CN112957902A - 火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***和方法，***包括二氧化碳反应吸收塔，二氧化碳反应吸收塔下部设置有开设有烟气入口的塔底输气管路，上部设置有用于输入氢氧化钠溶液的进液口；烟气入口连接至火电厂的锅炉净烟气连接管路，二氧化碳反应吸收塔通过吸收液供液管路和氢氧化钠进料***连接，二氧化碳反应吸收塔通过反应液排放管路和溶液储存罐或微藻养殖水槽连接。利用二氧化碳吸收塔，通过曝气或喷淋雾化技术，使氢氧化钠溶液和烟气的对流混合反应，利用低价的氢氧化钠溶液实现高效的二氧化碳吸收即碳捕捉。

Description

火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***和方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳减排领域，特别涉及一种利用二氧化碳吸收塔实现烟气中的二氧化碳吸收和捕捉。
背景技术
随着世界工业化水平的提高，越来越多化石燃料的使用和土地利用的变化，加剧了大气中二氧化碳的温室效应。人为活动造成的二氧化碳含量增加，正被日渐关注。在所有二氧化碳气体排放源头中，燃煤火电厂排放的二氧化碳量占主要部分，因此，如何实现火电厂锅炉烟气中的二氧化碳气体的捕捉和处理，成为未来火电厂碳减排的关键。
同时二氧化碳在农业、机械、化工合成、食品等众多领域均有广泛的应用。烟道气二氧化碳的回收不仅是缓解二氧化碳排放危机最直接同时有效的手段,还能降低生产成本。
用于分离锅炉烟道气中二氧化碳的方法一般有物理吸收法、化学吸收法、薄膜法、化学吸附法几种，其中以化学吸收法较为常用。二氧化碳的化学处理技术包含二氧化碳与其它物质间(如各级醇胺、氢氧化钠、碳酸钠、氨气或氨水等)一种或更多发生可逆反应以达到分离效果。
目前的化学吸收法烟气与吸收液混合采用喷淋或曝气的工艺，混合效果一般。而且目前的吸收液成本较高，如果能够用成本低廉的吸收液取代现有吸收液，则项目经济性会大大提高。
发明内容
本发明提供了火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***和方法，降低二氧化碳吸收即碳捕捉成本。
为达到上述目的，本发明所述火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，包括二氧化碳反应吸收塔、氢氧化钠进料***、碳酸氢钠溶液供应管路，二氧化碳反应吸收塔下部设置有连接塔底输气管路的烟气入口，上部设置有用于输入氢氧化钠溶液的进液口；烟气入口连接至火电厂的锅炉净烟气连接管路，进液口通过吸收液供液管路和氢氧化钠进料***连接，二氧化碳反应吸收塔通过反应液排放管路和溶液储存罐连接。
进一步的，氢氧化钠进料***和火电厂内的电解盐水制烧碱的电解槽连接，电解盐水制烧碱的电解槽由火电厂调峰调频富余电力供电。
进一步的，电解盐水制烧碱的电解槽的氢气出口通过管道送入锅炉补燃或钢瓶储存或对外管道输送，电解盐水制烧碱的电解槽的氯气出口连接至压缩钢瓶。
进一步的，二氧化碳反应吸收塔底部为氢氧化钠溶液或反应液溶液，锅炉净烟气以悬空射流、浸没在溶液***流、烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合、烟气从溶液底部的曝气管曝气方式中的任意一种或组合，实现烟气与氢氧化钠溶液及反应液的充分的混合和反应。
进一步的，氢氧化钠溶液从进液口以悬空射流、浸没在溶液***流、烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合方式中的任意一种或组合。
进一步的，二氧化碳反应吸收塔中设置有喷淋单元和/或吸收液射流喷嘴，喷淋单元和/或吸收液射流喷嘴与通过吸收液供液管路和氢氧化钠进料***连接。
进一步的，二氧化碳反应吸收塔顶部引出有二氧化碳回收管路，二氧化碳回收管路连接至锅炉净烟气连接管路，二氧化碳回收管路上设置有截止控制阀及气体干燥器。
进一步的，二氧化碳反应吸收塔顶部设置二氧化碳浓度监测装置。
一种利用权利上述的吸收***的火电厂烟气二氧化碳吸收方法，包括以下步骤：
S1：根据火电厂周边用地情况，规划烟气二氧化碳吸收***的规模，确定进入吸收***的烟气流量；
S2：根据火电厂机组容量，设置电解盐水制烧碱装置，或外购烧碱配置溶液供给吸收***；
S3：根据火电厂烟囱排烟情况，设计净烟气连接管路路由连接至二氧化碳反应吸收塔，将烟气中的二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸氢钠溶液送入微藻养殖水槽或送入溶液储存罐进行储存；
S4：设置***控制程序，对***各部位的温度、压力、二氧化碳浓度、氮气浓度、气压、碳酸氢钠溶液浓度、氢氧化钠溶液浓度和溶液流量参数监测控制单元，用于实现实时监测及对上述参数的精确控制。
S5：二氧化碳反应吸收塔顶部设置二氧化碳浓度监测装置，当顶部二氧化碳浓度低于一定数值时，引出的二氧化碳回收管路的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至火电厂烟囱或直接对空排放。
进一步的，S3中，氢氧化钠进料***向二氧化碳反应吸收塔输入的氢氧化钠溶液浓为10％～100％，送入微藻养殖水槽或送入溶液储存罐进的碳酸氢钠溶液浓度为5％～80％。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
利用二氧化碳吸收塔，通过以悬空射流、浸没在溶液***流以及烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合方式中的任意一种或组合，使氢氧化钠溶液与烟气在塔内充分混合反应，生成反应液落入吸收塔底部，实现高效二氧化碳与氢氧化钠溶液的混合和反应。利用低价的氢氧化钠溶液实现高效的二氧化碳吸收即碳捕捉。
进一步的，利用火电厂调峰调频富余电力电解氯化钠盐水低价生产氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液利用火电厂调峰调频富余电力电解氯化钠盐水生产，降低了生产成本，且能够辅助火电厂进行调峰调频。
进一步的，利用终产物碳酸氢钠溶液养殖微藻，实现最终的碳捕捉和碳封存。
进一步的，二氧化碳反应吸收塔顶部引出有二氧化碳回收管路，所述二氧化碳回收管路连接至锅炉净烟气连接管路，实现未参与反应吸收逃逸的二氧化碳气体返回净烟气连接管路，重新进入反应吸收塔内进行进一步反应吸收。
进一步的，二氧化碳反应吸收塔顶部设置二氧化碳浓度监测装置，当顶部二氧化碳浓度低于设定值时，引出的二氧化碳回收管路的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至锅炉烟囱或直接对空排放。
本发明所述的方法，利用氢氧化钠溶液吸收液进行二氧化碳吸收，根据进入吸收***的烟气流量；确定吸收液的化学物质种类及具体的吸收方法和工艺路线，提高二氧化碳吸收效率，降低二氧化碳吸收成本。
附图说明
图1为具体实施例1的示意图；
图2为具体实施例2的示意图；
图3为实施例4流程示意图。
附图中：1、二氧化碳反应吸收塔，2、氢氧化钠进料***，3、溶液储存罐，4、锅炉净烟气连接管路，5、第一气体干燥器，6、第一压力控制阀，7、第一截止控制阀，8、反应液排放管路，9、进料泵，10、火电厂，12、微藻养殖水槽，13、吸收液供液管路，17、烟气供给管路，20、二氧化碳回收管路，23、第二截止控制阀，24、第二气体干燥器，25、第三截止控制阀，26、第二压力控制阀，27、NaHCO3供应管路，28、电解盐水制烧碱的电解槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。
实施例1
请参考图1，火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，包括火电机组锅炉、汽轮机、发电机及其附属设备，火电厂10的锅炉净烟气连接管路4通过烟气供给管路17连接至二氧化碳反应吸收塔1中的塔底输气管路，塔底输气管路上开设有烟气入口，二氧化碳反应吸收塔1上部设置有用于输入氢氧化钠溶液的进液口；烟气供给管路17上沿着净烟气流动方向依次设置有第一气体干燥器5、第一压力控制阀6、和第一截止控制阀7，二氧化碳反应吸收塔1通过吸收液供液管路13和氢氧化钠进料***2连接；吸收液供液管路13上设置有进料泵9和第二截止控制阀23，二氧化碳反应吸收塔1通过反应液排放管路8和溶液储存罐3反应液排放管路8上设置有第三截止控制阀25。
二氧化碳反应吸收塔1通过二氧化碳回收管路20和烟气供给管路17连接，二氧化碳回收管路20上沿着介质输送方向依次设置有第二气体干燥器24和第二压力控制阀26，实现未参与反应吸收逃逸的二氧化碳气体返回净烟气连接管路，重新进入反应吸收塔内进行进一步反应吸收。
二氧化碳反应吸收塔1底部为氢氧化钠溶液，烟气从溶液底部通入溶液中与溶液反应；或采用烟气从底部进入塔内，氢氧化钠溶液通过雾化喷嘴从塔上部进入塔内，利用雾化溶液液滴从上到下与烟气从下向上的对流混合反应，生成碳酸氢钠溶液。
锅炉净烟气以悬空射流、浸没在溶液***流、烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合、烟气从溶液底部的曝气管曝气等方式中的任意一种或组合，实现烟气与氢氧化钠溶液及反应液的充分的混合和反应。
二氧化碳反应吸收塔1底部为氢氧化钠溶液或反应液溶液，氢氧化钠溶液以悬空射流、浸没在溶液***流、烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合等方式中的任意一种或组合，实现氢氧化钠溶液与烟气的充分的混合和反应，氢氧化钠溶液浓度为10％，碳酸氢钠溶液浓度范围为5％。
二氧化碳反应吸收塔1顶部设置二氧化碳浓度监测装置，当二氧化碳反应吸收塔1顶部二氧化碳浓度低于设定值时，引出的二氧化碳回收管路20的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至锅炉烟囱或直接对空排放。
优选的，二氧化碳吸收***还包括对***各部位的温度、压力、二氧化碳浓度、氮气浓度、气压、氢氧化钠溶液浓度、反应液浓度、溶液流量等参数监测控制单元，用于实现实时监测及对上述参数的精确控制。
实施例2
请参考图2，火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，包括火电机组锅炉、汽轮机、发电机及其附属设备，火电厂10的锅炉净烟气连接管路4通过烟气供给管路17连接至二氧化碳反应吸收塔1，二氧化碳反应吸收塔1下部设置有连接塔底输气管路的烟气入口，上部设置有用于输入氢氧化钠溶液的进液口；烟气供给管路17连接上沿着净烟气流动方向依次设置有第一气体干燥器5、第一压力控制阀6、和第一截止控制阀7，二氧化碳反应吸收塔1通过吸收液供液管路13和氢氧化钠进料***2连接；吸收液供液管路13上设置有进料泵9和第二截止控制阀23，二氧化碳反应吸收塔1通过NaHCO3供应管路27和微藻养殖水槽12连接，反应液排放管路8上设置有第三截止控制阀25，满足培养液中需要的补碳量及调整水槽溶液PH值，补充碳酸氢钠溶液至微藻养殖水槽，满足微藻对碳酸氢根离子的吸收，从而满足微藻补碳需求。反应液排放管路8上设置有第三截止控制阀25。
二氧化碳反应吸收塔1通过二氧化碳回收管路20和烟气供给管路17连接，二氧化碳回收管路20上沿着介质输送方向依次设置有第二气体干燥器24和第二压力控制阀26，实现未参与反应吸收逃逸的二氧化碳气体返回净烟气连接管路，重新进入反应吸收塔内进行进一步反应吸收。
二氧化碳反应吸收塔1底部为氢氧化钠溶液或反应液溶液，氢氧化钠溶液浓度为45％，碳酸氢钠溶液浓度范围为42％。
二氧化碳反应吸收塔1顶部设置二氧化碳浓度监测装置，当二氧化碳反应吸收塔1顶部二氧化碳浓度低于设定值时，引出的二氧化碳回收管路20的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至锅炉烟囱或直接对空排放。
锅炉净烟气以悬空射流、浸没在溶液***流、烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合、烟气从溶液底部的曝气管曝气等方式中的任意一种或组合，实现烟气与氢氧化钠溶液及反应液的充分的混合和反应。
氢氧化钠溶液通过雾化喷嘴或喷淋喷头从上部进入二氧化碳反应吸收塔1内，利用雾化或喷淋的氢氧化钠溶液液滴从上到下与烟气从下向上的对流混合反应，生成反应液落入二氧化碳反应吸收塔1底部。
优选的，二氧化碳吸收***还包括对***各部位的温度、压力、二氧化碳浓度、氮气浓度、气压、氢氧化钠溶液浓度、反应液浓度、溶液流量等参数监测控制单元，用于实现实时监测及对上述参数的精确控制。
氢氧化钠溶液来自于火电厂内的电解盐水制烧碱的电解槽11；电解盐水制烧碱的电解槽11所用电力为火电厂调峰调频富余电力。电解盐水制烧碱的电解槽产生的氢气送入锅炉补燃或钢瓶储存或对外管道输送，产生的氯气压缩钢瓶储存对外销售。
实施例3
请参考图2，火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，包括火电机组锅炉、汽轮机、发电机及其附属设备，火电厂的锅炉净烟气连接管路4通过烟气供给管路17连接至二氧化碳反应吸收塔1，二氧化碳反应吸收塔1下部设置有连接塔底输气管路的烟气入口，上部设置有用于输入氢氧化钠溶液的进液口；烟气供给管路17连接上沿着净烟气流动方向依次设置有第一气体干燥器5、第一压力控制阀6、和第一截止控制阀7，二氧化碳反应吸收塔1通过吸收液供液管路13和氢氧化钠进料***连2接；吸收液供液管路13上设置有进料泵9和第二截止控制阀23，二氧化碳反应吸收塔1通过NaHCO3供应管路27和微藻养殖水槽12连接，反应液排放管路8上设置有第三截止控制阀25，满足培养液中需要的补碳量及调整水槽溶液PH值，补充碳酸氢钠溶液至微藻养殖水槽，满足微藻对碳酸氢根离子的吸收，从而满足微藻补碳需求。反应液排放管路8上设置有第三截止控制阀25。
二氧化碳反应吸收塔1通过二氧化碳回收管路20和烟气供给管路17连接，二氧化碳回收管路20上沿着介质输送方向依次设置有第二气体干燥器24和第二压力控制阀26，实现未参与反应吸收逃逸的二氧化碳气体返回净烟气连接管路，重新进入反应吸收塔内进行进一步反应吸收。
二氧化碳反应吸收塔1顶部设置二氧化碳浓度监测装置，当二氧化碳反应吸收塔1顶部二氧化碳浓度低于设定值时，引出的二氧化碳回收管路20的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至锅炉烟囱或直接对空排放。
二氧化碳反应吸收塔1底部为氢氧化钠溶液或反应液溶液，氢氧化钠溶液浓度为100％，碳酸氢钠溶液浓度范围为85％。
锅炉净烟气从溶液底部的曝气管曝气的方式，实现烟气与氢氧化钠溶液及反应液的充分的混合和反应。氢氧化钠溶液通过雾化喷嘴或喷淋喷头从上部进入二氧化碳反应吸收塔1内，利用雾化或喷淋的氢氧化钠溶液液滴从上到下与烟气从下向上的对流混合反应，生成反应液落入二氧化碳反应吸收塔1底部。
优选的，二氧化碳吸收***还包括对***各部位的温度、压力、二氧化碳浓度、氮气浓度、气压、氢氧化钠溶液浓度、反应液浓度、溶液流量等参数监测控制单元，用于实现实时监测及对上述参数的精确控制。
氢氧化钠溶液来自于火电厂内的电解盐水制烧碱的电解槽11；电解盐水制烧碱的电解槽11所用电力为火电厂调峰调频富余电力。电解盐水制烧碱的电解槽产生的氢气送入锅炉补燃或钢瓶储存或对外管道输送，产生的氯气压缩钢瓶储存对外销售。
实施例4
如图3所示，基于实施例1、实施例2或实施例3所述的***的烟气二氧化碳吸收方法，包括以下步骤：
S1：根据火电厂周边用地情况，规划设计烟气二氧化碳吸收***的规模，特别是确定进入吸收***的烟气流量；
S2：根据火电厂机组情况(如机组容量等)，设置电解盐水制烧碱装置，或外购烧碱配置溶液供给烟气二氧化碳吸收***；
S3：根据火电厂烟囱排烟情况，设计净烟气连接管路路由连接至二氧化碳吸收塔，将烟气中的二氧化碳与二氧化碳反应吸收塔1中的氢氧化钠溶液反应，生成碳酸氢钠溶液送入微藻养殖水槽12或送入溶液储存罐3进行储存；
S4：设置***控制程序，对***各部位的温度、压力、二氧化碳浓度、氮气浓度、气压、碳酸氢钠溶液浓度、氢氧化钠溶液浓度、溶液流量等参数监测控制单元，用于实现实时监测及对上述参数的精确控制。
S5：当顶部二氧化碳浓度低于设定值时，二氧化碳回收管路20的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至火电厂烟囱或直接对空排放。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的锅炉烟气二氧化碳吸收***及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，包括二氧化碳反应吸收塔(1)、氢氧化钠进料***(2)、碳酸氢钠溶液供应管路(13)，所述二氧化碳反应吸收塔(1)下部设置有连接塔底输气管路的烟气入口，上部设置有用于输入氢氧化钠溶液的进液口；烟气入口连接至火电厂的锅炉净烟气连接管路(4)，所述进液口通过吸收液供液管路(13)和氢氧化钠进料***(2)连接，所述二氧化碳反应吸收塔(1)通过反应液排放管路(8)和溶液储存罐(3)连接。
2.根据权利要求1所述的火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，所述氢氧化钠进料***(2)和火电厂内的电解盐水制烧碱的电解槽(11)连接，所述电解盐水制烧碱的电解槽(11)由火电厂调峰调频富余电力供电。
3.根据权利要求2所述的火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，所述电解盐水制烧碱的电解槽(11)的氢气出口通过管道送入锅炉补燃或钢瓶储存或对外管道输送，所述电解盐水制烧碱的电解槽(11)的氯气出口连接至压缩钢瓶。
4.根据权利要求1所述的锅炉烟气二氧化碳吸收***，其特征在于，所述二氧化碳反应吸收塔(1)底部为氢氧化钠溶液或反应液溶液，锅炉净烟气以悬空射流、浸没在溶液***流、烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合、烟气从溶液底部的曝气管曝气方式中的任意一种或组合，实现烟气与氢氧化钠溶液及反应液的充分的混合和反应。
5.根据权利要求1所述的火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，氢氧化钠溶液从进液口以悬空射流、浸没在溶液***流以及烟气与氢氧化钠溶液通过射气引流抽气器混合方式中的任意一种或组合。
6.根据权利要求1所述的火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，所述二氧化碳反应吸收塔(1)中设置有喷淋单元和/或吸收液射流喷嘴(22)，所述喷淋单元和/或吸收液射流喷嘴(22)与通过吸收液供液管路(13)和氢氧化钠进料***(2)连接。
7.根据权利要求1所述的火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，所述二氧化碳反应吸收塔(1)顶部引出有二氧化碳回收管路(20)，所述二氧化碳回收管路(20)连接至锅炉净烟气连接管路(4)，所述二氧化碳回收管路(20)上设置有截止控制阀及气体干燥器。
8.根据权利要求1所述的火电厂烟气烧碱溶液二氧化碳吸收***，其特征在于，所述二氧化碳反应吸收塔(1)顶部设置二氧化碳浓度监测装置。
9.一种利用权利要求1至8任一项所述的吸收***的火电厂烟气二氧化碳吸收方法，包括以下步骤：
S1：根据火电厂周边用地情况，规划烟气二氧化碳吸收***的规模，确定进入吸收***的烟气流量；
S2：根据火电厂机组容量，设置电解盐水制烧碱装置，或外购烧碱配置溶液供给吸收***；
S3：根据火电厂烟囱排烟情况，设计净烟气连接管路路由连接至二氧化碳反应吸收塔(1)，将烟气中的二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸氢钠溶液送入微藻养殖水槽(12)或送入溶液储存罐(3)进行储存；
S4：设置***控制程序，对***各部位的温度、压力、二氧化碳浓度、氮气浓度、气压、碳酸氢钠溶液浓度、氢氧化钠溶液浓度和溶液流量参数监测控制单元，用于实现实时监测及对上述参数的精确控制；
S5：所述二氧化碳反应吸收塔(1)顶部设置二氧化碳浓度监测装置，当顶部二氧化碳浓度低于一定数值时，引出的二氧化碳回收管路(20)的对空排放阀门打开，将剩余烟气排放至火电厂烟囱或直接对空排放。
10.根据权利要求9所述的火电厂烟气二氧化碳吸收方法，其特征在于，所述S3中，氢氧化钠进料***(2)向二氧化碳反应吸收塔(1)输入的氢氧化钠溶液浓为10％～100％，送入微藻养殖水槽(12)或送入溶液储存罐(3)进的碳酸氢钠溶液浓度为5％～80％。
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