专利名称：一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电站锅炉烟气中二氧化碳的减排及资源化利用技术领域，具体地指一种捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备。
背景技术：
进入二十一世纪，人类所面临的最大挑战之一为大量排放的温室气体所造成的 “温室效应”，由此引起全球变暖、气候变化以及对生态、经济、社会等方面产生综合影响的全球性的环境问题。二氧化碳是有机物质及石化燃料燃烧的主要产物，同时也被认为是造成温室效应及全球变暖的主要成分之一，约占温室气体的2/3。目前，全球每年的二氧化碳排放量，2010年升至306亿吨，我国已成为二氧化碳排放第一大国，而且排放量还在不断增加。2009年11月，我国对世界庄严承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40% 45%。而电站烟气是CO2长期稳定集中的排放源，是(X)2减排的重中之重，开发电站烟气(X)2减排新技术与装置，使我国经济发展免受碳排放指标的影响，其社会效益和经济效益巨大。CO2捕集方法有多种，工业应用较多的是化学吸收法，其原理是烟气中的CO2与化学溶剂发生反应而被吸收，吸收(X)2达到平衡的化学溶剂变成富液，富液进入再生塔加热分解放出(X)2气体而变为贫液，贫液再去循环吸收烟气中的CO2,如此通过吸收溶液在吸收塔和再生塔中循环运行，烟气中的CO2得到分离提纯被捕集下来。目前用醇胺溶液吸收(X)2 的化学吸收法应用最广，主要有MEA、MDEA及混合有机胺等吸收剂。实际工程已经证明，在化工领域应用近二十年的醇胺溶液吸收法，虽然吸收速度快、吸收能力强，但用在电站烟气时，普遍存在下列缺陷(1)醇胺氧化降解起泡影响设备长期稳定运行，溶液损耗也较大； (2)设备腐蚀严重；C3)MEA的浓度通常在20%以下，吸收(X)2的量有限，再生能耗高；以上原因造成采用醇胺溶液回收二氧化碳的成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备，该方法具有捕集效率高、能耗低、工艺流程简单的特点。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于它包括如下步骤1)按有机胺与离子液体的摩尔比为(1 1.1) 1，将有机胺、离子液体和水混合，得到复合吸收剂水溶液，其中复合吸收剂水溶液的浓度为20 40wt% ；以有机胺和离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为(X)2吸收剂，将复合吸收剂水溶液均勻喷射到经过常规除尘和脱硫处理后的电站锅炉尾部烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的复合吸收剂水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与复合吸收剂发生气液两相化学反应而被吸收，复合吸收剂吸收(X)2的机理如下所示；(A-有机胺；B-离子液体；下面反应式并不代表实际的反应过程，其中包含物理吸附和化学吸收)；A+C02 — A · CO2B+CO2 ^ B · CO2控制液气比在5 25L/m3的范围，烟气中(X)2与复合吸收剂水溶液的反应温度可优选在40 55°C的范围，反应压力为0. 01 IOatm ；这样，复合吸收剂水溶液可以在合适的温度和压力下与烟气中的(X)2发生充分完全的反应，生成富含A · CO2和B · CO2的液体；2)吸收了 CO2的富含A ·· CO2的两种物质，通过自身的凝聚，经过静止澄清形成不同液体层；富含A · (X)2和B -CO2的液体处于下层，复合吸收剂水溶液处于上层，然后将下层溶液分离出来，得到富含A · CO2和B · CO2的混合液体；分离出来的富含A · CO2和B · CO2的混合液体经过换热，富含A · CO2和B · CO2的混合液体中被复合吸收剂水溶液溶解或吸附的部分(X)2气体就蒸发出来，得到换热出来富含A · CO2和B · CO2的混合液体；3)将换热出来富含A · CO2和B · CO2的混合液体进行加热解析处理，化学吸收的 CO2被解析出来，再生获得高浓度(X)2气体和复合吸收剂水溶液；其化学反应机理为A · CO2 ^ A+C02 个A+B · CO2 — A · C02+B — A+B+C02 个4)将步骤3)所得复合吸收剂水溶液送回至步骤1)中，作为(X)2吸收剂继续循环使用；5)对步骤幻所分离出的高浓度CO2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；6)对步骤幻冷却处理的高浓度CO2气体进行气液分离处理，脱除其中的凝结水份，获得纯度彡99%的CO2气体(高纯度CO2气体)；7)将步骤6)所得高纯度CO2气体进一步干燥(干燥温度为110°C，时间为0. 1 5min)，再经过压缩和冷凝处理，将其变成液态，制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。在上述步骤1)中，离子液体可为传统离子液体、功能化离子液体、聚合离子液体中的任意一种或任意二种以上(含二种)的混合，任意二种以上(含二种)混合时为任意配比。传统离子液体包含咪唑盐类、吡咯盐类、吡啶盐类、铵盐类、磺酸盐类离子液体中的任意一种或任意二种以上(含二种)的混合，任意二种以上(含二种)混合时为任意配比。所述的功能化离子液体为引入氨基的离子液体。所述的传统离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐等中的任意一种或任意二种以上(含二种)的混合，任意二种以上(含二种)混合时为任意配比。所述的引入氨基离子液体为1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐、1_(3丙胺基)-3-丁基咪唑四氟硼酸盐等中的任意一种或任意二种以上(含二种)的混合，任意二种以上(含二种)混合时为任意配比。所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑邻苯甲磺酰亚胺盐、聚 1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺盐和聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等中的任意一种或任意二种以上(含二种)的混合，任意二种以上(含二种)混合时为任意配比。在上述步骤1)中，有机胺为乙醇胺(MEA)、N_甲基二乙醇胺(MDEA)等醇胺类中的任意一种或任意二种以上(含二种)的混合，任意二种以上(含二种)混合时为任意配比。在上述步骤3)中，加热解析处理是在温度80 110°C、压力0.01 IOatm下解析， 解析时间为1 5min，A · CO2首先迅速分解，即A · CO2分解生成A，并释放出C02，B · CO2在此条件下不易释放出CO2 ；由于A在溶液中将很容易夺取吸收B · CO2中的(X)2生成A · CO2, 接着A · CO2继续分解释放出C02。在上述步骤幻中，进行冷却处理是将所分离出的高浓度(X)2气体冷却处理至20 35°C的最佳温度范围，冷却时间为1 5min。这样，可以使其中绝大部分的水蒸汽凝结出来，然后返回解析塔循环利用。实现上述方法的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的设备，它包括吸收塔 1、斜板澄清池7、再生塔22、气液分离器19、干燥器18、压缩机17和冷凝器16 ；吸收塔1底部的富液自流入斜板澄清池7进行分层，气液分离器19的气体出口依次与干燥器18、压缩机17、冷凝器16和液态二氧化碳储存槽15串连连接；其特征在于斜板澄清池7的底流出口通过管道与第二换热器23的第一介质(混合凝聚液) 输入口相连通(进行第一次升温)，所述的管道上设有富液泵8，斜板澄清池7的上清液溢流口通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通；循环吸收液储箱10的输出口通过管道与吸收塔1内的喷淋层2的喷淋管相连通，所述管道上设有吸收液循环泵9 ；第二换热器23的第一介质(混合凝聚液)输出口通过管道与第一换热器21的第一介质(混合凝聚液)输入口相连通(进行第二次升温)，第一换热器21的第一介质(混合凝聚液)输出口通过管道与再生塔22上部的进口相连通，第二换热器23顶部的气体释放口通过管道与第一换热器21和冷却器20之间相连的管道相连通，再生塔22上部的气体出口通过管道与第一换热器21的第二介质(气体，加热第一介质)输入口相连通，第一换热器21的第二介质输出口通过管道与冷却器20的输入口相连通，冷却器20的输出口通过管道与气液分离器19的进口相连；再生塔22下部的液体出口通过管道与第二换热器23的第二介质输入口相连通， 所述管道上设有贫液泵13，第二换热器23的第二介质输出口通过管道与循环吸收液储箱 10的输入口相连通，所述管道上设有过滤器M ；气液分离器19的凝结液溢流口通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通；用于储存复合吸收剂水溶液的溶液储箱12通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通，所述管道上设有溶液泵11。所述的吸收塔1为气动鼓泡塔，在吸收塔1下部的烟气进口 6和吸收塔1顶部的烟气出口 27之间的吸收塔1内自下而上依次设置有筛板5、气动鼓泡层4、填料层3和除雾装置沈，吸收塔1内还设有喷淋层2，喷淋层2共设置有2 4根喷淋管，每根喷淋管上设有多个喷嘴(喷淋头)25，筛板5的圆形通孔面积与板面积之比率为30 40%，除雾装置 26由上、下二层除雾滤网和位于上、下二层除雾滤网之间的清洗喷淋部件构成。
本发明具有以下突出效果1、采用有机胺和离子液体组成的复合吸收剂水溶液，二氧化碳的脱除效率比有机胺法高10% ；两种物质都吸收或吸附二氧化碳，单位体积内吸附或吸收的二氧化碳，且通过再生塔内部的传递促分解作用，可以快速将二氧化碳气体全部再生释放；该方法具有捕集效率高的特点。2、并且此复合吸收剂水溶液生成物易相互凝聚，与水形成不同液体层，饱含二氧化碳的的生成物液体层部分被分离出来进入再生塔再生，减少了水溶液进入再生塔内部， 从而大量减少了系统能耗；3、经第二换热器(贫富液换热器)后，富液中被复合吸收剂溶解或吸附的部分气体就被贫液加热蒸发出来，减少了进入再生塔中加热富液的质量，从而减少能耗；同时从吸收塔出来的低温富液经再生塔底部的高温贫液、顶部的高温二氧化碳气体两次加热，提高富液的温度，进一步的减少系统能耗；顶部高温二氧化碳气体经富液的换热降温，减少了其后的冷却器的冷却水耗，再次减少能耗。4、该方法工艺流程简单，其设备结构简单、投资及运行成本低。本发明克服了有机胺法设备腐蚀严重、再生能耗高、利用离子液体几乎没有蒸汽压的优点减少了单纯有机胺作为吸收剂的易损耗等缺点。
图1为本发明设备的结构示意图。图中1-吸收塔，2-喷淋层，3-填料层，4-气动鼓泡层，5-筛板，6-烟气进口， 7-斜板澄清池，8-富液泵，9-吸收液循环泵，10-循环吸收液储箱，11-溶液泵，12-溶液储箱，13-贫液泵，14-再沸器，15-液态二氧化碳储存槽，16-冷凝器，17-压缩机，18-干燥器， 19-气液分离器，20-冷却器，21-第一换热器，22-再生塔，23-第二换热器(贫富液换热器)，24-过滤器，25-喷嘴，26-除雾装置，27-烟气出口。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1 一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，它包括如下步骤1)按有机胺与离子液体的摩尔比为1.01 1，将有机胺、离子液体和水混合，得到复合吸收剂水溶液，其中复合吸收剂水溶液的浓度为20wt% ；所述的离子液体为传统离子液体中的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；所述的有机胺为乙醇胺(MEA)；以有机胺和离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为(X)2吸收剂，将复合吸收剂水溶液均勻喷射到经过常规除尘和脱硫处理后的电站锅炉尾部烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的复合吸收剂水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与复合吸收剂发生气液两相化学反应而被吸收；控制液气比为20L/m3 (液指复合吸收剂水溶液，气指烟气)，烟气中(X)2与复合吸收剂水溶液的反应温度为50°C的范围，吸收塔入口压力为1. htm;这样，复合吸收剂水溶液可以在合适的温度和压力下与烟气中的(X)2发生充分完全的反应，生成富含A -CO2和B -CO2 的液体，A为有机胺；B为功能化离子液体；2)吸收了 CO2的富含A ·· CO2的两种物质，通过自身的凝聚，经过静止澄清形成不同液体层；富含A · (X)2和B -CO2的液体处于下层，复合吸收剂水溶液处于上层，然后将下层溶液分离出来；3)将分离出来富含A · CO2和B · CO2的液体进行加热解析处理，行加热解析处理是在温度100°c、再生塔出口压力0. 3atm下(加热时间为2min) ,A-CO2首先迅速分解，即 A · CO2分解生成A，并释放出C02，B · CO2在此条件下不易释放出CO2 ；由于A在溶液中将很容易夺取吸收B · CO2中的(X)2生成A · CO2，接着A · CO2继续分解释放出(X)2 ；再生获得高浓度ω2气体和复合吸收剂水溶液；4)将步骤3)所得复合吸收剂水溶液送回至步骤1)中，作为(X)2吸收剂继续循环使用；5)对步骤幻所分离出的高浓度0)2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；进行冷却处理是将所分离出的高浓度CO2气体冷却处理至30°C (冷却时间为 1. 5min)；这样，可以使其中绝大部分的水蒸汽凝结出来，然后返回解析塔循环利用；6)对步骤幻冷却处理的高浓度(X)2气体经过气液分离器，进行气液分离处理，将凝结的水蒸汽分离出去，获得纯度高于99%的(X)2气体；7)将步骤6)所得高纯度(X)2气体进一步干燥(干燥温度为110°C，时间为2min)， 再经过压缩机压缩和换热冷凝处理至20°C、7htm，将其变成液态CO2,即可制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。经实验测得吸收塔入口烟气CO2含量12% (体积，以下相同)，吸收塔出口烟气CO2含量0.7% (体积，以下相同)，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。如图1所示，实现上述方法的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的设备， 它包括吸收塔1、斜板澄清池7、第二换热器23、第一换热器21、再生塔22、气液分离器19、 干燥器18、压缩机17和冷凝器16 ；吸收塔1为气动鼓泡塔，吸收塔1的上部为填料层、中部为气动鼓泡层、下层为筛板；再生塔22为筛板塔；在吸收塔1下部的烟气进口 6和吸收塔1顶部的烟气出口 27之间的吸收塔1内自下而上依次设置有筛板5、气动鼓泡层4、填料层3和除雾装置沈，吸收塔1内还设有喷淋层2，喷淋层2共设置有2 4根喷淋管(图1中为3根，第一根位于筛板5的上方，第二根位于气动鼓泡层4的上方，第三根位于填料层3的上方)，每根喷淋管上设有多个喷嘴(喷淋头)25 (具体数量根据流量确定，一般每根喷淋管上设2-20个喷嘴)，筛板5的圆形通孔面积与板面积之比率为30 40%，除雾装置沈由上、下二层除雾滤网和位于上、下二层除雾滤网之间的清洗喷淋部件构成，以完全清除烟气中夹带的复合吸收剂液滴；吸收塔1底部的富液出口通过管道与斜板澄清池7的输入口相连通，吸收塔1底部的富液自流入斜板澄清池7进行分层，在斜板澄清池7内上清液(为复合吸收剂水溶液) 为主，在斜板澄清池7内的底流以生成物混合凝聚液为主，斜板澄清池7的底流出口通过管道与第二换热器23的第一介质(混合凝聚液)输入口相连通(进行第一次升温)，所述的管道上设有富液泵8，斜板澄清池7的上清液溢流口通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通；循环吸收液储箱10的输出口通过管道与吸收塔1内的喷淋层2的喷淋管相连通，所述管道上设有吸收液循环泵9 ；第二换热器23的第一介质(混合凝聚液)输出口通过管道与第一换热器21的第一介质(混合凝聚液)输入口相连通(进行第二次升温)，第一换热器21的第一介质(混合凝聚液)输出口通过管道与再生塔22上部的进口相连通，第二换热器23顶部的气体释放口通过管道与第一换热器21和冷却器20之间相连的管道相连通，再生塔22上部的气体出口通过管道与第一换热器21的第二介质(气体，加热第一介质)输入口相连通，第一换热器21的第二介质输出口通过管道与冷却器20的输入口相连通，冷却器20的输出口通过管道与气液分离器19的进口相连；与再生塔22配套的再沸器14设置在再生塔的底部外侧，再沸器14的输出口通过管道与再生塔底部储液槽相连通，再沸器14的输入口通过管道与再生塔底部储液槽相连通；再生塔22下部的液体出口通过管道与第二换热器23的第二介质输入口相连通，所述管道上设有贫液泵13，第二换热器23的第二介质输出口通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通，所述管道上设有过滤器M ；气液分离器19的气体出口依次与干燥器18、压缩机17、冷凝器16和液态二氧化碳储存槽15串连连接；气液分离器19的凝结液溢流口通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通；用于储存复合吸收剂水溶液的溶液储箱12通过管道与循环吸收液储箱10的输入口相连通，所述管道上设有溶液泵11 (补充的复合吸收剂水溶液和水加入到溶液储箱12)。以上各部分设备均为化工领域常用设备，其具体结构不再赘述。上述吸收塔下部的烟气进口上方设置有促使烟气均勻分布和气液接触的筛板，筛板的孔面积与板面积之比率为30 40%。这样，一方面烟气向上通过筛板后，气流分布更加均勻，有效消除了烟气流死角，有利于烟气与吸收剂溶液充分接触；另一方面在多组喷淋管的交互喷射作用下，对吸收塔截面的喷淋覆盖率能达到300%以上，使烟气中的二氧化碳与吸收液充分接触，能够充分完全地发生反应而被吸收。设置贫富液换热器，斜板澄清池的底部富液出口通过富液泵、第二(贫富液)换热器、第一换热器与再生塔的上部进口相连，再生塔贫液出口通过贫液泵、第二(贫富液)换热器与循环吸收液储箱上部进液口相连。这样，可以充分利用再生塔贫液和再生塔出口烟气的余热，给进入再生塔的富液预热，同时将再生塔下部出来的贫液和上部出来的烟气降温，实现热交换的良性循环，节省热能资源。工作原理如下电站锅炉尾部烟气经过常规除尘和脱硫处理后，由吸收塔1下部的烟气进口 6进入吸收塔1中，经筛板5的气流分布、气动鼓泡层4、填料层3上行。与此同时，复合吸收剂水溶液通过喷淋层2向下喷出，控制液气比在5 25L/m3的范围，烟气中(X)2与复合吸收剂水溶液的反应温度可优选在40 55°C的范围，反应压力为0. 01 lOatm。此时，烟气中的CO2气体与复合吸收剂水溶液在填料层3和气动鼓泡层4处充分逆向接触，CO2被化学吸收或吸附到溶液里。被去除大部分(X)2的烟气继续向上流动，经过布置在吸收塔1顶部的除雾装置沈脱除吸收剂雾滴后，清洁烟气直接排入大气。而吸收CO2后生成的富液落入吸收塔1的底部，自流入斜板澄清池7进行凝聚分层，上清液为含少量复合吸收剂的溶液，底流以凝聚的复合吸收剂生成物浆液为主。斜板澄清池底流通过富液泵8输送经第二换热器(贫富液换热器)23的管程进行一次升温、第一换热器21中二次升温，然后从再生塔22的上部进口送入塔内。富液在经过第二换热器(贫富液换热器)23加热后，部分溶解或吸附CO2气体被释放出来。被吸收或吸附(X)2富液被喷洒到再生塔22，依次通过各筛板，复合吸收剂的生成物被上升的蒸汽加热分解，CO2被释放出来，分解不全的复合吸收剂生成物浆液落入塔底，经过塔底再沸器14加热至80 110°C，进一步解析出高浓度(X)2气体，同时使复合吸收剂生成物完全解析。解析出的(X)2气体随同大量水蒸汽由再生塔22的上部气体出口流出，进入第一换热器21，对经第二换热器(贫富液换热器)23加热后的富液再次加热，换热后气体与经第二换热器(贫富液换热器)23加热释放出的气体混合后进入冷却器20，在此(X)2气流被冷却至25 35°C，其中的大部分水蒸汽被凝结出来。再生塔22分解产生的复合吸收剂溶液，通过贫液泵13提升后进入第二换热器 (贫富液换热器)23的管程放出热量被冷却后，进入过滤器M，去除烟气中溶解的重金属或反应产生的杂质，处理纯净的复合吸收剂溶液从高位自流进循环吸收液储箱10中，补充的复合吸收剂和工艺水加入到溶液储箱12，溶液储箱12通过溶液泵11补充到与循环吸收液储箱10。循环吸收液通过吸收液循环泵输送到吸收塔内喷淋层2进行喷淋吸收。经过冷却器20处理后的高浓度(X)2气体，进入气液分离器19中，通过离心作用将 CO2气体中夹带的凝结液完全分离出来，获得纯度高于99%的CO2气体。所分离出的凝结液从气液分离器19的凝结液出口自流进入循环吸收液储箱10中，循环使用。所分离出的高纯度(X)2气体则送入干燥器18，经干燥处理后送至压缩机17，经压缩处理后，再进入冷凝器 16，冷凝成液态，制成高浓度工业级液体二氧化碳成品，最后送入液态二氧化碳储存槽15 中保存。实施例2 —种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，它包括如下步骤1)按有机胺与功能化离子液体的摩尔比为1.1 1，将有机胺、功能化离子液体和水混合，得到复合吸收剂水溶液，其中复合吸收剂水溶液的浓度为40wt% ；所述的功能化离子液体为引入氨基的离子液体，所述的功能化离子液体为 1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐；所述的有机胺为N-甲基二乙醇胺(MDEA)；以有机胺和离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为(X)2吸收剂，将复合吸收剂水溶液均勻喷射到经过常规除尘和脱硫处理后的电站锅炉尾部烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的复合吸收剂水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与复合吸收剂发生气液两相化学反应而被吸收；
控制液气比为20L/m3 (液指复合吸收剂水溶液，气指烟气)，烟气中(X)2与复合吸收剂水溶液的反应温度为50°C的范围，吸收塔入口压力为1. htm;这样，复合吸收剂水溶液可以在合适的温度和压力下与烟气中的(X)2发生充分完全的反应，生成富含A -CO2和B -CO2 的液体，A为有机胺；B为功能化离子液体；2)吸收了 CO2的富含A · CO2和B · CO2的两种物质，通过自身的凝聚，经过静止澄清形成不同液体层；富含A · (X)2和B -CO2的液体处于下层，复合吸收剂水溶液处于上层，然后将下层溶液分离出来；3)将分离出来富含A · CO2和B · CO2的液体进行加热解析处理，行加热解析处理是在温度100°c、再生塔出口压力0. 3atm下(加热时间为2min) ,A-CO2首先迅速分解，即 A · CO2分解生成A，并释放出C02，B · CO2在此条件下不易释放出CO2 ；由于A在溶液中将很容易夺取吸收B · CO2中的(X)2生成A · CO2，接着A · CO2继续分解释放出(X)2 ；再生获得高浓度ω2气体和复合吸收剂水溶液；4)将步骤3)所得复合吸收剂水溶液送回至步骤1)中，作为(X)2吸收剂继续循环使用；5)对步骤幻所分离出的高浓度0)2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；进行冷却处理是将所分离出的高浓度CO2气体冷却处理至30°C (冷却时间为 1. 5min)；这样，可以使其中绝大部分的水蒸汽凝结出来，然后返回解析塔循环利用；6)对步骤幻冷却处理的高浓度(X)2气体经过气液分离器，进行气液分离处理，将凝结的水蒸汽分离出去，获得纯度高于99%的(X)2气体；7)将步骤6)所得高纯度(X)2气体进一步干燥(干燥温度为110°C，时间为2min)， 再经过压缩机压缩和换热冷凝处理至20°C、7htm，将其变成液态CO2,即可制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 4%，二氧化碳吸收效率达到96. 7% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 46X 107kJ/ h，能耗降低30.5%。实施例3 一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，它包括如下步骤1)按有机胺与离子液体的摩尔比为1.05 1，将有机胺、离子液体和水混合，得到复合吸收剂水溶液，其中复合吸收剂水溶液的浓度为40wt% ；所述的离子液体为聚合离子液体，所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；所述的有机胺为乙醇胺(MEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)，乙醇胺(MEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)的质量各占1/2 ；以有机胺和离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为(X)2吸收剂，将复合吸收剂水溶液均勻喷射到经过常规除尘和脱硫处理后的电站锅炉尾部烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的复合吸收剂水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与复合吸收剂发生气液两相化学反应而被吸收；
控制液气比为20L/m3 (液指复合吸收剂水溶液，气指烟气)，烟气中(X)2与复合吸收剂水溶液的反应温度为50°C的范围，吸收塔入口压力为1. htm;这样，复合吸收剂水溶液可以在合适的温度和压力下与烟气中的(X)2发生充分完全的反应，生成富含A -CO2和B -CO2 的液体，A为有机胺；B为功能化离子液体；2)吸收了 CO2的富含A ·· CO2的两种物质，通过自身的凝聚，经过静止澄清形成不同液体层；富含A · (X)2和B -CO2的液体处于下层，复合吸收剂水溶液处于上层，然后将下层溶液分离出来；3)将分离出来富含A · CO2和B · CO2的液体进行加热解析处理，行加热解析处理是在温度100°c、再生塔出口压力0. 3atm下(加热时间为2min) ,A-CO2首先迅速分解，即 A · CO2分解生成A，并释放出C02，B · CO2在此条件下不易释放出CO2 ；由于A在溶液中将很容易夺取吸收B · CO2中的(X)2生成A · CO2，接着A · CO2继续分解释放出(X)2 ；再生获得高浓度ω2气体和复合吸收剂水溶液；4)将步骤3)所得复合吸收剂水溶液送回至步骤1)中，作为(X)2吸收剂继续循环使用；5)对步骤幻所分离出的高浓度0)2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；进行冷却处理是将所分离出的高浓度CO2气体冷却处理至30°C (冷却时间为 1. 5min)；这样，可以使其中绝大部分的水蒸汽凝结出来，然后返回解析塔循环利用；6)对步骤幻冷却处理的高浓度(X)2气体经过气液分离器，进行气液分离处理，将凝结的水蒸汽分离出去，获得纯度高于99%的(X)2气体；7)将步骤6)所得高纯度(X)2气体进一步干燥(干燥温度为110°C，时间为2min)， 再经过压缩机压缩和换热冷凝处理至20°C、7htm，将其变成液态CO2,即可制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 6 %，二氧化碳吸收效率达到95% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 49X 107kJ/ h，能耗降低29. 1%0实施例4:与实施例1基本相同，不同之处在于按有机胺与离子液体的摩尔比为1 1， 将有机胺、离子液体和水混合，得到复合吸收剂水溶液，其中复合吸收剂水溶液的浓度为 30wt%。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例5:与实施例1基本相同，不同之处在于步骤1)中，控制液气比为5L/m3，烟气中(X)2 与复合吸收剂水溶液的反应温度为40 V，反应压力为0. Olatm0
经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例6:与实施例1基本相同，不同之处在于步骤1)中，控制液气比为25L/m3，烟气中CO2 与复合吸收剂水溶液的反应温度为55°C，反应压力为lOatm。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例7:与实施例1基本相同，不同之处在于在上述步骤幻中，加热解析处理是在温度 80 。C、压力0. Olatm下解析，解析时间为Imin0经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例8:与实施例1基本相同，不同之处在于在上述步骤幻中，加热解析处理是在温度 110°C、压力IOatm下解析，解析时间为5min。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例9:与实施例1基本相同，不同之处在于在上述步骤5)中，进行冷却处理是将所分离出的高浓度(X)2气体冷却处理至20°C的，冷却时间为lmin。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例10 与实施例1基本相同，不同之处在于在上述步骤5)中，进行冷却处理是将所分离出的高浓度(X)2气体冷却处理至35°C，冷却时间为5min。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例11 与实施例1基本相同，不同之处在于步骤7)中，干燥温度为110°C，时间为 0. lmin。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例12 与实施例1基本相同，不同之处在于步骤7)中，干燥温度为110°C，时间为5min。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例13 与实施例1基本相同，不同之处在于所述的离子液体为传统离子液体中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例14:与实施例1基本相同，不同之处在于所述的离子液体为传统离子液体中的1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例15 与实施例1基本相同，不同之处在于所述的离子液体为传统离子液体中的1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例16 与实施例1基本相同，不同之处在于所述的离子液体为传统离子液体中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，用量各占1/3。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例17:与实施例1基本相同，不同之处在于所述的离子液体为传统离子液体和功能化离子液体，用量各占1/2;传统离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；所述的功能化离子液体为 1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例18 与实施例1基本相同，不同之处在于所述的离子液体为传统离子液体、功能化离子液体和聚合离子液体，用量各占1/3 ；传统离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；所述的功能化离子液体为 1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐；所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 7 %，二氧化碳吸收效率达到94. 2% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 52X 107kJ/ h，能耗降低27.6%。实施例19 与实施例2基本相同，不同之处在于所述的功能化离子液体为1_(3丙胺基)-3- 丁基咪唑四氟硼酸盐。
经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 4%，二氧化碳吸收效率达到96. 7% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 46X 107kJ/ h，能耗降低30.5%。实施例20:与实施例2基本相同，不同之处在于所述的功能化离子液体为1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐和1-(3丙胺基)-3- 丁基咪唑四氟硼酸盐，用量各占1/2。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 4%，二氧化碳吸收效率达到96. 7% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 46X 107kJ/ h，能耗降低30.5%。实施例21:与实施例3基本相同，不同之处在于所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 6 %，二氧化碳吸收效率达到95% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 49X 107kJ/ h，能耗降低29. 1%0实施例22 与实施例3基本相同，不同之处在于所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑邻苯甲磺酰亚胺盐。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 6 %，二氧化碳吸收效率达到95% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 49X 107kJ/ h，能耗降低29. 1%0实施例23 与实施例3基本相同，不同之处在于所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺盐和聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，用量各占1/2。经实验测得吸收塔入口烟气(X)2含量12%，吸收塔出口烟气(X)2含量0. 6 %，二氧化碳吸收效率达到95% ；传统MEA吸收CO2再生能耗为2. 1 X 107kJ/h，本实验测得再生能耗为1. 49X 107kJ/ h，能耗降低29. 1%0
1权利要求
1.一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于它包括如下步骤1)按有机胺与离子液体的摩尔比为(1 1.1):1，将有机胺、离子液体和水混合，得到复合吸收剂水溶液，其中复合吸收剂水溶液的浓度为20 40wt% ；以有机胺和离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为(X)2吸收剂，将复合吸收剂水溶液均勻喷射到经过常规除尘和脱硫处理后的电站锅炉尾部烟气中，使向上运动的烟气与向下喷射的复合吸收剂水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2气体与复合吸收剂发生气液两相化学反应而被吸收；控制液气比在5 25L/m3的范围，烟气中(X)2与复合吸收剂水溶液的反应温度在40 55°C的范围，反应压力为0. 01 IOatm ；生成富含A · CO2和B · CO2的液体，其中A为有机胺、B为离子液体；2)富含A· CO2和B ·ω2的液体通过自身的凝聚，经过静止澄清形成不同液体层；富含 A · CO2和B · CO2的液体处于下层，复合吸收剂水溶液处于上层，然后将下层溶液分离出来， 得到富含A · CO2和B · CO2的混合液体；分离出来的富含A -CO2和B -CO2的混合液体经过换热，富含A -CO2和B -CO2的混合液体中被复合吸收剂水溶液溶解或吸附的部分0)2气体就蒸发出来，得到换热出来富含A ·ω2 和B · CO2的混合液体；3)将换热出来富含A-CO2和B · (X)2的混合液体进行加热解析处理，化学吸收的(X)2被解析出来，再生获得高浓度(X)2气体和复合吸收剂水溶液；4)将步骤3)所得复合吸收剂水溶液送回至步骤1)中，作为(X)2吸收剂继续循环使用；5)对步骤3)所分离出的高浓度(X)2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；6)对步骤5)冷却处理的高浓度(X)2气体进行气液分离处理，脱除其中的凝结水份，获得纯度> 99%的(X)2气体；7)将步骤6)所得纯度>99%的(X)2气体进一步干燥，再经过压缩和冷凝处理，将其变成液态，制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。
2.根据权利要求1所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于步骤1)中，离子液体为传统离子液体、功能化离子液体、聚合离子液体中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。
3.根据权利要求2所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于传统离子液体包含咪唑盐类、吡咯盐类、吡啶盐类、铵盐类、磺酸盐类离子液体中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。
4.根据权利要求2所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于所述的功能化离子液体为引入氨基的离子液体。
5.根据权利要求2或3所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于所述的传统离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐等中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。
6.根据权利要求4所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于所述的引入氨基离子液体为1-(1-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴盐、1_(3丙胺基)-3-丁基咪唑四氟硼酸盐等中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。
7.根据权利要求2所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于所述的聚合离子液体为聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑邻苯甲磺酰亚胺盐、聚 1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺盐和聚1-(4-苯乙烯基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐等中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。
8.根据权利要求1所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于步骤1)中，有机胺为乙醇胺、N-甲基二乙醇胺中的任意一种或任意二种的混合，任意二种混合时为任意配比。
9.根据权利要求1所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于步骤3)中，加热解析处理是在温度80 110°C、压力0. 01 IOatm下解析，解析时间为1 5min。
10.根据权利要求1所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于步骤5)中，进行冷却处理是将所分离出的高浓度(X)2气体冷却处理至20 35°C的温度范围，冷却时间为1 5min。
11.实现权利要求1所述的方法的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的设备， 它包括吸收塔(1)、斜板澄清池(7)、再生塔(22)、气液分离器(19)、干燥器(18)、压缩机 (17)和冷凝器(16)；吸收塔(1)底部的富液自流入斜板澄清池(7)进行分层，气液分离器(19)的气体出口依次与干燥器(18)、压缩机(17)、冷凝器(16)和液态二氧化碳储存槽(15) 串连连接；其特征在于斜板澄清池(7)的底流出口通过管道与第二换热器(23)的第一介质输入口相连通，所述的管道上设有富液泵(8)，斜板澄清池(7)的上清液溢流口通过管道与循环吸收液储箱 (10)的输入口相连通；循环吸收液储箱(10)的输出口通过管道与吸收塔(1)内的喷淋层 (2)的喷淋管相连通，所述管道上设有吸收液循环泵(9)；第二换热器(23)的第一介质输出口通过管道与第一换热器(21)的第一介质输入口相连通，第一换热器(21)的第一介质输出口通过管道与再生塔(22)上部的进口相连通，第二换热器(23)顶部的气体释放口通过管道与第一换热器(21)和冷却器(20)之间相连的管道相连通，再生塔(22)上部的气体出口通过管道与第一换热器(21)的第二介质输入口相连通，第一换热器(21)的第二介质输出口通过管道与冷却器(20)的输入口相连通，冷却器(20)的输出口通过管道与气液分离器(19)的进口相连；再生塔(22)下部的液体出口通过管道与第二换热器(23)的第二介质输入口相连通， 所述管道上设有贫液泵(13)，第二换热器(23)的第二介质输出口通过管道与循环吸收液储箱(10)的输入口相连通，所述管道上设有过滤器(24);气液分离器(19)的凝结液溢流口通过管道与循环吸收液储箱(10)的输入口相连通；用于储存复合吸收剂水溶液的溶液储箱(12)通过管道与循环吸收液储箱(10)的输入口相连通，所述管道上设有溶液泵(11)。
12.根据权利要求11所述的一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的设备，其特征在于所述的吸收塔(1)为气动鼓泡塔，在吸收塔(1)下部的烟气进口(6)和吸收塔(1)顶部的烟气出口(27)之间的吸收塔(1)内自下而上依次设置有筛板(5)、气动鼓泡层(4)、填料层(3 )和除雾装置(沈)，吸收塔(1)内还设有喷淋层(2 )，喷淋层(2 )共设置有2 4根喷淋管，每根喷淋管上设有多个喷嘴(25)，筛板(5)的圆形通孔面积与板面积之比率为30 40%，除雾装置(26)由上、下二层除雾滤网和位于上、下二层除雾滤网之间的清洗喷淋部件构成。
全文摘要
本发明涉及一种捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备。一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法，其特征在于它包括如下步骤1)以有机胺和功能化离子液体组成的复合吸收剂水溶液作为CO2吸收剂；2)经过静止澄清形成不同液体层；3)将分离出来富含A·CO2和B·CO2的液体进行加热解析处理，再生获得高浓度CO2气体和复合吸收剂水溶液；4)将步骤3)所得复合吸收剂水溶液继续循环使用；5)对高浓度CO2气体进行冷却处理，使其中含有的热水蒸汽产生凝结；6)对步骤5)冷却处理的高浓度CO2气体进行气液分离处理，获得纯度≥99％的CO2气体；7)高纯度CO2气体变成液态，制成高浓度工业级液态二氧化碳成品。该方法具有捕集效率高、能耗低、工艺流程简单的特点。
文档编号B01D53/14GK102553396SQ20111043715
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者张岩丰, 王志龙 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司