CN115970463A - 一种烟气预处理与碳捕集一体化*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其将烟气预处理设备与烟道相融合，把碳捕集与分解单元按高低位一体化布置，优化了捕集***的构成，降低了设备的维护工作量，节约了碳捕集装置的整体能耗，具有节能、环保、设备腐蚀弱的特点。其包括：烟气预处理单元，其包括烟气进口烟道、多相流分离器、烟气出口烟道、气液换热器；碳捕集与分解单元，其包括碳捕集塔、塔‑器连接管排、碳分解器；以及二氧化碳收集储存单元；烟气进口烟道通过多相流分离器后连通烟气出口烟道，烟气出口烟道上集成有气液换热器，烟气出口烟道内的烟气连接气液换热器的第一换热气行程内，气液换热器的第一换热气行程的出口端再次连通至烟气出口烟道的后段。

Description

一种烟气预处理与碳捕集一体化***

技术领域

本发明涉及烟气二氧化碳捕集的技术领域，具体为一种烟气预处理与碳捕集一体化***。

背景技术

二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)技术不仅是未来我国钢铁水泥等难减排行业减少二氧化碳(CO2)排放不可或缺的可行技术，也是保障能源安全、实现可持续发展的重要手段。依照现在的技术发展，《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)》预测2050年和2060年，需要通过CCUS技术实现的二氧化碳减排量分别为6～14亿吨和10～18亿吨。目前在建的国内最大煤电碳捕集利用与封存示范工程，为国家能源集团江苏公司50万吨/年碳捕集与资源化示范项目，捕集的CO2供给驱油用40万吨/年，食品级销售10万吨/年。拟建的华能陇东能源基地的百万机组规划了150万吨CO2捕集示范工程，捕集的CO2用于长庆油田、驱油和地质封存。可见，相比亿吨级减排量需求而言，碳捕集技术发展空间巨大。

碱金属基碳酸盐(M₂CO₃，这里M＝K，Na，Li)吸收剂因应用于低温区段，运行温度在60℃～110℃，分解温度在100℃～200℃，理论CO2吸收量大，故受到了研究者的青睐。其相关反应式如下。

吸收CO2反应：

ΔH＝-135kJ/mol(M＝Na)或-141kJ/mol(M＝K)

分解产生CO2反应：

申请公开号为CN108014603A的中国专利，公布了一种结晶氨法蒸汽再生捕碳***，其结构包括吸收塔、水洗塔、结晶器、乙醇罐、固液分离器、再生塔、吹扫蒸汽提供装置、冷凝器和闪蒸分离装置。适用于烟气中低分压、低压降二氧化碳的捕集，突破传统有机胺法和结晶氨法捕碳工艺，但是对经过脱硫脱硝除尘后的烟气残留杂质气体(如HCl、SO2等)的影响未采取措施上的控制。

申请公开号为CN201620593829.1的中国发明专利提供了一种燃煤烟气湿式脱硫脱硝及除尘组合一体化装置，能有效处理各种富含灰尘、氮氧化物、二氧化硫的复杂废气，降低烟气的排放温度，能够对处理后的废液进行回收再利用，然而整个***组成仍然相对复杂，维护检修工作量大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其将烟气预处理设备与烟道相融合，把碳捕集与分解单元按高低位一体化布置，优化了捕集***的构成，降低了设备的维护工作量，节约了碳捕集装置的整体能耗，具有节能、环保、设备腐蚀弱的特点。

一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于，其包括：

烟气预处理单元，其包括烟气进口烟道、多相流分离器、烟气出口烟道、气液换热器；

碳捕集与分解单元，其包括碳捕集塔、塔-器连接管排、碳分解器；

以及二氧化碳收集储存单元；

所述烟气进口烟道通过多相流分离器后连通烟气出口烟道，所述烟气出口烟道上集成有气液换热器，所述烟气出口烟道内的烟气连接所述气液换热器的第一换热气行程内，所述气液换热器的第一换热气行程的出口端再次连通至所述烟气出口烟道的后段，所述烟气出口烟道的出口端通入所述碳捕集塔的烟气入口端，所述碳捕集塔的上部设置有喷淋结构，所述碳捕集塔的底部设置有产物溶液放置区，所述产物溶液放置区的输出口连接有塔-器连接管排的输入端，所述塔-器连接管排的输出端连接至所述碳分解器的内腔的输入口，所述碳分解器的内腔内设置有蒸汽盘管，所述碳分解器的底部一侧通过回流管路将产物溶液分解后的吸收液排出，所述碳分解器的顶部通过管路连接至所述二氧化碳收集储存单元；

所述碳捕集塔与碳分解器采用高低位布置，所述碳捕集塔布置位置高于碳分解器布置位置。

其进一步特征在于：

所述二氧化碳收集储存单元包括CO2引风机、除水器、压缩机、储气罐，所述碳分解器的顶部通过管路顺次连接CO2引风机、除水器、压缩机后进入对应的储气罐内；

所述碳分解器的顶部设置有二氧化碳除雾器，经过二氧化碳除雾器的二氧化碳沿着管路流向所述二氧化碳收集储存单元，二氧化碳除雾器用于降低水滴携带；

其还包括吸收液储罐，所述吸收液储罐的输出端通过吸收液循环泵以及对应的管路连接至所述喷淋结构的入口，所述吸收液储罐内放置有碱金属基碳酸盐溶液；

所述蒸汽盘管包括外露于碳分解器的蒸汽进口、蒸汽出口，所述蒸汽出口通过旁通管路流入气液换热器的第二换热液体行程后、通过流出管路流入至所述吸收液储罐内，所述蒸汽出口流出的疏水用于调节经多相流分离器预处理后的烟气温度、使得碳捕集塔运行在稳定温度水平；

所述碳分解器的回流管路回流至所述吸收储液罐内，所述回流管路设置有回流泵；

所述碳捕集塔的产物溶液放置区的输出口的位置高于所述碳分解器的内腔的输入口；

所述碳捕集塔处于0Pa～+300Pa的常压及微正压运行，所述碳捕集塔的上部空间是脱碳后的净烟气区，所述碳捕集塔的下部空间是产物液态区，所述碳捕集塔内烟气温度在40℃～70℃；

所述碳分解塔采用微负压运行方式，上部空间是分解产生的气态二氧化碳区，下部空间是再生后的吸收液区，所述碳分解塔运行压力控制在-100Pa～0Pa，产物溶液分解温度在80℃～160℃；

所述塔-器连接管排是由两组以上管道与可远程控制的阀门组成，其用以控制调节碳捕集塔中洗涤产物溶液进入碳分解器的流量，所述塔-器连接管排通过远程控制或就地操作控制，具有单独一排运行或多排同时运行的能力，产物溶液的自流动利用液位差压实现；

所述二氧化碳捕集与分解单元的设备对压力、温度、液位、流量设置有智能监控与远程控制***、及防爆组件的安全元件。

采用本发明后，经过了脱硝、除尘、脱硫处理后的烟气首先进入烟气预处理单元的烟气进口烟道、通过多相流分离器，净化后的烟气流向烟气出口烟道，烟气出口烟道上安装有气液换热器，换热提升温度后的烟气进入碳捕集塔，在碳捕集塔上部喷淋碱金属基碳酸盐溶液，脱碳后的烟气，经烟气除雾器排入烟囱；形成的产物溶液落入碳捕集塔下部，，并在液位差压的作用下，通过塔-器连接管排自动流入碳分解器，产物溶液在碳分解器中由蒸汽盘管对产物溶液进行加热，促进产物溶液分解，生成的CO2气体通过管路连接至二氧化碳收集储存单元，其将烟气预处理设备与烟道相融合，把碳捕集与分解单元按高低位一体化布置，优化了捕集***的构成，降低了设备的维护工作量，节约了碳捕集装置的整体能耗，具有节能、环保、设备腐蚀弱的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意简图。

具体实施方式

一种烟气预处理与碳捕集一体化***，见图1，其包括烟气预处理单元、碳捕集与分解单元、以及二氧化碳收集储存单元；烟气预处理单元包括烟气进口烟道1、多相流分离器2、烟气出口烟道3、气液换热器33；碳捕集与分解单元包括碳捕集塔8、塔-器连接管排9、碳分解器11；

烟气进口烟道1通过多相流分离器2后连通烟气出口烟道3，

烟气出口烟道3内的烟气连接气液换热器33的第一换热气行程的入口端，气液换热器33的第一换热气行程的出口端再次连通至烟气出口烟道3的后段，烟气出口烟道3的出口端通入碳捕集塔8的烟气入口端，碳捕集塔的上部设置有喷淋结构81，碳捕集塔8的顶部出口设置有烟气出雾器7后连通外部烟囱，碳捕集塔8的底部设置有产物溶液放置区，产物溶液放置区的输出口连接有塔-器连接管排9的输入端，塔-器连接管排9的输出端连接至碳分解器11的内腔的输入口，碳分解器11的内腔内设置有蒸汽盘管30，碳分解器11的底部一侧通过回流管111路将产物溶液分解后的吸收液排出，碳分解器11的顶部通过管路连接至二氧化碳收集储存单元；

碳捕集塔8与碳分解器11采用高低位布置，碳捕集塔8布置位置高于碳分解器11布置位置。

具体实施时，二氧化碳收集储存单元包括CO2引风机12、除水器13、压缩机(图中未画出、属于常规成熟结构)、储气罐14，碳分解器11的顶部通过管路顺次连接CO2引风机12、除水器13、压缩机后进入对应的储气罐14内；

碳分解器11的顶部设置有二氧化碳除雾器10，经过二氧化碳除雾器10的二氧化碳沿着管路流向二氧化碳收集储存单元，二氧化碳除雾器10用于降低水滴携带；

其还包括吸收液储罐20，吸收液储罐20的输出端通过吸收液循环泵21以及对应的管路连接至喷淋结构81的入口，吸收液储罐20内放置有碱金属基碳酸盐溶液；

蒸汽盘管30包括外露于碳分解器的蒸汽进口31、蒸汽出口32，蒸汽出口32通过旁通管路34流入气液换热器33的第二换热液体行程后、通过流出管路35流入至吸收液储罐20内，蒸汽出口32流出的疏水用于调节经多相流分离器2预处理后的烟气温度、使得碳捕集塔运行在稳定温度水平；

碳分解器11的回流管路111回流至吸收储液罐20内，回流管路111设置有回流泵22；

碳捕集塔8的产物溶液放置区的输出口的位置高于碳分解器11的内腔的输入口。

具体实施时，碳捕集塔8的底部支承于第一基体5，碳分解器11的底部支承于第二基体6，第一基体5的上表面高于碳分解器11的上表面。

具体实施时，经多相流分离器2预处理后的烟气，达到如下条件：

a)烟气温度应不大于40℃；

b)烟尘浓度应不大于5mg/m(273K，101.325kPa标准状态下干烟气条件的数值)；

c)SO_x浓度应不大于10mg/m³(273K，101.325kPa标准状态下干烟气条件的数值)；

d)NO_x浓度应不大于50mg/m³(273K，101.325kPa标准状态下干烟气条件的数值)；

e)HCl浓度应不大于5mg/m³；

碳捕集塔8处于0Pa～+300Pa的常压及微正压运行，碳捕集塔8的上部空间是脱碳后的净烟气区，碳捕集塔8的下部空间是产物液态区，碳捕集塔8内烟气温度在40℃～70℃；

碳分解塔11采用微负压运行方式，上部空间是分解产生的气态二氧化碳区，下部空间是再生后的吸收液区，碳分解塔11运行压力控制在-100Pa～0Pa，产物溶液分解温度在80℃～160℃；

塔-器连接管排9是由两组以上管道与可远程控制的阀门组成，其用以控制调节碳捕集塔8中洗涤产物溶液进入碳分解器的流量，塔-器连接管排9通过远程控制或就地操作控制，具有单独一排运行或多排同时运行的能力，产物溶液的自流动利用液位差压实现；

二氧化碳捕集与分解单元的设备对压力、温度、液位、流量设置有智能监控与远程控制***、及防爆组件的安全元件。

具体实施时，其还包括有废料箱4，多相流分离器3分离出的废料通过管路排入废料箱4，碳捕集塔8的底部通过两组高低布置的管路和阀门连接废料箱，当碳捕集塔8的底部堵塞时用于流通作业。

具体实施例一：根据地形条件，碳捕集塔8采用高基础布置(基础上表面高于碳分解器)、碳分解器采用0米标高布置，塔-器连接管排9采用2组，每组2根支管布置。

具体实施例二：根据地形特点，碳捕集塔8采用0米标高布置，碳分解器11下沉布置，塔-器连接管排9采用3组，每组2根支管布置器。

其工作原理如下：经过了脱硝、除尘、脱硫处理后的烟气首先进入烟气预处理单元的烟气进口烟道，其内置有多相流分离器，净化后的烟气流向烟气出口烟道，烟气出口烟道内安装有气液换热器，换热提升温度后的烟气进入碳捕集塔。在碳捕集塔上部喷淋碱金属基碳酸盐溶液，脱碳后的烟气，经烟气除雾器排入烟囱。形成的产物溶液落入碳捕集塔下部，并在液位差压的作用下，自动通过塔-器连接管排，流入碳分解器，产物溶液在碳分解器中由蒸汽盘管对产物溶液进行加热，促进产物溶液分解，生成的CO2气体经过二氧化碳除雾器降低水滴携带后，由CO2引风机送入除水器进一步除水干燥，然后通过压缩机，压入CO2储气罐暂存待利用。

产物溶液分解热源来自辅助蒸汽，辅助蒸汽从蒸汽进口进入碳分解器，间接加热产物溶液，促使快速分解释放二氧化碳，换热后的辅助蒸汽由蒸汽出口排出，由此形成的疏水由疏水泵送到气液换热器，用以调节经多相流分离器预处理后的烟气温度，以使碳捕集塔运行在稳定温度水平。

碳分解器中的产物溶液分解后形成吸收液，回送至吸收液储罐，由吸收液循环泵，重新喷入碳捕集塔内完成吸收液的循环使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于，其包括：

烟气预处理单元，其包括烟气进口烟道、多相流分离器、烟气出口烟道、气液换热器；

碳捕集与分解单元，其包括碳捕集塔、塔-器连接管排、碳分解器；

以及二氧化碳收集储存单元；

所述烟气进口烟道通过多相流分离器后连通烟气出口烟道，所述烟气出口烟道上集成有气液换热器，所述烟气出口烟道内的烟气连接所述气液换热器的第一换热气行程内，所述气液换热器的第一换热气行程的出口端再次连通至所述烟气出口烟道的后段，所述烟气出口烟道的出口端通入所述碳捕集塔的烟气入口端，所述碳捕集塔的上部设置有喷淋结构，所述碳捕集塔的底部设置有产物溶液放置区，所述产物溶液放置区的输出口连接有塔-器连接管排的输入端，所述塔-器连接管排的输出端连接至所述碳分解器的内腔的输入口，所述碳分解器的内腔内设置有蒸汽盘管，所述碳分解器的底部一侧通过回流管路将产物溶液分解后的吸收液排出，所述碳分解器的顶部通过管路连接至所述二氧化碳收集储存单元；

所述碳捕集塔与碳分解器采用高低位布置，所述碳捕集塔布置位置高于碳分解器布置位置。

2.如权利要求1所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述二氧化碳收集储存单元包括CO2引风机、除水器、压缩机、储气罐，所述碳分解器的顶部通过管路顺次连接CO2引风机、除水器、压缩机后进入对应的储气罐内。

3.如权利要求2所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述碳分解器的顶部设置有二氧化碳除雾器，经过二氧化碳除雾器的二氧化碳沿着管路流向所述二氧化碳收集储存单元。

4.如权利要求1所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：其还包括吸收液储罐，所述吸收液储罐的输出端通过吸收液循环泵以及对应的管路连接至所述喷淋结构的入口，所述吸收液储罐内放置有碱金属基碳酸盐溶液。

5.如权利要求4所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述蒸汽盘管包括外露于碳分解器的蒸汽进口、蒸汽出口，所述蒸汽出口通过旁通管路流入气液换热器的第二换热液体行程后、通过流出管路流入至所述吸收液储罐内。

6.如权利要求4所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述碳分解器的回流管路回流至所述吸收储液罐内，所述回流管路设置有回流泵。

7.如权利要求1所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述碳捕集塔的产物溶液放置区的输出口的位置高于所述碳分解器的内腔的输入口。

8.如权利要求1所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述碳捕集塔处于0Pa～+300Pa的常压及微正压运行，所述碳捕集塔的上部空间是脱碳后的净烟气区，所述碳捕集塔的下部空间是产物液态区，所述碳捕集塔内烟气温度在40℃～70℃。

9.如权利要求1所述的一种烟气预处理与碳捕集一体化***，其特征在于：所述碳分解塔采用微负压运行方式，上部空间是分解产生的气态二氧化碳区，下部空间是再生后的吸收液区，所述碳分解塔运行压力控制在-100Pa～0Pa，产物溶液分解温度在80℃～160℃。

10.如权利要求1所述的电站锅炉侧壁的防腐蚀保护的方法，其特征在于：所述塔-器连接管排是由两组以上管道与可远程控制的阀门组成，其用以控制调节碳捕集塔中洗涤产物溶液进入碳分解器的流量，所述塔-器连接管排通过远程控制或就地操作控制，具有单独一排运行或多排同时运行的能力，产物溶液的自流动利用液位差压实现。

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