氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備的製作方法
2023-05-02 22:15:26 1
專利名稱：氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及對燃煤電站鍋爐尾部煙氣的淨化處理技術，具體地指 一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備。
背景技術：
大氣溫室效應是人類面臨的最主要環境問題之一 。二氧化碳是主要的 溫室氣體，火電廠是二氧化碳的集中排放源，其二氧化碳排放量約佔人類
活動引起的二氧化碳總排放量的30%。 一個600MW的火電廠每小時排放 的二氧化碳量可達500噸。因此，為了減少大氣中的二氧化碳含量，首要 的是減少電站鍋爐尾部煙氣向大氣排放二氧化碳。從另一方面講，二氧化 碳作為一種化工原料具有廣泛的用途，可用於食品保鮮、膨化菸絲、生產 甲醇、尿素、可降解塑料等，尤其是石油行業利用二氧化碳驅油技術可以 大大提高採油率，而現階段隨電站鍋爐尾部煙氣排放的二氧化碳大都白白 浪費掉了。
傳統的二氧化碳治理或提取方法有多種，大致可以分為物理方法和化 學方法兩大類。工業應用較多採用化學方法，化學方法主要指化學吸收法， 其原理是使二氧化碳氣體與化學溶劑發生反應而被吸收，吸收二氧化碳達 到平衡的化學溶劑變成富液，富液進入再生塔加熱分解出二氧化碳氣體， 從而達到分離回收二氧化碳的目的。較常見的化學溶劑是乙醇胺類的水溶 液，採用醇胺溶液在吸收塔和再生塔中循環運行，可以得到高濃度的二氧 化碳。但是，醇胺是一種價格昂貴的化工產品，在系統循環中有一定的損 耗率；並且，醇胺與二氧化碳的反應速率較低，需要的反應時間較長，吸 收塔的設計高度較高。另外，吸收塔通常採用填料塔，煙氣中的雜質成分、 吸收劑與二氧化碳反應生成物的結晶顆粒等都容易造成填料層堵塞，導致 吸收塔無法正常工作。同時，填料層結構複雜，設備運行和檢修比較困難。 以上原因均造成採用醇胺溶液回收二氧化碳的成本很高。
電站鍋爐尾部煙氣的特殊性在於其二氧化碳含量偏低、煙氣流量巨大。 經檢測各種類型的電站鍋爐尾部煙氣，其C02濃度約為10~15%。以一個 600MW的發電廠為例，其鍋爐尾部煙氣排放量約2000000Nm3/h。採用上述醇胺溶液脫除二氧化碳時，會造成吸收塔體積龐大，施工、運行和設備 檢修困難，很難達到有效脫除煙氣中二氧化碳並將其回收利用的目的。
發明內容
本實用新型的目的就是要提供一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳 的設備。該設備各部分裝置連接簡單緊湊，投資及運行成本低廉，能夠適 應電站鍋爐尾部煙氣流量巨大、二氧化碳濃度低的特點，有效提高二氧化 碳脫除率。
為實現上述目的，本實用新型所設計的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧 化碳的設備，包括通過管道相連的吸收塔、再生塔、水洗塔、氣液分離器、 乾燥器、壓縮機和冷凝器。所述吸收塔為無填料層的空塔結構，其下部煙 氣進口和頂部煙氣出口之間自下而上依次設置有多孔板、 一級氨水噴淋裝 置、二級氨水噴淋裝置和除霧裝置，其底部設置有眾液沉澱池。所述漿液 沉澱池的側面出口通過再循環泵與一級氨水噴淋裝置相連，所述漿液沉澱 池的底部出口通過富液泵與再生塔的上部進口相連，所述再生塔的上部氣 體進口通過第一冷卻器與水洗塔的下部進口相連，所述水洗塔的上部氣體 出口通過第二冷卻器與氣液分離器的進口相連。所述再生塔和水洗塔的下 部液體出口同時與儲氨罐的輸入口相連，所述儲氨罐的輸出口通過貧液泵 和第三冷卻器與二級氨水噴淋裝置相連。所述氣液分離器的氣體出口依次 與乾燥器、壓縮機、冷凝器和液態二氧化碳儲存槽串連連接。由此，在脫 除煙氣中二氧化碳的同時，通過上述組合為一體的設備對其進行再生、脫 水、乾燥、壓縮和冷凝等連續處理，直至獲得高濃度工業級的液態二氧化 碳。
進一步地，所述一級氨水噴淋裝置和二級氨水噴淋裝置的下方對應設 置有橫截面呈三角形的一級氣流引導環和二級氣流引導環，所述一級氣流 引導環和二級氣流引導環安裝固定在吸收塔的內壁上。這樣，兩級氨水噴
淋裝置、兩級氣流引導環和多孔板對塔中煙氣具有協同作用的效果 一方 面煙氣向上通過多孔板後，氣流分布更加均勻，有利於與氨水溶液充分接 觸；另一方面煙氣在兩級氣流引導環的引導下向塔中心流動，可對沿塔壁 流動的氨水漿液進行再分布，增大氣液兩相流的湍流強度和氣液有效接觸 面積；同時氨水溶液在兩級噴淋裝置的噴射作用下，氨水霧滴分布更加均 勻，使煙氣中的二氧化碳與其具有最大的接觸面積，能夠充分發生化學反 應而被吸收。進一步地，在上述富液泵和貧液泵的輸送管路上還設置有貧富液換熱 器，所述漿液沉澱池的底部出口通過富液泵、貧富液換熱器與再生塔的上 部進口相連，所述儲氨罐的輸出口通過貧富液換熱器、貧液泵和第三冷卻 器與二級氨水噴淋裝置相連。這樣，可以充分利用從再生塔和水洗塔所得 氨水貧液的餘熱，給進入再生塔的富液預熱，同時將貧液冷卻，實現熱交 換的良性循環，節省熱能資源。
進一步地，所述氣液分離器的凝結液出口與水洗塔上的工藝水進口相 連。這樣，可以將分離出來的凝結液重新返回到水洗塔中進行循環，減少 工藝用水量，降低生產成本。
與傳統醇胺溶液脫除煙氣中的二氧化碳設備相比，本實用新型具有以 下突出效果
其一，吸收塔採用無填料層的空塔結構，塔內設置兩級氨水噴淋裝置、 兩級氣流引導環、以及一層多孔板。煙氣通過多孔板後，氣流分布更加均 勻，同時在氣流引導環的作用下，有效消除了因煙氣貼壁流動而造成的短 路現象，且氨水溶液在兩級氨水噴淋裝置的循環噴射作用下，氨水霧滴分 布更加均勻，從而可有效增大煙氣中二氧化碳與氨水溶液的接觸面積，使 兩者發生更加充分的反應，進而提高二氧化碳的脫除率。
其二，通過各種泵和管道將吸收塔、再生塔、水洗塔、冷卻器、氣液 分離器、乾燥器、壓縮機和冷凝器等設備有機地組合成一個完整的工藝體 系，既簡化了設備構成、簡化了工藝流程，又大幅降低了設備的投資、運 行和維護費用。
其三，採用氨水溶液作為吸收劑，氨水溶液的吸收能力為一乙醇胺MEA 的2~3倍，價格僅僅是MEA的1/6，而且氨水與二氧化碳反應生成碳酸氫 銨的再生能耗低。因此，利用氨水溶液可以有效捕集煙氣中二氧化碳，使 二氧化碳脫賒效率達到90%以上，顯著降低二氧化碳捕集成本，特別適合 於處理二氧化碳濃度低、煙氣流量大的燃煤電站鍋爐尾部煙氣。
其四，利用電站鍋爐尾部煙氣變廢為寶，在有效減少二氧化碳溫室氣 體排放的同時獲得工業級液態二氧化碳，既有利於大氣環境汙染的綜合治 理，又有利於循環經濟的良性發展，可實現電站鍋爐尾部煙氣的無害化和 資源化利用，特別符合我國以燃煤發電為主的國情。
附圖為一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述-圖中所示的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備，主要由通過管
道相連的吸收塔l、再生塔12、水洗塔15、氣液分離器20、乾燥器19、壓 縮機18和冷凝器17等組成。吸收塔1為無填料層的空塔結構，其下部煙 氣進口 7和頂部煙氣出口 26之間自下而上依次設置有多孔板6、 一級氨水 噴淋裝置4、 二級氨水噴淋裝置2和除霧裝置25，其底部設置有漿液沉澱 池8。
多孔板6的圓形孔面積與板面積之比率為30 40%，可消除煙氣死角， 使煙氣在吸收塔1內分布均勻。 一級氨水噴淋裝置4和二級氨水噴淋裝置2 的下方對應設置有一級氣流引導環5和二級氣流引導環3。 一級氣流引導環 5和二級氣流引導環3的橫截面呈三角形，由上、下兩塊傾斜布置的鋼板與 吸收塔1的內壁合圍而成，安裝固定在與其對應的氨水噴淋裝置下方 0.6-1.Om處。其可以採用一般鋼材外加防腐塗層製成，也可以採用耐受氨 水漿液衝刷及腐蝕的其它材料製成。其三角形橫截面的設計可以儘量減少 環體對塔內煙氣的阻力，並對塔內煙氣具備一定的導流控制功能。兩級氣 流引導環和兩級氨水噴淋裝置協同作用，可以確保氨水溶液與煙氣中的二 氧化碳充分接觸，達到理想的脫碳效率和良好的節能效果。除霧裝置25可 選用組合除霧裝置，由上、下層除霧濾網和位於上、下層除霧濾網之間的 清洗噴淋機構構成，以完全清除煙氣中的吸收劑液滴。
漿液沉澱池8的側面出口通過再循環泵9與一級氨水噴淋裝置4相連。 漿液沉澱池8的底部出口通過富液泵10、貧富液換熱器11的吸熱管與再生 塔12的上部進口相連。再生塔12的上部氣體進口通過第一冷卻器22與水 洗塔15的下部進口相連，水洗塔15的上部氣體出口通過第二冷卻器21與 氣液分離器20的進口相連。
與再生塔12配套的煮沸器13設置在塔底部外側。再生塔12和水洗塔 15的下部液體出口同時與儲氨罐14的輸入口相連，儲氨罐14的輸出口通 過貧富液換熱器11的放熱管、貧液泵23和第三冷卻器24與二級氨水噴淋 裝置2相連。氣液分離器20的凝結液出口與水洗塔15上的工藝水進口相 連，氣液分離器20的氣體出口依次與乾燥器19、壓縮機18、冷凝器17和 液態二氧化碳儲存槽16串連連接。
本實用新型氨法捕集電站煙氣中二氧化碳的設備的工作原理如下電站鍋爐尾部煙氣經過常規除塵和脫硫處理後，由吸收塔1的下部煙
氣進口7輸入塔中，依次穿越多孔板6、 一級氣流引導環5、 一級氨水噴淋 裝置4、 二級氣流引導環3、 二級氨水噴淋裝置2上行。與此同時，氨水溶 液的霧滴向下噴出。根據煙氣中C02的含量，氨水溶液的摩爾濃度可選擇 在0.6 26mol/L的範圍，煙氣中0)2與氨水溶液的反應溫度可優選在0~45 -C的範圍，並控制氨水溶液中NH3與煙氣中C02的摩爾比為1.0-2.0，反應 壓力優選在l 2atm。此時，煙氣中的C02氣體與氨水溶液在塔內充分逆向 接觸，快速發生化學反應而被氨水溶液吸收。
被氨水溶液吸去C02的煙氣繼續向上流動，經過除霧裝置25脫除霧滴 後，清潔煙氣直接排入大氣。而吸收co2後生成的碳酸氫銨溶液與未完全 反應的氨水落入吸收塔1的漿液沉澱池8，其中部分漿液通過再循環泵9輸 送至一級氨水噴淋裝置4，其餘漿液通過富液泵10輸送到貧富液換熱器11 的吸熱管中，然後從再生塔12的上部進口送入塔內。再生塔12為填料塔， 塔內布置有噴嘴和填料層，碳酸氫銨富液被噴灑在再生塔12的填料層上， 被上升的蒸汽氣提，並經過煮沸器13加熱至100 16(TC，解析出高濃度的 C02氣體，同時使碳酸氫銨富液還原成脫除了 C02的氨水貧液。
氨水貧液自再生塔12的下部液體出口引出，送入儲氨罐14中。C02 氣體、NH3隨同大量的水蒸汽由再生塔12的上部氣體出口流出，經第一冷 卻器22降溫至50 8(TC，從水洗塔15的下部進口輸入塔內，水洗塔15也 為填料塔，塔內布置有噴嘴和填料層，工藝水被均勻噴灑在填料層上，在 水洗塔15中氨氣被工藝水吸收形成氨水，從水洗塔15的底部液體出口送 入儲氨罐14中，高濃度的C02氣體由水洗塔15的上部氣體出口流出，進 入第二冷卻器21中，氣流被冷卻至25 35"C，其中的水蒸汽被凝結出來。 儲氨罐14中的氨水通過輸出口進入貧富液換熱器11的放熱管，再依次由 貧液泵23 、第三冷卻器24進入二級氨水噴淋裝置2中。
經過第二冷卻器21處理的高濃度C02氣體則從氣液分離器20的進口 輸入，通過離心作用將C02氣體中夾帶的凝液分離出來，獲得純度高於99% 的C02氣體。所分離出的凝液從氣液分離器20的凝結液出口流出，重新送 入水洗塔15中循環。所分離出的高純度C02氣體則送入乾燥器19，經乾燥 處理後再送至壓縮機18，經壓縮處理，進入冷凝器17，冷凝成液態，製成 工業級液體二氧化碳成品，送入液態二氧化碳儲存槽16中保存。
權利要求1.一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備，包括通過管道相連的吸收塔(1)、再生塔(12)、水洗塔(15)、氣液分離器(20)、乾燥器(19)、壓縮機(18)和冷凝器(17)，其特徵在於所述吸收塔(1)為無填料層的空塔結構，其下部煙氣進口(7)和頂部煙氣出口(26)之間自下而上依次設置有多孔板(6)、一級氨水噴淋裝置(4)、二級氨水噴淋裝置(2)和除霧裝置(25)，其底部設置有漿液沉澱池(8)；所述漿液沉澱池(8)的側面出口通過再循環泵(9)與一級氨水噴淋裝置(4)相連，所述漿液沉澱池(8)的底部出口通過富液泵(10)與再生塔(12)的上部進口相連，所述再生塔(12)的上部氣體進口通過第一冷卻器(22)與水洗塔(15)的下部進口相連，所述水洗塔(15)的上部氣體出口通過第二冷卻器(21)與氣液分離器(20)的進口相連；所述再生塔(12)和水洗塔(15)的下部液體出口同時與儲氨罐(14)的輸入口相連，所述儲氨罐(14)的輸出口通過貧液泵(23)和第三冷卻器(24)與二級氨水噴淋裝置(2)相連；所述氣液分離器(20)的氣體出口依次與乾燥器(19)、壓縮機(18)、冷凝器(17)和液態二氧化碳儲存槽(16)串連連接。
2. 根據權利要求1所述的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備， 其特徵在於所說的一級氨水噴淋裝置(4)和二級氨水噴淋裝置(2)的 下方對應設置有橫截面呈三角形的一級氣流引導環(5)和二級氣流引導環(3)，所述一級氣流引導環(5)和二級氣流引導環(3)安裝固定在吸收 塔(1)的內壁上。
3. 根據權利要求1或2所述的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設 備，其特徵在於所說的漿液沉澱池(8)的底部出口通過富液泵(10)、 貧富液換熱器(11)與再生塔(12)的上部進口相連，所說的儲氨罐(14) 的輸出口通過貧富液換熱器(11)、貧液泵(23)和第三冷卻器(24)與二 級氨水噴淋裝置(2)相連。
4. 根據權利要求1或2所述的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設 備，其特徵在於.*所說的氣液分離器(20)的凝結液出口與水洗塔(15) 上的工藝水進口相連。
5. 根據權利要求3所述的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備， 其特徵在於所說的氣液分離器(20)的凝結液出口與水洗塔(15)上的 工藝水進口相連。
專利摘要一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設備，包括吸收塔、再生塔、水洗塔等。吸收塔為空塔結構，其內設有多孔板、一、二級氨水噴淋裝置和除霧裝置，其漿液沉澱池的側面出口通過再循環泵與一級氨水噴淋裝置相連，其漿液沉澱池的底部出口通過富液泵與再生塔的上部進口相連，再生塔的上部氣體進口與水洗塔的下部進口相連，水洗塔的上部氣體出口與氣液分離器的進口相連，再生塔和水洗塔的下部液體出口同時與儲氨罐的輸入口相連，儲氨罐的輸出口通過貧液泵等與二級氨水噴淋裝置相連，氣液分離器的氣體出口依次與乾燥器、壓縮機、冷凝器和液態二氧化碳儲存槽串連。其結構緊湊、投資及運行成本低廉，能夠將煙氣中的二氧化碳提取成工業級的液態產品。
文檔編號B01D53/18GK201333374SQ20082019265
公開日2009年10月28日 申請日期2008年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者敬 朱, 躍 朱, 李雄浩, 旭 韓, 韓長民 申請人:武漢凱迪電力環保有限公司