CN105498455A - 一种循环再生烟道气碳捕集装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环再生烟道气碳捕集装置和方法，通过烟道气除尘净化，二氧化碳吸收，吸收液循环再生，实现烟道气中的二氧化碳的捕集，以减少二氧化碳的排放量，实现二氧化碳吸收液的循环利用，同时从烟道气中回收低品位热能，降低烟道气温度。在烟道气净化装置中增设了静电除尘装置，使气体电离，在增加除尘效果的同时也有利于气体被吸收液吸收。本发明适宜在燃煤电厂烟道气净化和二氧化碳收集中应用。

Description

一种循环再生烟道气碳捕集装置和方法

技术领域

本发明涉及一种循环再生烟道气碳捕集装置和方法。

背景技术

近年来，温室气体造成全球气候变暖已成为全世界普遍关注的重大环境问题。人们对于石油、煤炭以及天然气等化石能源的过度依赖导致了温室气体的大量排放，大气中温室气体的浓度增加导致温室效应逐年增加，并引起了全球气候变暖，海平面上升，冰川融化及雪线上升等环境问题。这下环境问题已经不仅仅危害到动植物的生存环境，并且开始影响人类社会的政治、经济、农业、能源等各个领域。

温室气体的种类主要有二氧化碳、甲烷等，而二氧化碳是最主要的温室气体，其对温室效应的贡献率在60%以上。

过去二十年中，排放入大气中的二氧化碳的3/4是由于石化燃料燃烧造成的，而使用石化燃料发电厂所排放的烟道气是二氧化碳长期稳定的集中排放源，其所排放二氧化碳量占二氧化碳总排放量的30%，是二氧化碳减排的重点。近年来，随着火电装机容量的扩展，燃煤电厂二氧化碳气体排放的绝对数量和相对比例还将进一步增加。因此，二氧化碳气体的减排将是我国燃煤发电未来可持续发展更的瓶颈之一。由于我国以燃煤发电为主的能源结构以及今后对燃煤发电的长期投入，从燃煤烟道气中有效的脱除二氧化碳气体将刻不容缓。

将燃煤或天然气或者燃油锅炉烟道气的二氧化碳回收利用，可以保护环境，实现环保生产。二氧化碳是引发温室效应的主要成分，限制大气层中二氧化碳含量是制止温室效应的关键。

目前，减少大气中二氧化碳浓度的一个有效途径是二氧化碳的捕集和封存。捕集燃煤电厂烟道气排放的二氧化碳，是最容易在短期内达到二氧化碳减排目的的方法，并且烟道气中含有的大量品位较低余热可以在捕集二氧化碳的同时进行充分的利用，进而提高整个工艺的能源效益。在专利CN102764577A中提出了一种从工业窑炉烟气中收集二氧化碳的方法，通过烟气降温，烟气除尘和尾气净化过程收集二氧化碳，在该过程中在烟道内安装换热器进行降温，另设除尘器进行净化气体，使得过程工序复杂，装置分散。

发明内容

本发明旨在提供一种循环再生烟道气碳捕集装置和方法，实现烟道气中的二氧化碳的捕集，以减少二氧化碳的排放量，实现二氧化碳吸收液的循环利用，同时从烟道气中回收低品位热能，降低烟道气温度。

本发明提供了一种循环再生烟道气碳捕集装置，包括烟道气除尘及吸收液预热装置、二氧化碳吸收装置、二氧化碳收集及吸收液再生装置、吸收液冷却喷淋装置、静电除尘器、真空泵、气液分离装置；

所述烟道气除尘及吸收液预热装置，该装置上部为柱形，下部为圆台形，上端侧面设有烟道气入口，下端侧面设有排灰口，烟道气入口和排灰口分别位于装置的两侧，装置内部设有螺旋管，螺旋管为双层套管，内管为绝缘管，富液从绝缘管内部通过，外管为导电管；螺旋管下部连接二氧化碳收集及吸收液再生装置，上部连接二氧化碳吸收装置，该装置上部中心设有净化气入口；该装置上端与烟道气入口相对的另一侧连接静电除尘器；该装置的内壁上设有一层绝缘材料；该装置上方连接二氧化碳吸收装置；

所述二氧化碳吸收装置，内部设有塔板，所述塔板分多层均匀平行设置，该装置顶部设有若干个吸收液喷淋头；

所述二氧化碳收集及吸收液再生装置，该装置顶部设有吸收液补充口，底部设有自动控温加热器，外侧设有液位显示器；

所述吸收液冷却喷淋装置，该装置包括贮水池，贮水池底部连接离心泵通往顶部的冷却液喷淋头；该装置通过离心泵与二氧化碳收集及吸收液再生装置连接；

所述静电除尘器包括电晕极和收尘极，输送富液的螺旋管为电晕极，除尘器内壁设置一层钢板为收尘极；

所述二氧化碳吸收装置的侧面连接气液分离装置，气液分离装置的顶部设有废气出口。

上述装置中，所述绝缘材料为橡胶或陶瓷。

上述装置中，所述二氧化碳吸收装置中的塔板为泡罩塔板，塔板中部均匀设有泡罩阀，塔板两侧设有降液管。

上述装置中，所述二氧化碳吸收装置顶部的吸收液喷淋头通过弯管和离心泵连接二氧化碳收集及吸收液再生装置。

本发明所述的循环再生烟道气碳捕集装置中，所述烟道气除尘及吸收液预热装置，允许吸收液管道螺旋通过该装置内部，烟道气被切向引入该装置中，气体被电离除尘净化，同时利用烟道气中的余热来加热富液，该富液是已经吸收了二氧化碳的吸收液；

二氧化碳吸收装置，除尘净化后的烟道气被引入该吸收装置中，气体与用于吸收二氧化碳的吸收液体相接触，二氧化碳自下而上通过多层塔板与塔板上错流的吸收液接触从而被吸收掉，形成的富液通过管道进入到烟道气除尘及吸收液预热装置中的螺旋管道中被烟道气预加热；

二氧化碳收集及吸收液再生装置，被烟道气余热加热过的富液进入该装置中，通过进一步加热富液，释放出二氧化碳，同时产生贫液体，该贫液体的溶解的二氧化碳浓度低于在富液体中二氧化碳的浓度；产生的二氧化碳被不断地抽离出去，以保持吸收液液面上方的空间处于微负压状态；

吸收液冷却喷淋装置，允许输送贫液体的管道通过喷淋液，以达到冷却贫液的效果，冷却后的贫液被送往二氧化碳吸收装置顶部循环利用；

静电除尘器，把烟道气中的气体电离；其中输送富液的螺旋管为电晕极，在烟道气除尘及吸收液预热装置内壁设置一层钢板为收尘极，在内壁与钢板间设置绝缘材料以防止整个装置带电；其中螺旋管被构造成双层套管，内管为绝缘管，用于输送富液，外管为导电管，用做静电除尘器的电晕极。

本发明提供了一种循环再生烟道气碳捕集方法，采用上述装置，包括以下步骤：

（1）烟道气被切向引入烟道气除尘及吸收液预热装置中，气体被除尘净化，同时利用烟道气中的余热来加热该装置中螺旋管内的富液，该富液是已经吸收了二氧化碳的吸收液；

（2）除尘净化后的烟道气进入到二氧化碳吸收装置中，气体与用于吸收二氧化碳的吸收液体相接触，二氧化碳自下而上通过多层塔板与塔板上错流的吸收液接触从而被吸收掉，形成的富液通过管道进入到烟道气除尘及吸收液预热装置中的螺旋管道中被烟道气预加热；

（3）被烟道气加热过的富液进入二氧化碳收集及吸收液再生装置中，通过进一步加热富液，释放出二氧化碳，同时产生贫液体，该贫液体中溶解的二氧化碳浓度低于在富液体中二氧化碳的浓度；产生的二氧化碳被不断地抽离出去，以保持吸收液液面上方的空间处于微负压状态；

（4）输送贫液体的管道通过吸收液冷却喷淋装置喷洒的喷淋液，以达到冷却贫液的效果，冷却后的贫液被送往二氧化碳吸收装置顶部进行循环利用。

本发明的有益效果：

（1）本发明实现了烟道气中二氧化碳的捕集，以减少二氧化碳的排放量；

（2）实现了二氧化碳吸收液的循环利用，同时从烟道气中回收低品位热能，降低烟道气温度；

（3）在烟道气净化装置增加了静电除尘器，使气体电离，在增加除尘效果的同时也有利于气体被吸收液吸收。

附图说明

图1为循环烟道气碳捕集装置的整体结构示意图；

图2为螺旋管的截面图。

图3为二氧化碳吸收装置中的塔板示意图；

图4为烟道气切向进入烟道气除尘及吸收液预热装置示意图。

图中，1：烟道气除尘及吸收液预热装置，1.1：烟道气入口，1.2：绝缘材料，1.3：螺旋管，1.3.1：螺旋管外管，1.3.2：螺旋管内管，1.4：排灰口，1.5：净化气入口；2：二氧化碳吸收装置，2.1：塔板，2.1.1：泡罩阀，2.1.2：降液管，2.2：吸收液喷淋头；3：二氧化碳收集及吸收液再生装置，3.1：自动控温加热器，3.2：液位显示器，3.3：吸收液补充口，4：吸收液冷却喷淋装置，4.1：离心泵，4.2：贮水池，4.3：冷却液喷淋头；5：静电除尘器，5.1：电晕极，5.2：收尘极；6：气液分离装置，6.1：废气出口；7：真空泵。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1所示，

一种循环再生烟道气碳捕集装置，包括烟道气除尘及吸收液预热装置1、二氧化碳吸收装置2、二氧化碳收集及吸收液再生装置3、吸收液冷却喷淋装置4、静电除尘器5、真空泵7、气液分离装置6；

所述烟道气除尘及吸收液预热装置，该装置上部为柱形，下部为圆台形，上端侧面设有烟道气入口1.1，下端侧面设有排灰口1.4，烟道气入口1.1和排灰口1.4分别位于装置的两侧，装置内部设有螺旋管1.3，螺旋管1.3为双层套管，由螺旋管外管1.3.1和螺旋管内管1.3.2组成，内管为绝缘管，富液从绝缘管内部通过，外管为导电管；螺旋管1.3下部连接二氧化碳收集及吸收液再生装置3，上部连接二氧化碳吸收装置2，该装置上部中心设有净化气入口1.5；该装置上端与烟道气入口1.1相对的另一侧连接静电除尘器5；该装置的内壁上设有一层绝缘材料1.2；该装置上方连接二氧化碳吸收装置2；

所述二氧化碳吸收装置，内部设有塔板2.1，所述塔板2.1分多层均匀平行设置，该装置顶部设有若干个吸收液喷淋头2.2；

所述二氧化碳收集及吸收液再生装置，该装置顶部设有吸收液补充口3.3，底部设有自动控温加热器3.1，外侧设有液位显示器3.2；

所述吸收液冷却喷淋装置，该装置包括贮水池4.2，贮水池4.2底部连接离心泵4.1通往顶部的冷却液喷淋头4.3；通往吸收液喷淋头的弯管设置在该装置的贮水池4.2和冷却液喷淋头4.3之间；

所述静电除尘器5包括电晕极5.1和收尘极5.2，输送富液的螺旋管为电晕极，除尘器内壁设置一层钢板为收尘极；

所述二氧化碳吸收装置的侧面连接气液分离装置6，气液分离装置的顶部设有废气出口6.1。

上述装置中，所述绝缘材料1.2为橡胶或陶瓷。

上述装置中，所述二氧化碳吸收装置中的塔板2.1为泡罩塔板，塔板2.1中部均匀设有泡罩阀2.1.1，塔板两侧设有降液管2.1.2。

上述装置中，所述二氧化碳吸收装置顶部的吸收液喷淋头通过弯管和离心泵连接二氧化碳收集及吸收液再生装置。

烟道气除尘及吸收液预热装置其作用是：允许吸收液管道螺旋通过该装置内部，烟道气被切向引入该装置中，气体被电离除尘净化，同时利用烟道气中的余热来加热富液，该富液是已经吸收了二氧化碳的吸收液；

二氧化碳吸收装置，除尘净化后的烟道气被引入该吸收装置中，其作用是：允许气体与用于吸收二氧化碳的吸收液体相接触，二氧化碳自下而上通过多层塔板与塔板上错流的吸收液接触从而被吸收掉，形成的富液通过管道进入到烟道气除尘及吸收液预热装置中的螺旋管道中被烟道气预加热；

二氧化碳收集及吸收液再生装置，被烟道气余热加热过的富液进入该装置中，其作用是：通过进一步加热富液，释放出二氧化碳，同时产生贫液体，该贫液体的溶解的二氧化碳浓度低于在富液体中二氧化碳的浓度；产生的二氧化碳被不断地抽离出去，以保持吸收液液面上方的空间处于微负压状态；

吸收液冷却喷淋装置，其作用是：允许输送贫液体的管道通过喷淋液，以达到冷却贫液的效果，冷却后的贫液被送往二氧化碳吸收装置顶部；

静电除尘器，其作用是：把烟道气中的气体电离；其中输送富液的螺旋管为电晕极，在烟道气除尘及吸收液预热装置内壁设置一层钢板为收尘极，在内壁与钢板间设置绝缘材料以防止整个装置带电；其中的螺旋管被构造成双层套管，内管为绝缘管，用于输送富液，外管为导电管，用做静电除尘器的电晕极。

真空泵，其作用是：把二氧化碳收集及吸收液再生装置中的二氧化碳不断地抽离出去，使富液上方留有的空间始终保持微负压。

气液分离装置，其作用是：把被吸收液吸收后的废弃排到外部，同时把废弃携带的吸收液冷却回流到二氧化碳吸收装置内。

采用上述装置进行碳捕集的方法为：

首先把吸收液通过吸收液补充口注入到二氧化碳收集及吸收液再生装置中，打开离心泵，让吸收液在整个装置内形成循环，待其稳定后，通过液位显示器检测吸收液液面，让其上方留有0.1m~0.6m的空间。同时打开真空泵，让吸收液液面上方保持微负压。

然后把来自燃煤电厂或类似地方的烟道气从烟道气入口被切向引进烟道气除尘及吸收液预热装置中，该装置直径可以为200mm~2000mm，在烟道气除尘及吸收液预热装置中，气体被静电除尘器电离，同时气流成螺旋形向下运行，尘粒在电场及离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿器壁下落至排灰口。在气体被净化的同时气体对螺旋管内的富液进行了预热，该富液来自二氧化碳吸收装置，从而回收了烟道气余热。

被净化及电离的气体进入到二氧化碳吸收装置中，该装置直径可以为200mm~2000mm，在该装置中被冷却的贫液从顶部的喷淋头中喷洒出，该贫液来自二氧化碳收集及吸收液再生装置，吸收液自上而下流经层层塔板，在塔板上与自下而上通过塔板的气体充分接触，二氧化碳在吸收液体中被吸收，此塔板为泡罩塔板。

没被吸收的废气通过二氧化碳吸收装置上部的气液分离装置上的废气出口排到外部，同时废气所携带的液体由于含有吸收液成分，因此它被回流到二氧化碳吸收装置中。

吸收二氧化碳形成的富液先通过管道经由烟道气除尘及吸收液预热装置中进行预热，然后进入到二氧化碳收集及吸收液再生装置中。在该装置中通过自动控温加热器对吸收液中二氧化碳浓度进行检测进而对吸收液进行加热，被加热的富液释放出二氧化碳，同时真空泵不断地把释放出的二氧化碳抽离出去，让吸收液上方空间始终保持微负压。抽离出去的二氧化碳进行压缩保存或进行化学、食品的利用。在操作过程中，通过液位显示器，调节二氧化碳收集及再生装置内的吸收液高度，以确保吸收液上方留0.1m~0.6m的空间。

加热后产生的贫液，通过弯管离心泵被送往二氧化碳吸收装置顶部进行喷淋，进行循环使用。在输送贫液途中，弯管经过吸收液冷却喷淋装置。喷淋液可以使用水，喷淋液通过冷却液喷淋头喷洒在输送贫液的管道上对其进行降温，冷却后的贫液的温度在30℃以下。同时流下的喷淋液汇集在贮水池内，通过离心泵进行循环使用。

Claims (5)

1.一种循环再生烟道气碳捕集装置，其特征在于：包括烟道气除尘及吸收液预热装置、二氧化碳吸收装置、二氧化碳收集及吸收液再生装置、吸收液冷却喷淋装置、静电除尘器、真空泵、气液分离装置；

所述烟道气除尘及吸收液预热装置，该装置上部为柱形，下部为圆台形，上端侧面设有烟道气入口，下端侧面设有排灰口，烟道气入口和排灰口分别位于装置的两侧，装置内部设有螺旋管，螺旋管为双层套管，内管为绝缘管，富液从绝缘管内部通过，外管为导电管；螺旋管下部连接二氧化碳收集及吸收液再生装置，上部连接二氧化碳吸收装置，该装置上部中心设有净化气入口；该装置上端与烟道气入口相对的另一侧连接静电除尘器；该装置的内壁上设有一层绝缘材料；该装置上方连接二氧化碳吸收装置；

所述二氧化碳吸收装置，内部设有塔板，所述塔板分多层均匀平行设置，该装置顶部设有若干个吸收液喷淋头；

所述二氧化碳收集及吸收液再生装置，该装置顶部设有吸收液补充口，底部设有自动控温加热器，外侧设有液位显示器；

所述吸收液冷却喷淋装置，该装置包括贮水池，贮水池底部连接离心泵通往顶部的冷却液喷淋头；

所述静电除尘器包括电晕极和收尘极，输送富液的螺旋管为电晕极，除尘器内壁设置一层钢板为收尘极；

所述二氧化碳吸收装置的侧面连接气液分离装置，气液分离装置的顶部设有废气出口。

2.根据权利要求1所述的循环再生烟道气碳捕集装置，其特征在于：所述绝缘材料为橡胶或陶瓷。

3.根据权利要求1所述的循环再生烟道气碳捕集装置，其特征在于：所述二氧化碳吸收装置中的塔板为泡罩塔板，塔板中部均匀设有泡罩阀，塔板两侧设有降液管。

4.根据权利要求1所述的循环再生烟道气碳捕集装置，其特征在于：所述二氧化碳吸收装置顶部的吸收液喷淋头通过弯管和离心泵连接二氧化碳收集及吸收液再生装置。

5.一种循环再生烟道气碳捕集方法，采用权利要求1~4任一项所述的装置，其特征在于：包括以下步骤：

（1）烟道气被切向引入烟道气除尘及吸收液预热装置中，气体被除尘净化，同时利用烟道气中的余热来加热该装置中螺旋管内的富液，该富液是已经吸收了二氧化碳的吸收液；

（2）除尘净化后的烟道气进入到二氧化碳吸收装置中，气体与用于吸收二氧化碳的吸收液体相接触，二氧化碳自下而上通过多层塔板与塔板上错流的吸收液接触从而被吸收掉，形成的富液通过管道进入到烟道气除尘及吸收液预热装置中的螺旋管道中被烟道气预加热；

（3）被烟道气加热过的富液进入二氧化碳收集及吸收液再生装置中，通过进一步加热富液，释放出二氧化碳，同时产生贫液体，该贫液体中溶解的二氧化碳浓度低于在富液体中二氧化碳的浓度；产生的二氧化碳被不断地抽离出去，以保持吸收液液面上方的空间处于微负压状态；

（4）输送贫液体的管道通过吸收液冷却喷淋装置喷洒的喷淋液，以达到冷却贫液的效果，冷却后的贫液被送往二氧化碳吸收装置顶部进行循环利用。