[发明专利]水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO2

说明书

本发明公开了一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO₂的装置及方法，利用烟气和压缩机余热回收驱动制取‑20～0℃之间的冷源。余热回收后的低浓度原料CO₂经气体缓冲罐、风机增压、过滤后进入一级膜提纯；一级膜渗透出来的CO₂粗气经风机二次增压进入二级膜提纯并获得98％以上的CO₂产品气；经压缩机增压、余热回收后的CO₂产品气与冷源在换热器中充分换热冷却成液态，经精馏塔精馏获得高纯液态CO₂，尾气从精馏塔上部排空；冷媒经泵压缩循环使用。本发明结合了烟气、压缩机余热回收和二氧化碳回收提纯技术，充分利用余热制冷来冷却CO₂产品气，并结合CO₂提纯技术，从而降低CO₂液化的分压，降低能耗和液态CO₂生产成本，达到节能和减排的双目的。

技术领域

本发明属于节能和CO₂减排技术领域，尤其涉及水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO₂的装置及方法。

背景技术

CO₂是温室气体之一，据了解水泥窑生产1吨孰料约排放二氧化碳0.86吨。据2018年统计，水泥生产所排放的CO₂约占全球排放总量的7％，因此水泥行业二氧化碳减排任务异常艰巨。水泥工业可以通过采取各种不同的技术措施来降低CO₂排放，例如富氧燃烧提高能量效率、使用替代燃料、替代原料等，然而这些技术革新所带来的减排效果有限。CO₂捕获和储存(CCS)技术近年来被逐步应用于减少水泥工业CO₂排放，被公认为是水泥工业深入全面碳减排的重大举措，被欧洲列为《2050欧洲低碳发展技术路线图》。我国也将CCS技术作为节能减排大力推举和扶持的措施之一。

二氧化碳回收和提纯分离是CCS技术的关键，而水泥窑排放烟气中成分复杂、CO₂含量低(15～40％V/V)等导致CO₂回收和提纯面临技术难度大、工艺复杂、成本较高等特点。目前有MEA化学吸收法、纯氧(O₂+CO₂，CO₂为目标气体)燃烧法、冷却氨水法、膜分离法、分体式钙循环法和集成式钙循环法等多种CO₂捕获和减排工艺流程。

水泥行业是CO₂排放重点产业集群之一，随着CO₂减排和碳交易指标越来越引起重视，如何高效捕获回收CO₂、降低设备投资和运行功耗将成为未来研究的热点。而目前应用较广的如MEA吸收法、膜分离法等各种CO₂捕集技术，能耗高、投资大是绕不过的技术瓶颈之一。

现有技术中专利申请号为201610344313.8提供了一种水泥窑余热回收装置，包括辐射换热器、第一管路系统以及第二管路系统，第一管路系统包括第一管道、给水泵、第一调节阀和流量计，辐射换热器的进水管上设有泄压阀、第一温度传感器和第一压力传感器；第二管路系统包括第二管道、第三管道以及第四管道，第三管道和或第四管道上设有第二调节阀，辐射换热器的出水管上设有第二温度传感器和第二压力传感器。该专利通过辐射换热器、第一管路系统以及第二管路系统的组合实现回转炉的辐射热直接将水加热送到锅炉汽包，不通过余热锅炉省煤器，增加余热锅炉的发电量的同时不影响排烟温度，充分有效利用辐射热，但是该专利并没有解决CO₂排放的问题。

发明内容

本发明提供一种水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯CO₂的装置及方法，有效将烟气、压缩热等余热回收制冷技术和烟气低浓度CO₂回收提纯技术结合，降低能耗的同时，制取获得高纯液体CO₂，从而达到节能和CO₂减排的双重目的。