一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺的制作方法

1.本发明涉及烟气净化及二氧化碳中和减排技术领域，尤其是涉及一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺。


背景技术：

2.热电、冶金、石油炼制、能源化工、天然气处理与输送、海上平台和陆上终端油气开采、焦化、造纸、环保、制药和食品等很多领域，均会产生含有二氧化硫、二氧化碳等组分的烟气，尤其是热电企业循环流化床锅炉烟气、石油化工企业硫磺装置尾气焚烧烟气等，含有显著量的二氧化碳等酸性气体和粉尘。为达到“碳减排、碳达峰、碳中和”的目标，积极参与国际社会碳减排，主动顺应全球绿色低碳发展潮流，积极布局碳中和，对前述烟气进行碳中和降碳减排处理，完善分离净化技术措施，满足烟气达标排放，实现“碳减排、碳达峰、碳中和”目的。
3.针对烟气脱硫、脱硝和降尘为目的的烟气净化处理工艺，目前化工行业采用烟气氨法脱硫工艺，火电行业采用烟气脱硫(fgd)工艺，石化行业采用硫磺尾气焚烧烟气脱硫(wgs)工艺以及重催再生烟气脱硫脱硝(edv)工艺等，上述工艺主要是针对烟气进行脱硫脱硝和降尘净化处理，并没有对二氧化硫、二氧化碳进行实质性降碳减碳排放处理，针对反复温度变化工况烟气脱硫和二氧化碳减排工艺鲜少。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，对多种烟气及变温烟气进行净化及中和减排处理，既满足烟气稳定达标排放，又满足烟气净化及碳中和减碳要求，还能改善工艺装置周边环境。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，包括如下步骤：
6.酸碱中和吸收步骤，通过所述酸碱中和吸收步骤对烟气中酸性气体通过碱中和反应进行吸收；
7.烟气修饰步骤，通过所述烟气修饰步骤对冷烟气进行复热，对湿烟气分离消水，对烟气进行增压增干；
8.盐液处理步骤(u30)，通过所述盐液处理步骤(u30)使循环浆液结晶，完成盐液脱固处理；
9.协同cems与dcs调控步骤，通过所述协同cems与dcs调控步骤调控上述酸碱中和吸收步骤、烟气修饰步骤和盐液处理步骤的协同运行，实现变温烟气净化及二氧化碳中和减排。
10.优选的，所述酸碱中和吸收步骤包括预反应吸收系统、主反应吸收系统和后反应吸收系统中的一种系统或几种系统。
11.优选的，所述预反应吸收系统包括文丘里混合器件和喷淋阀组中的一种或两种；
12.所述主反应吸收系统包括喷淋阀组；
13.所述后反应吸收系统包括文丘里混合器件、喷淋阀组和塔盘填料中的一种或几种。
14.优选的，所述烟气修饰步骤包括多态热交换系统、羽叶分离系统和烟气抽排外热系统中的一种系统或几种系统。
15.优选的，所述多态热交换系统包括直接换热、间接换热或者同时由直接换热和间接换热组配构成的热交换系统。
16.优选的，所述羽叶分离系统包括精准动力学分离技术计算系统和组态设计系统平台；
17.所述羽叶分离系统还包括自洁抗堵塞系统。
18.优选的，所述烟气抽排外热系统包括抽排系统和外热系统中的一种或两种组合。
19.优选的，所述盐液处理步骤包括盐液强制循环系统、盐液外冷系统、盐结晶及液固分离系统、盐残液循环系统和碱液制备与存储系统。
20.优选的，所述协同cems与dcs调控步骤包括dcs系统、cems系统和变温原烟气分配系统。
21.优选的，所述的变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺为组态工艺，该组态工艺包括酸碱中和吸收步骤，烟气修饰步骤，盐液处理步骤，协同cems与 dcs调控步骤中的一种或几种步骤组态而成；
22.当实际工况变化时，协同cems与dcs调控步骤根据实际工况调控酸碱中和吸收步骤，烟气修饰步骤和盐液处理步骤中的一种或几种步骤运行。
23.本发明的有益效果：
24.1.对烟气中含有的二氧化硫、二氧化碳等酸性气体进行酸碱中和反应吸收，实现烟气净化，二氧化碳中和，减碳降碳目的；
25.2.适应多种烟气处理，对反复温度变化工况烟气热能回收，对带液烟气消水、增干、脱液分离、对冷烟气复热，满足不同季候条件和变温工况下净化和二氧化碳中和减碳排放；
26.3.对酸碱中和反应产生的盐液实施结晶脱盐处理，减少盐液结晶堵塞设备，保证各系统平稳运行；
27.4.协同cems与dcs调控步骤的设置，调控其它各系统协同运行，显著提升对变温工况烟气处理的适应性，实现了二氧化碳排放下降65％的目标，显著改善工艺装置周边环境，减少烟气“飘水”、冬季“挂冰”等现象；
28.5.协同cems与dcs调控步骤的设置，调控其它各系统协同运行，实现变温烟气净化及二氧化碳中和减碳降碳目标的同时，保障了本工艺以高效，绿色，节能的状态运行。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明具体实施技术方案，下面将对具体实施技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图和实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员可能根据需要对附图和实施例做出没有创造性贡献的修改，都属于本发明的保护范围。
30.图1是实施例1变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺组态流程图；
31.图2是实施例2变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺组态流程图；
32.图3是实施例3变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺组态流程图；
33.图中，u10-酸碱中和吸收步骤；u20-烟气修饰步骤；u30-盐液处理步骤； u40-协同cems与dcs调控步骤；
34.1-酸碱中和吸收步骤进气原烟气；11a-预反应吸收系统排出盐液；11b-预反应吸收系统排出烟气；12a-主反应吸收系统排出盐液；12b-主反应吸收系统排出烟气；13a-后反应吸收系统排出盐液；13b-后反应吸收系统排出烟气；14-补充软水；15-后反应吸收系统冲洗水；16-羽叶分离系统冲洗水；
35.2-烟气修饰步骤进气原烟气；21-降温热烟气；22-复热烟气；23-排空烟气；24a-羽叶分离系统排出液；24b-羽叶分离系统排出冷干烟气；
36.3-盐液缓冲及内冷系统排出盐液；31-盐液外冷系统进料盐液；32-盐结晶及固液分离系统进料浆液；33-结晶盐副产品；34-盐结晶及固液分离系统排出残液； 35-回收残液；36-外购新鲜碱液；37-补充新鲜碱液；38a-预反应吸收系统循环液； 38b-主反应吸收系统循环液；38c-后反应吸收系统循环液；
37.4-排放烟气cems检测数据；40-变温原烟气分配系统；41-cems与dcs 交换数据；42-烟气修饰步骤dcs监控数据与指令信息流；43-变温原烟气分配系统dcs监控数据与指令信息流；44-酸碱中和吸收步骤dcs监控数据与指令信息流；45-盐液处理步骤dcs监控数据与指令信息流。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“高温”、“中温”、“常温”、“冷”、“热”、“湿”、“干”、“进”、“出”、“内”、“外”、“预”、“主”、“后”等相对指示关系为基于附图所示的温度、湿度或位置相对关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指工艺必须具有特定的温度、湿度操作和位置构造，因此不能理解为对本发明的限制。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，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.以下结合附图对本发明实施方式作进一步详细说明。
41.实施例1
42.如图1所示，本实施例提供了一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，包括酸碱中和吸收步骤u10，烟气修饰步骤u20，盐液处理步骤u30和协同 cems与dcs调控步骤u40；
43.所述酸碱中和吸收步骤u10包括预反应吸收系统，主反应吸收系统，后反应吸收系统，盐液缓冲及内冷系统和洗涤系统；
44.所述预反应吸收系统采用喷淋阀组，使气相、液相流体以逆流方式混合；
45.所述主反应吸收系统采用喷淋阀组，使气相、液相流体以逆流方式混合；
46.所述后反应吸收系统采用文丘里混合器件，使气相、液相流体以逆流方式混合。
47.所述烟气修饰步骤u20包括多态热交换系统、羽叶分离系统和烟气抽排外热系统。
48.所述盐液处理步骤u30包括盐液强制循环系统、盐液外冷系统、盐结晶及液固分离系统、残液回收循环系统和碱液制备与存储系统；
49.所述碱液制备与存储系统使用外购新鲜碱液36，所述的外购新鲜碱液36是浓度为45％的氢氧化钠溶液。
50.所述协同cems与dcs调控步骤u40包括dcs系统、cems系统和变温原烟气分配系统。
51.在本实施例中，原烟气是来源于生物质炉产生的中高温原烟气；
52.所述中高温原烟气工况温度为182.3℃，工况压力为4.2kpag，烟气流量 31550nm3/h，烟气氮氧化物52.91mg/m3、硫氧化物483.1mg/m3、粉尘68.26mg/ m3，二氧化碳含量11.32％(v)。
53.来源于生物质炉产生的中高温原烟气经变温原烟气分配系统40分配为两部分；
54.一部分进入第二路作为烟气修饰步骤进气原烟气2，烟气修饰步骤进气原烟气2占总烟气比例87.28％(v)，通过烟气修饰步骤u20对烟气修饰步骤进气原烟气2温度降低形成降温热烟气21，同时对烟气热能进行回收；
55.另一部分烟气进入第一路作为酸碱中和吸收步骤进气原烟气1；
56.降温热烟气21与酸碱中和吸收步骤进气原烟气1均进入酸碱中和吸收步骤 u10中的预反应吸收系统，经预反应吸收系统吸收烟气中所含部分二氧化硫、二氧化碳等酸性气体，形成预反应吸收系统排出盐液11a和预反应吸收系统排出烟气11b。
57.所述预反应吸收系统排出盐液11a和预反应吸收系统排出烟气11b并流进入主反应吸收系统，使预反应吸收系统排出烟气11b所含部分二氧化硫、二氧化碳等酸性气体与碱液进行酸碱中和反应实现吸收，烟气温度经主反应吸收系统后继续降低至温度接近常温，形成主反应吸收系统排出盐液12a和主反应吸收系统排出烟气12b。
58.所述主反应吸收系统排出烟气12b进入后反应吸收系统，主反应吸收系统排出烟气12b中所含的二氧化硫、二氧化碳继续在后反应吸收系统中进行酸碱中和反应，形成后反应吸收系统排出盐液13a和后反应吸收系统排出烟气13b；
59.用后反应吸收系统冲洗水15对后反应吸收系统在线清洗。
60.所述后反应吸收系统排出烟气13b进入羽叶分离系统，对后反应吸收系统排出烟气13b实施脱液精准分离，形成羽叶分离系统排出液24a和羽叶分离系统排出冷干烟气24b；
61.所述羽叶分离系统排出冷干烟气24b经多态热交换系统复热，得到复热烟气22，复热烟气22进入烟气抽排外热系统，经过增干、提升烟气动能和内能等末端修饰形成排空烟气23。
62.所述排空烟气23的排放烟气cems检测数据4，实时反馈至cems系统；
63.cems与dcs交换数据41将烟气排放指标数据反馈到dcs系统；
64.dcs系统将监控和操作指令信息流传送至对应工艺系统，进行协同调控运行，实现烟气脱硫及二氧化碳中和降碳减排目的；
65.所述信息流传送至对应工艺系统包括：烟气修饰步骤dcs监控数据与指令信息流42传送至烟气修饰步骤u20、变温原烟气分配系统dcs监控数据与指令信息流43传送至变温烟气分配系统40、酸碱中和吸收步骤dcs监控数据与指令信息流44传送至酸碱中和吸收步骤u10、盐液处理步骤dcs监控数据与指令信息流45传送至盐液处理步骤u30。
66.主反应吸收系统排出盐液12a、后反应吸收系统排出盐液13a和羽叶分离系统排出液24a汇集到盐液缓冲及内冷系统中，在盐液缓冲及内冷系统中进行暂时缓冲存储，并完成内部冷却形成盐液缓冲及内冷系统排出盐液3；
67.所述盐液缓冲及内冷系统排出盐液3进入盐液处理步骤u30中的盐液强制循环系统，盐液缓冲及内冷系统排出盐液3中的一部分与来自碱液制备与存储系统中的碱液混合后，分为预反应吸收系统循环液38a、主反应吸收系统循环液 38b和后反应吸收系统循环液38c，并强制送入酸碱中和吸收步骤u10循环参与反应吸收；
68.另一部分盐液缓冲及内冷系统排出盐液3作为盐液外冷系统进料盐液31送入盐液外冷系统降温后，以盐结晶及固液分离系统进料浆液32送入盐结晶及液固分离系统，得到结晶盐副产品33和盐结晶及固液分离系统排出残液34；
69.所述盐结晶与固液分离系统排出残液34则通过盐残液循环系统得到回收残液35；
70.将外购新鲜碱液36送入碱液制备与存储系统中，形成补充新鲜碱液37；
71.将回收残液35和补充新鲜碱液37送入盐液强制循环系统，经调配后输送到酸碱中和吸收步骤u10中的预反应吸收系统、主反应吸收系统和后反应吸收系统参与反应吸收大循环。
72.经上述步骤实现了排空烟气23在不同季候条件满足排放标准排放；
73.排空烟气23的排放烟气cems检测数据4为氮氧化物52.93mg/m3、硫氧化物1.07mg/m3、粉尘14.27mg/m3、二氧化碳含量3.86％(v)、相对湿度14.01％，排空温度为125.62℃。
74.装置当地最冷天气环境温度-14.8℃时，烟气仍排放稳定，满足《锅炉大气污染物排放标准(gb13271-2014)》要求，装置周边排放烟气无飘雨、塔架和地面无结冰现象，本实施例降低二氧化碳排放率65.90％，实现二氧化碳排放下降65％目标。
75.本实施例提供一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，对中高温原烟气，实现排空烟气在不同季候条件和变温工况下顺畅达标排放。
76.实施例2
77.本实施例提供了一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，其工艺组态图见图2。
78.在本实施例中，较实施例1相比，省略变温原烟气分配系统40及烟气修饰步骤进气原烟气2流道设置，原烟气全部从酸碱中和吸收步骤进气原烟气1进入酸碱中和吸收步骤u10。
79.在本实施例中，预反应吸收系统采用文丘里混合器件使气相、液相流体以错流方式混合；
80.主反应吸收系统采用喷淋阀组使气相、液相流体以逆流方式混合；
81.后反应吸收系统采用文丘里混合器件使气相、液相流体以逆流方式混合。
82.在本实施例中，碱液制备与存储系统采用的外购新鲜碱液36，是浓度为50％的氢氧化钠溶液。
83.在本实施例中，原烟气是来源于油泥焚烧炉产生的中低温原烟气。
84.所述中低温原烟气工况温度为137.1℃，工况压力3.5kpag，烟气流量 22100nm3/h，烟气氮氧化物24.22mg/m3、硫氧化物73.3mg/m3、粉尘171.13mg/ m3，二氧化碳含量5.61％(v)。
85.排空烟气23的排放烟气cems检测数据4为氮氧化物24.21mg/m3、硫氧化物0.82mg/m3、粉尘18.72mg/m3、二氧化碳含量1.89％(v)、相对湿度15.20％，排空温度为113.36℃。
86.装置当地最冷天气环境温度-18.2℃时，烟气仍排放稳定，满足《石油炼制工业污染物排放标准(gb31570-2015)》标准，装置周边排放烟气无飘雨、塔架和地面无结冰现象，降低二氧化碳排放率66.31％，实现二氧化碳排放下降65％目标。
87.本实施例提供一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，对中低温原烟气，实现排空烟气在不同季候条件和变温工况下顺畅达标排放。
88.实施例3
89.本实施例提供了一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，其工艺组态图参见图3。
90.在本实施例中，较实施例1相比，省略变温原烟气分配系统40及酸碱中和吸收步骤进气原烟气1流道设置，原烟气全部以烟气修饰步骤进气原烟气2进入烟气修饰步骤u20。
91.在本实施例中，预反应吸收系统采用文丘里混合器件使气相、液相流体以错流方式混合；
92.主反应吸收系统采用喷淋阀组使气相、液相流体以逆流方式混合；
93.后反应吸收系统采用塔盘填料使气相、液相流体以逆流方式混合。
94.在本实施例中，碱液制备与存储系统采用的外购新鲜碱液36，是浓度为35％的氢氧化钠溶液。
95.在本实施例中，原烟气是来源于泥煤混烧炉产生的高温原烟气。
96.所述高温原烟气工况温度为241.9℃，工况压力5.7kpag，烟气流量 17520nm3/h，烟气氮氧化物23.77mg/m3、硫氧化物631.2mg/m3、粉尘187.92mg/ m3，二氧化碳含量6.11％(v)。
97.排空烟气23的排放烟气cems检测数据4为氮氧化物23.71mg/m3、硫氧化物1.16mg/m3、粉17.21mg/m3、二氧化碳含量1.93％(v)、相对湿度12.36％，排空温度为139.21℃。
98.装置当地最冷天气环境温度-23.3℃时，烟气仍排放稳定，满足《锅炉大气污染物排放标准(gb13271-2014)》要求，装置周边排放烟气无飘雨、塔架和地面无结冰现象，降低二氧化碳排放率68.41％，实现二氧化碳排放下降65％目标。
99.本实施例提供一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，对高温工况原烟气，实现排空烟气23在不同季候条件和变温工况下顺畅达标排放。
100.本发明中三个实施例效果列于下表1：
101.表1
102.[0103][0104]
排空烟气湿度，是指实际工况对应的排放烟气相对湿度，以“％”表示rh，以工况烟气中所含的水蒸汽量(水蒸汽压e)与烟气在相同情况下的饱和蒸汽量 (饱和蒸汽压es)的百分比表示，即rh＝e/es*100％。
[0105]
从表1可以看出：
[0106]
实施例1和实施例3所用的原烟气属于热电行业锅炉类烟气，经本发明净化及中和减排工艺处理后，排空烟气中氮氧化物、硫氧化物、粉尘等指标均满足《锅炉大气污染物排放标准(gb13271-2014)》对排空烟气大气污染物排放限值氮氧化物150mg/m3、硫氧化物50mg/m3、粉尘20mg/m3的要求；实施例2属于石化行业装置烟气，经本发明净化及中和减排工艺处理后，排空烟气中氮氧化物、硫氧化物、粉尘等指标均符合《石油炼制工业污染物排放标准 (gb31570-2015)》对排空烟气大气污染物排放限值氮氧化物100mg/m3、硫氧化物30mg/m3、粉尘20mg/m3的要求。
[0107]
实施例1、实施例2和实施例3烟气经本发明净化及中和减排工艺处理后，排空烟气二氧化碳减排率均高于65％，达到碳达峰、碳中和目标要求；排空烟气工况相对湿度为12.36％～15.20％，减少装置周边场地无烟气“飘水”以及冬季“挂冰”现象。
[0108]
综上所述，本发明提供了一种变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，采用协同cems与dcs调控步骤u40，应对不同季候条件和实际变温工况下的烟气净化及二氧化碳中和减排，显著提升烟气净化及二氧化碳中和减排工艺适应性。
[0109]
根据变温烟气实际运行工况将外界的烟气通过变温原烟气分配系统40分配：
[0110]
当原烟气工况温度较高时，烟气修饰步骤进气原烟气2所占比例大，回收热能多；
[0111]
当原烟气工况温度较低时，烟气修饰步骤进气原烟气2所占比例小，则完成烟气脱硫、二氧化碳中和减碳工艺形成的压损小更经济；
[0112]
酸碱中和吸收步骤u10中的预反应吸收系统循环液38a、主反应吸收系统循环液38b和后反应吸收系统循环液38c所含氢氧根离子浓度不低于0.01mol/l；
[0113]
酸碱中和吸收步骤u10中的主反应吸收系统排出盐液12a和后反应吸收系统排出盐液13a以及羽叶分离系统排出液24a汇集一起经盐液缓冲与内冷系统降温后，与来自碱液制备与存储系统中的碱液混合后的部分盐液送入酸碱中和吸收步骤u10参与循环反应；
[0114]
剩余部分盐液则在盐液处理步骤u30经冷却、结晶、液固分离以回收固体盐副产品33，而盐结晶与固液分离系统排出残液34则通过盐残液循环系统得到回收残液35；
[0115]
盐液处理步骤u30采用的新鲜碱液36，是指能在水溶液中快速释放氢氧根离子的物质，包括氧化钠、氢氧化钠、氧化钾、氢氧化钾、氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、氨及
其溶液等，可一种或几种互配组合使用。
[0116]
烟气修饰步骤u20能够回收烟气热能，对烟气进行脱液分离、复热、增干、抽排、外热等修饰处理；
[0117]
烟气修饰步骤u20中的羽叶分离系统，根据具体工况参数，通过专业精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成设计，且其运行过程本身不需要额外增加功耗；
[0118]
所述羽叶分离系统利用后反应吸收系统排出烟气13b携带的动能，使该湿烟气及其携带的重相质在羽叶分离系统中产生多次动量变换和能量转换实现动量碰撞、高效聚结、矢量分离和液相表面自由能捕集分离获得羽叶分离系统排出冷干烟气24b；
[0119]
所述羽叶分离系统，如因工况波动导致羽叶分离系统存在少量颗粒物附着情形时，可通过加注补充软水14至洗涤系统，由羽叶分离系统冲洗水16进行清洗；
[0120]
所述烟气修饰步骤u20中的烟气抽排外热系统，对复热烟气22在cems 和dcs监控下完成抽排外热，以进一步提升排空烟气23动能及内能，促进烟气顺畅排放。
[0121]
本发明变温烟气净化及二氧化碳中和减排工艺，由酸碱中和吸收步骤u10、烟气修饰步骤u20和协同cems与dcs调控步骤u40构成工艺核心，可与盐液处理步骤u30单独一种系统或几种系统组态而成，均可不同程度产生烟气净化效果。
[0122]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
[0123]
本具体实施方式的实施例，均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。