成氨水循用；在水洗塔后连接有气液分离器、干燥器、压缩机、冷凝器和液态二氧化碳贮罐，用于将从烟气中分离出来的二氧化碳提取成工业级液态用品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种有效减少电厂烟气中二氧化碳排放的方法和设备，该方法和设备能适应电站烟气中气体流量大，二氧化碳浓度低的特点；并且该方法和设备与现有技术相比，其氨和水均为封闭循环利用，更加节约能源，降低运行成本。

本发明提供的除碳技术方案是，一种氨水细喷雾捕集烟气中二氧化碳的方法，其特征在于包括如下几个步骤：

步骤A，氨水喷淋吸收CO₂：烟气从吸收塔下方烟气入口引入，同时将一定浓度的氨水溶液以细喷雾状态从塔顶喷入吸收塔内，与烟气逆流接触，烟气中的二氧化碳被氨水吸收，生成的碳化氨水富液落入吸收塔底部，而经过脱碳处理的烟气进入吸收塔顶部的洗涤段，在此烟气中携带的氨气被清水洗脱后烟气排入大气，同时洗涤段中生成一定量的稀氨水溶液；落入吸收塔底部的富液分成两路，其中一路经过泵以喷雾状态在吸收塔内循环使用。在此步骤中进行的化学反应如下：

步骤B，解吸出CO₂气体：步骤A中塔底富液中另一路经由富液泵和换热器进入解吸塔顶部，进行加热解吸处理，得到高浓度二氧化碳、氨气和水蒸气混合气体，同时得到碳化氨水贫液往下流入稀氨水罐成为稀氨水溶液。此步骤相应的化学反应式为：