CN102233224A - 从水泥回转窑烟气中回收co2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从水泥回转窑烟气中回收CO2的方法，包括如下步骤：(1)将烟气降温洗涤；(2)将步骤的烟气从底部送入吸收塔，与从吸收塔上部进入的吸收贫液接触，烟气中的CO2被吸收贫液吸收后，从吸收塔顶部排出；吸收贫液包括如下如重量百分比的组分：一乙醇胺15～20％，三乙醇胺0.5～1％，水余量，(3)吸收了CO2被的吸收液，从上部送入再生塔，与从再生塔下部的再沸器产生的水蒸汽接触汽提解吸CO2，然后进入再沸器；(4)吸收贫液由再沸器流出；从再生塔顶部排出的再生气送往后续工段。本发明的方法，不会生成氨基甲酸盐，最大容量为1mol CO2/molMEA，吸收能力强，可以解决效率与耐腐问题。

Description

从水泥回转窑烟气中回收CO<sub>2</sub>的方法
技术领域
本发明涉及CO2回收技术。
技术背景
水泥是一种人造胶凝材料，具有水硬性并且是既可在水中硬化又可在空气中硬化的一种建筑材料，至今已有185年的历史。水泥与钢材、木材、塑料统称为四大基础工程材料。水泥工业是典型的能源和资源依赖型产业，新型干法水泥工艺CO2排放源主要来源于碳酸钙的分解、燃料的燃烧和电力的消耗，所占比例分别为62％、34％和4％。
在水泥原料中，一般石灰石的配比占80％～85％，在水泥成品中约占70％左右，所以生产水泥需要的石灰质资源是很大的，生产过程中排放的CO2也最多，熟料煅烧是水泥工业的核心工艺，由生料煅烧成熟料需要大量的热量，我国水泥厂几乎均采用煤炭为主要燃料，每吨水泥综合能耗平均约为115kg标煤，当前在中国重要的产业部门中，除了煤电和钢铁业，水泥工业是生产过程中二氧化碳排放量最大的产业，而CO2吸收利用整体处于起步阶段，因此水泥工业加快发展低碳经济、促进CO2减排、开发CO2捕捉和碳封存技术有着举足轻重的意义。
目前在燃煤电厂、钢铁厂等企业比较普遍采用化学溶剂吸收法回收CO2，化学溶剂吸收法则利用二氧化碳与某一种溶剂起化学反应，生成中间化合物，而其他气体不与该溶剂反应；生成的中间化合物在另外一个装置中分解后又生成二氧化碳和溶剂，溶剂反复利用，二氧化碳连续排出，从而使二氧化碳与其他混合气分离。化学溶剂吸收法又以比较成熟的EMA法为主，EMA法采用一乙醇胺为溶剂，在低温条件(40-50℃)下一乙醇胺吸收烟气中的二氧化碳，然后溶液加热时(100-120℃)，二氧化碳从化学溶剂中释放出来，于是得到高浓度的二氧化碳。
传统的MEA法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重的技术问题，其主要原因是由MEA与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及MEA的化学降解产物所引起，虽在防腐剂开发方面有一定进展，但未能从降低MEA降解而减少设备腐蚀方面彻底解决。另外水泥厂窑尾烟气温度达160℃，烟气含尘浓度大，不能直接处理，因此在CO2回收过程中必须解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种从水泥回转窑烟气中回收CO2的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的方法，包括如下步骤：
(1)将烟气送入水洗塔降温洗涤，使烟气温度由160℃降低到40℃，并洗去粉尘，再经水气分离器产生不含粉尘的烟气，以符合MEA法处理烟气的要求；
(2)将步骤(1)处理后的不含粉尘的烟气从底部送入吸收塔，与从吸收塔上部进入的吸收贫液逆流接触，烟气中的CO2被吸收贫液吸收后，从吸收塔顶部排出；
所述的吸收贫液包括如下如重量百分比的组分：
一乙醇胺    15～20％
三乙醇胺    0.5～1％
水          余量
所述烟气为水泥回转窑烟气，其中CO2的体积含量为12～18％；
吸收塔气液比为180～185，体积比，优选的气液比为182，体积比；吸收温度为40℃。
所述吸收塔可采用常规的填料塔或者是常规的板式塔；
(3)吸收了CO2被的吸收液，(简称富液，下同)，从上部送入再生塔，与从再生塔下部的再沸器产生的水蒸汽逆流接触，通过汽提解吸CO2，然后进入再沸器，使其中的CO2进一步解吸；
再生时，再生温度为100～110℃，再生压力为0.1～0.12Mpa；
(4)解吸CO2后的吸收贫液由再沸器4流出，冷却后再进入吸收塔，循环使用；
从再生塔顶部排出的再生气，通过冷凝器冷凝，被冷凝分离出来的冷凝水送入再沸器，然后富含CO2的再生气，送往后续工段。
本发明在一乙醇胺溶剂基础上，适量添加了三乙醇胺，可以发挥两类醇胺的各自优点，在确保CO2快速吸收的条件下，降低了混合胺的再生能耗，有效防止胺降解，减小了对设备的腐蚀，与传统的MEA法相比，吸收能力提高25％以上，能耗降低30％以上，操作费用至少降低30％，用于回收低分压CO2，尤其是回收含氧较高的窑尾烟气中CO2，具有较高的实用价值。
MEA(一乙醇胺)与二氧化碳的反应机理为：在回收二氧化碳过程中，MEA易与氧气、二氧化碳、硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起MEA降解损耗增大的主要原因是氧气与MEA的氧化降解反应。MEA与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要有噁唑烷酮类等。MEA降解问题一直是MEA法回收二氧化碳存在的难以解决的技术难题，MEA与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强，又易形成水垢。由此可见，MEA吸收二氧化碳具有吸收速率快、吸收量小的特点，最大容量为0.5mol CO2/molMEA。
三乙醇胺因没有多余的H原子，不会生成氨基甲酸盐，同时在吸收过程中发挥CO2水解时的催化作用，最大容量为1mol CO2/molMEA。其特点是不受热力学的限制，吸收能力强，但吸收速率较低。二者有机结合，可以解决效率与耐腐问题。
传统的MEA法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重的技术问题，其主要原因是由MEA与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及MEA的化学降解产物所引起，虽在防腐剂开发方面有一定进展，但未能从降低MEA降解而减少设备腐蚀方面彻底解决。
可望获得较大的社会和经济效益：
(1)目前我国水泥工业年生产16亿吨水泥，如果按每吨水泥排放0.7吨CO2计，共产生CO210亿吨，因此水泥回转窑烟气CO2回收技术具有广阔的推广运用前景，并带来巨大的社会效益。
(2)目前全球回收的二氧化碳约40％用于生产化学品，35％用于油田3次采油，10％用于制冷，5％用于碳酸饮料，其他应用占10％，CO2由环境污染源转化为可利用资源，可为企业创造良好的经济效益，提高水泥行业的可持续发展能力。
附图说明
图1为本发明的流程图。
参见图1，本发明的方法，包括如下步骤：
(1)将烟气送入水洗塔1，使烟气温度由160℃降低到40℃，并洗去粉尘；
(2)将步骤(1)处理后的烟气从底部送入吸收塔2，与从吸收塔2上部进入的吸收贫液逆流接触，烟气中的CO2被吸收贫液吸收后，从吸收塔顶部排出；
(3)吸收了CO2被的吸收液，(简称富液，下同)，从上部送入再生塔3，与从再生塔3下部的再沸器4产生的水蒸汽逆流接触，通过汽提解吸CO2，然后进入再沸器4，使其中的CO2进一步解吸；
(4)解吸CO2后的吸收贫液由再沸器4流出，冷却后再进入吸收塔2，循环使用；
从再生塔3顶部排出的再生气，通过冷凝器5冷凝，被冷凝分离出来的冷凝水送入再沸器4，然后富含CO2的再生气，送往后续工段。
具体实施方式
实施例1～15
采用图1的流程。吸收塔采用填料塔，填料的有效高度为4米；烟气温度160℃。
具体见表1。其中工作参数如下：
吸收贫液的组分和重量百分比：
实施例1～7：
一乙醇胺    20％，三乙醇胺    0.5％，水    余量
实施例8～15
一乙醇胺    15％，三乙醇胺    1％，水    余量
入吸收塔贫液量为0.0165m3/h，吸收温度为40℃。
再生温度为108℃，再生压力为0.11Mpa；
烟气为水泥回转窑烟气，CO2含量为实际测量值；
在此条件下回收率大于86％，可将烟气排放的CO2回收作为含量大于95％的工业级CO2产品。
表1.窑气回收CO2试验数据
  实施例   气量m3/h   CO2含量％(体积)   净化气CO2含量％(体积) 回收率％   再生气量m3/h  再生气CO2含量％(体积)
  1   3   15   1.4   91.9   0.4  96.2
  2   3   13.6   0.6   96.2   0.37  95.6
  3   3   13.8   0.2   98.7   0.43  95.0
  4   3   15.6   2.4   86.7   0.40  95.0
  5   3   16.2   2.2   88.4   0.40  96.0
  6   3   13.8   0.8   95.0   0.43  95.0
  7   3   13.8   0.6   96.2   0.40  95.8
  8   3   18.6   3   86.5   0.40  96.0
  9   3   13.8   0.6   96.2   0.37  96.0
  10   3   14   1   93.8   0.40  95.0
  11   3   13.6   1   93.6   0.38  96.0
  12   3   12   0.6   95.6   0.36  95.0
  13   3   13   1   93.2   0.40  96.0
  14   3   12.4   0.2   98.6   0.48  95.0
  15   3   12.6   0.2   98.6   0.46  96.2
试验结果表明，窑气中的CO2回收率达到86％以上，CO2含量不低于95％，达到工业级要求。如果上海建筑材料集团有限责任公司3.38×105m3/h窑尾排放的烟气全部进行CO2回收，既可减少CO2的排放，又可生产产品CO2，符合目前国家节能减排降耗的要求，实现显著的经济效益和社会效益。

Claims (6)

1.从水泥回转窑烟气中回收CO2的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将烟气送入水洗塔降温洗涤；
(2)将步骤(1)获得的烟气从底部送入吸收塔，与从吸收塔上部进入的吸收贫液逆流接触，烟气中的CO2被吸收贫液吸收后，从吸收塔顶部排出；
所述的吸收贫液包括如下如重量百分比的组分：
一乙醇胺 15～20％
三乙醇胺 0.5～1％
水       余量
(3)吸收了CO2被的吸收液，从上部送入再生塔，与从再生塔下部的再沸器产生的水蒸汽逆流接触，汽提解吸CO2，然后进入再沸器；
(4)解吸CO2后的吸收贫液由再沸器流出，冷却后再进入吸收塔，循环使用；
从再生塔顶部排出的再生气冷凝后，送往后续工段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收塔气液比为180～185。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，气液比为182。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收温度为40℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，再生时，再生温度为100～110℃，再生压力为0.1～0.12Mpa。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述烟气为水泥回转窑烟气，其中CO2的体积含量为12～18％。
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