燃煤电厂烟气中CO₂捕集装置的制作方法

专利名称：燃煤电厂烟气中CO₂捕集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型捕集燃煤电厂烟气中CO2的技术，主要是利用微孔发泡技术来提高乙醇胺水溶液(MEA)吸收烟气中CO2的效率，再加热MEA来分离收集C02，MEA交替循环使用的CO2捕集工艺。
背景技术：
现有的燃煤电厂CO2捕集主要有3条技术路线燃耗后捕集、燃耗前捕集和富氧燃烧。其中燃耗后捕碳技术虽然成本较高，但适用于现有几乎所有燃煤电厂。CO2捕集技术主要有吸收法、吸附法、膜吸收法、生物固碳和水合物法，其中化学吸收法是一种较合适的方法，通常采用醇胺类的水溶液作为吸收剂，其中以MEA与CO2反应最快，因而应用最多。 吸收塔大多采用填料塔或筛板塔，吸收剂采用喷淋的形式进入塔内与气体接触反应(如图I所示)，总吸收系数涉及热力学(溶解度)、动力学和流体力学等诸多因数。图中
I-烟气；2_吸收塔；3_乙醇胺水溶液；4_填料；5-排放的烟气。虽然目前这种工艺在国内外已有工程应用，但仍有诸多有待改进和提高的方面I、MEA用量较大，增加了实际运营成本。2、目前工艺需将MEA从低位提升高位，以便进行喷淋，这必将增加新的能源消耗。3、目前采用的喷淋吸收法，其单位时间的吸收效率还不够高，吸收效率大多在80%左右。4、传统喷淋塔很高，当喷淋的MEA液珠随重力下降时，很难均匀分布在上升的烟气中，造成烟气中CO2不能与MEA充分接触，从而吸收效率不高。

实用新型内容本实用新型解决现有技术中吸收效率不高的问题，提供一种燃煤电厂烟气中CO2捕集装置。本实用新型的目的是通过以下措施实现的一种燃煤电厂烟气中CO2捕集装置，包括吸收塔、再生塔、泵及输送管路，所述吸收塔分为第一、第二吸收塔，第一、第二吸收塔塔内均设有曝气池，池底为微孔曝气板，曝气池用于盛放吸附液(吸附液深度为O. 25 3m)，第一、第二吸收塔上部均装有引风机；待处理烟气的输送管路经切换阀分别连接第一、第二吸收塔中曝气池的微孔曝气板下方，第一、第二吸收塔中曝气池上方分别经泵与再生塔双向连接；由再生塔至第一、第二吸收塔的回路中还分别设有冷却器。所述曝气池的微孔曝气板厚度为5 30mm,微孔曝气板的孔径为50 400 μ m。本实用新型相比现有技术具有如下优点本实用新型的捕集装置与传统CO2捕集喷淋方式有本质上的区别。传统的喷淋方式(也称淋浴法)是把MEA或其它碱性液体(如氨水)分散在烟气中，而本实用新型可把烟气分散在MEA中。传统喷淋方式需要把MEA通过电动水泵提升至一定高度(如20米高)之后喷淋到烟气中，此过程耗用一定电能，而本实用新型不需要提升MEA，而是由引风机(原系统中所配备)通过一块微孔曝气板将烟气导入MEA池中。在引风机的作用下，烟气将会通过微孔曝气板被分散成微小气泡进入池中而被MEA充分吸收，从而达到高效节能地吸收烟气中CO2的目的。本实用新型设计了曝气池结构，采用微孔发泡材料来提高乙醇胺水溶液(MEA)吸收燃煤电厂烟气中CO2效率。MEA注入到微孔曝气板上方，烟气从微孔曝气板下方导入到MEA中，则烟气会在MEA中形成缓慢上升的微小气泡(如气泡直径2mm)，气泡与MEA接触的 比表面积增加，使吸附效率提高。该工艺能增强烟气与MEA的有效接触而使烟气中CO2能被MEA闻效吸收，从而达到闻效节能捕集CO2的目的。同时，本实用新型运行时，当气泡很小时，气泡上升的浮力下降，气泡上升的速度降低，使CO2气体有足够的时间在MEA中停留，也使吸附效率提高，总的吸收效率可达90%以上。由于省略了 MEA提升喷淋的过程，其能耗比传统方式减少15%以上。由于烟气与MEA接触时间加长且充分，能使MEA用量节省20%以上。


图I是现有喷淋化学吸收方式的吸收反应塔结构示意图。图2是本实用新型燃煤电厂烟气中CO2捕集装置的结构示意图。图2中1-待处理烟气；2_切换阀；3-MEA ；4~第二微孔曝气板；5_第二吸收塔；
6-净化后烟气排出；7_第二贫液泵；8_第二贫液冷却器；9_第二富液泵；10-MEA再生塔；
11-第一富液泵；12-二氧化碳；13-第一贫液冷却器；14-第一贫液泵；15-第一微孔曝气板；16-MEA ; 17-第一吸收塔；18-净化后烟气排出。其中，烟气I是待火电厂锅炉燃烧后经过除尘、脱硫、脱硝处理后的含CO2的烟气，主要是CO2、O2、和N2 ；切换阀2是用来控制烟气向第一吸收塔17或第二吸收塔5输送和隔离的开关；第一吸收塔17、第二吸收塔5是一个交替吸收处理烟气中CO2的单元的两个吸收塔；第一微孔曝气板15和第二微孔曝气板4是吸收塔中关键部件，待处理烟气经过微孔曝气板在MEA中形成缓慢上升的微小气泡，从而达到本实用新型的工艺目的；MEA16和MEA3是吸收塔中的吸收剂，通过MEA对CO2的吸收和释放的特性来达到我们捕集CO2的目的;净化后烟气排出18和净化后烟气排出6是经过CO2吸收处理过后的烟气将从烟囱排出大气中，主要是O2、和N2 ；第一富液泵11和第二富液泵9，是用来将捕集过CO2而饱和后的MEA抽取到再生塔中进行CO2分离和MEA再生处理；第一贫液冷却器13和第二贫液冷却器8是用来将再生工艺过后的高温MEA进行冷却处理，以便再次利用；第一贫液泵14和第二贫液泵7是用来将经过再生和冷却处理后的MEA抽回吸收塔中进行再次利用；[0033]再生塔10是本工艺中从CO2饱和MEA中加热分离出CO2,并使MEA能再次循环利用的后处理设备；二氧化碳12是经过吸收分离后的纯净CO2气体，经后道工序进行下一步处理。
具体实施方式

以下结合附图2对本实用新型进行具体的描述。实施例一如图2所示，本实用新型的燃煤电厂烟气中CO2捕集装置，包括圆柱型的第一、第二吸收塔、再生塔、泵及输送管路，第一、第二吸收塔塔内均设有一个曝气池，池底为微孔曝气板，微孔曝气板厚度为5 30mm，微孔曝气板的孔径为5(Γ400 μ m。曝气池用于盛放吸附液，吸附液深度可设计O. 25 3m，第一、第二吸收塔上部均装有引风机；待处理烟气的输送 管路经切换阀分别连接第一、第二吸收塔中微孔曝气板下方，用于切换将待处理烟气选择送入第一或第二吸收塔。第一、第二吸收塔中曝气池上方分别经泵与再生塔双向连接，用于泵出吸附液和泵回再生后吸附液，达到循环利用目的。由再生塔至第一、第二吸收塔的回路中还分别设有冷却器，再生后的吸附液需经冷却后再泵回第一、第二吸收塔。本实用新型的运行过程如下运行时，在微孔曝气板的上方注入足够的吸收液，形成曝气池。吸附液采用MEA，微孔曝气板孔径50 400微米，吸附液深度为O. 25 3m。吸收塔顶部分别设有引风机，引风机产生的压力在10 50KPa。待处理的烟气先经输送管路送入第一吸收塔17，从第一微孔曝气板15的下方导入，在引风机的引力下向上穿过第一微孔曝气板15，在MEA中形成泡泡后并与其充分接触而被吸收掉CO2，净化后的烟气再由第一吸收塔17上方引风机排出。当第一吸收塔17内MEA吸收掉足够的CO2而饱和后，由第一富液泵11抽入到MEA再生塔10中进行CO2分离加热，分离CO2分后的MEA经第一贫液冷却器13降温后，再由第一贫液泵抽14回到第一吸收塔17内，继续再次作为吸收剂使用。为合理利用MEA资源，本实用新型采用第一、第二吸收塔交替工作的方式，即待处理的烟气通过烟气切换阀先到第一吸收塔17内进行CO2吸收处理。即待第一吸收塔17内MEA饱和后，待处理的烟气通过切换阀2转到第二吸收塔5进行CO2吸收处理，待第二吸收塔5内MEA吸收饱和后，由第二富液泵9将MEA饱和液抽入到MEA再生塔10中进行CO2分离加热工艺处理，分离掉CO2的MEA经过第二贫液冷却器8冷却，由第二贫液泵7抽回至第一吸收塔17。第一、第二吸收塔如此交替使用，实现循环工作，对烟气连接净化处理。微孔曝气板介绍在本实用新型中微孔曝气板为制作的多孔陶瓷、多孔高岭土材料、多孔粘土材料、多孔氧化铝材料、多孔磨来石材料或其它无机氧化物多孔材料。制作多孔材料的方法是先将陶瓷原料进行一次烧结，之后破碎成颗粒度为20(Γ1000微米的颗粒。再将这些颗粒放入耐火材料模中，进行二次高温烧结。烧结过程中陶瓷颗粒粘结在一起，形成多孔陶瓷。虽然制作多孔陶瓷的步骤相同，但不同的氧化物材料烧结温度不同。虽然采用以上制作方法不同的氧化物材料形成的多孔结构有些不同，但制作出的多孔陶瓷材料的孔径在5(Γ400微米范围内。以下举例说明微孔曝气板实例I :[0046]2000克高岭土与250水混合成泥状。在95摄氏度温度下干燥12小时成干泥状态，再放入马弗炉中烧结至1400摄氏度温度，保温60分钟。自然冷却至室温后，将其破碎，筛选20(Γ1000微米范围内颗粒。将20(Γ1000微米范围内的高岭土颗粒放置耐火材料匣钵中，捣实。再将此耐火匣钵放入马弗炉中，升温至1500摄氏度，并在此温度保温2小时进行烧结。自然冷却至室温，即可得到多孔陶瓷材料。此材料可进一步加工成曝气板状。微孔曝气板实例2 1000克粘土与140水混合成泥状。在95摄氏度温度下干燥12小时成干泥状态，再放入马弗炉中烧结至1200摄氏度温度，保温45分钟。自然冷却至室温后，将其破碎，筛选20(Γ1000微米范围内粘土颗粒。将20(Γ1000微米范围内的粘土颗粒放置耐火材料匣钵中，捣实。再将此称载耐火匣钵放入马弗炉中，升温至1280摄氏度，并在此温度保I小时进行烧结。自然冷却至室温，即可得到多孔粘土陶瓷材料。此材料可进一步加工成曝气板状。
微孔曝气板实例3 1000克平均粒度小于10微米的氧化铝粉与150水混合成泥状。在95摄氏度温度下干燥12小时成干泥状态，再放入马弗炉中烧结至1540摄氏度温度，保温120分钟。自然冷却至室温后，将其破碎，筛选20(Γ1000微米范围内粘土颗粒。将20(Γ1000微米范围内的粘土颗粒放置耐火材料匣钵中，捣实。再将此称载耐火匣钵放入马弗炉中，升温至1750摄氏度，并在此温度保2小时进行烧结。自然冷却至室温，即可得到多孔氧化铝陶瓷材料。以上3例所制多孔无机材料的孔径在5(Γ400微米范围内。本实用新型采用这些多孔材料，可高效率地将火电厂烟气分散至MEA液体中，达到高效率吸附。需要指出的是，本实用新型采用的多孔陶瓷材料并不局限于以上三种多孔材料。其它通过烧结制作成的多孔陶瓷材料，其孔径在5(Γ400微米范围内，亦可应用于本实用新型。
权利要求1.一种燃煤电厂烟气中CO2捕集装置，包括吸收塔、再生塔、泵及输送管路，其特征是所述吸收塔分为第一、第二吸收塔，第一、第二吸收塔塔内均设有曝气池，曝气池用于盛放吸附液，池底为微孔曝气板，第一、第二吸收塔上部均装有引风机； 待处理烟气的输送管路经切换阀分别连接第一、第二吸收塔中曝气池的板下方，第一、第二吸收塔中曝气池上方分别经泵与再生塔双向连接； 由再生塔至第一、第二吸收塔的回路中还分别设有冷却器。
2.根据权利要求I所述的燃煤电厂烟气中CO2捕集装置，其特征是所述曝气池的曝气板厚度为5 30mm,微孔曝气板的孔径为50 400 μ m。
专利摘要本实用新型涉及提供一种燃煤电厂烟气中CO2捕集装置，该燃煤电厂烟气中CO2捕集装置，包括吸收塔、再生塔、泵及输送管路，其特征是所述吸收塔分为第一、第二吸收塔，第一、第二吸收塔塔内均设有曝气池，曝气池用于盛放吸附液，池底为微孔曝气板，第一、第二吸收塔上部均装有引风机；待处理烟气的输送管路经切换阀分别连接第一、第二吸收塔中曝气池的微孔曝气板下方，第一、第二吸收塔中曝气池上方分别经泵与再生塔双向连接；由再生塔至第一、第二吸收塔的回路中还分别设有冷却器。本实用新型采用微孔曝气板结构，烟气从微孔曝气板下方导入到MEA中，则烟气与MEA接触的比表面积增加，使吸附效率提高。
文档编号B01D53/18GK202605990SQ20122027739
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者王田禾, 薛建明, 蒋亚彬 申请人:国电科学技术研究院