一种烟气回收干冰的装置及方法与流程

本发明属于烟气脱碳和干冰制作技术领域，涉及一种烟气回收干冰的装置及方法。

背景技术

干冰是固态的二氧化碳。二氧化碳的三相点为(-57℃,527kpa)。当压力低于527kpa时，气态二氧化碳降温直接凝华成干冰；当压力高于527kpa时，气态二氧化碳降温冷凝成液态二氧化碳，继续降温则变成干冰。干冰的应用很广泛，可以用于人工降雨、食品保鲜、干冰清洗、舞台效果等多个领域。目前工业生产干冰的方法一般先通过在加压的情况下得到液态二氧化碳，然后利用液态二氧化碳蒸发降温使部分液态二氧化碳凝固为固态粉末，通过液压机装置，吧干冰粉挤压成颗粒、柱状、片状、块状的那个各种形状的干冰；大约40％液态二氧化碳转为固态的干冰。

燃煤产生的烟气中含有大量的二氧化碳气体。目前工业上一般通过化学吸收法或变压吸附法分离出烟气中的二氧化碳，然后通过压缩液化等工艺制成液态二氧化碳产品。由于烟气脱碳的成本较高，液态二氧化碳产品的市场价格较低，因此从烟气中捕集二氧化碳生产液态二氧化碳工艺的经济性不高，从而也制约了烟气碳捕集技术的大规模商业化推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种烟气回收干冰的装置及方法，该装置及方法能够将烟气中的二氧化碳以干冰的形式回收，经济性较高。

为达到上述目的，本发明所述的烟气回收干冰的装置包括引风机、电厂fgd出口烟气管道、水冷换热器、第一气液分离器、低温除湿器、第二气液分离器、分子筛除湿器、冷量回收换热器、低温洗涤塔、烟气排出系统、固液分离器、低温冷却器、循环水系统及冷水机组；

引风机的入口与电厂fgd出口烟气管道相连通，引风机的出口经水冷换热器的热侧与第一气液分离器的入口相连通，第一气液分离器的气侧出口经低温除湿器的热侧与第二气液分离器的入口相连通，第二气液分离器的气侧出口与分子筛除湿器的入口相连通，分子筛除湿器的出口经冷量回收换热器的热侧与低温洗涤塔底部的气体入口相连通，低温洗涤塔顶部的烟气出口与冷量回收换热器的冷侧入口相连通，冷量回收换热器的冷侧出口与烟气排出系统相连通，低温洗涤塔底部的浆液出口与固液分离器的入口相连通，固液分离器的液体出口与低温冷却器的热侧入口相连通，低温冷却器的热侧出口与低温洗涤塔上端的液体入口相连通；

水冷换热器的冷侧与循环水系统相连通，低温除湿器的冷侧与冷水机组相连通，低温冷却器的冷侧与低温制冷机相连通。

还包括集水箱，第一气液分离器的排水口、第二气液分离器的排水口及分子筛除湿器的排水口与集水箱的入口相连。

低温洗涤塔底部的浆液出口经低温浆液泵与固液分离器入口相连。

固液分离器的液体出口经低温循环泵与低温冷却器的热测入口相连通。

还包括冷媒补充系统及干冰成型机，其中，固液分离器的冷媒入口与冷媒补充系统相连通，固液分离器的固体出口与干冰成型机相连通。

本发明所述的烟气回收干冰的方法包括以下步骤：

fgd脱硫后的烟气经过引风机进入到水冷换热器的热侧中进行降温，再经第一气液分离器进行气液分离，其中，第一气液分离器分离出的气体经低温除湿器降温除湿后进入到第二气液分离器中进行气液分离，第二气液分离器分离出的气体经分子筛除湿器除湿及冷量回收换热器热侧降温后进入到低温洗涤塔中；

在低温洗涤塔中，烟气被低温洗涤塔顶部喷淋下来的低温正丙醇冷却，以分离出干冰，其中，低温洗涤塔顶部输出的烟气进入到冷量回收换热器的冷侧中进行吸热，然后进入到烟气排出系统中，低温洗涤塔内的干冰与低温正丙醇混合形成低温浆液，所述低温浆液经低温洗涤塔底部的浆液出口输出至固液分离器中进行固液分离，其中，固液分离器分离出的干冰直接排出，以实现烟气中干冰的回收，固液分离器分离出的液体在低温冷却器的热侧冷却后从低温洗涤塔顶部的液体入口进入到低温洗涤塔中。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的烟气回收干冰的装置及方法在具体操作时，利用水冷换热器、低温除湿器、冷量回收换热器及低温洗涤塔对烟气进行冷却，使得烟气中的二氧化碳形成干冰，然后通过固液分离器分离出干冰，以实现干冰的回收。另外，本发明通过第一气液分离器、第二气液分离器、低温除湿器及分子筛除湿器除去烟气中的水，以提高干冰的纯度，同时避免烟气中水对后续处理的影响。为防止凝华出来的固体二氧化碳附着在烟气冷凝器表面并堵塞冷凝器，本发明采用低温冷冻液对烟气进行直接接触式冷却，凝华出来的干冰随着冷冻液流出至固液分离器中，再通过固液分离器分离出固态干冰，以实现干冰的回收，相比于传统二氧化碳捕集系统获得的液态二氧化碳，产品价值高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为引风机、2为水冷换热器、3为循环水系统、4为第一气液分离器、5为低温除湿器、6为冷水机组、7为气液分离器、8为分子筛除湿器、9为集水箱、10为冷量回收换热器、11为低温洗涤塔、12为低温浆液泵、13为固液分离器、14为低温循环泵、15为低温冷却器、16为低温制冷机、17为干冰成型机、18为冷媒补充系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的烟气回收干冰的装置包括引风机1、电厂fgd出口烟气管道、水冷换热器2、第一气液分离器4、低温除湿器5、第二气液分离器7、分子筛除湿器8、冷量回收换热器10、低温洗涤塔11、烟气排出系统、固液分离器13、低温冷却器15、循环水系统3及冷水机组6；引风机1的入口与电厂fgd出口烟气管道相连通，引风机1的出口经水冷换热器2的热侧与第一气液分离器4的入口相连通，第一气液分离器4的气侧出口经低温除湿器5的热侧与第二气液分离器7的入口相连通，第二气液分离器7的气侧出口与分子筛除湿器8的入口相连通，分子筛除湿器8的出口经冷量回收换热器10的热侧与低温洗涤塔11底部的气体入口相连通，低温洗涤塔11顶部的烟气出口与冷量回收换热器10的冷侧入口相连通，冷量回收换热器10的冷侧出口与烟气排出系统相连通，低温洗涤塔11底部的浆液出口与固液分离器13的入口相连通，固液分离器13的液体出口与低温冷却器15的热侧入口相连通，低温冷却器15的热侧出口与低温洗涤塔11上端的液体入口相连通；水冷换热器2的冷侧与循环水系统3相连通，低温除湿器5的冷侧与冷水机组6相连通，低温冷却器15的冷侧与低温制冷机16相连通。本发明还包括集水箱9，第一气液分离器4的排水口、第二气液分离器7的排水口及分子筛除湿器8的排水口与集水箱9的入口相连。

具体的，低温洗涤塔11底部的浆液出口经低温浆液泵12与固液分离器13入口相连；固液分离器13的液体出口经低温循环泵14与低温冷却器15的热测入口相连通。

本发明还包括冷媒补充系统18及干冰成型机17，其中，固液分离器13的冷媒入口与冷媒补充系统18相连通，固液分离器13的固体出口与干冰成型机17相连通。

本发明所述的烟气回收干冰的方法包括以下步骤：

fgd脱硫后的烟气经过引风机1进入到水冷换热器2的热侧中降温至35℃，再经第一气液分离器4进行气液分离，其中，第一气液分离器4分离出的气体经低温除湿器5除湿降温至2℃后进入到第二气液分离器7中进行气液分离，第二气液分离器7分离出的气体经分子筛除湿器8除湿及冷量回收换热器10热侧降温至-68℃后进入到低温洗涤塔11中；

在低温洗涤塔11中，烟气被低温洗涤塔11顶部喷淋下来的-110℃低温正丙醇冷却至-105℃，以分离出干冰，其中，低温洗涤塔11顶部输出的-105℃烟气进入到冷量回收换热器10的冷侧中吸热至-20℃，然后进入到烟气排出系统中，低温洗涤塔11内的干冰与低温正丙醇混合形成-90℃低温浆液，所述-90℃低温浆液经低温洗涤塔11底部的浆液出口输出至固液分离器13中进行固液分离，其中，固液分离器13分离出的干冰直接排出，以实现烟气中干冰的回收，固液分离器13分离出的液体在低温冷却器15的热侧冷却至-110℃后从低温洗涤塔11顶部的液体入口进入到低温洗涤塔11中。

本发明中烟气冷却分四级冷却：第一级是用电厂循环冷却水进行冷却，水冷换热器2冷侧入口处的温度为30℃，水冷换热器2冷侧出口处的温度为40℃；第二级是用冷水机组6冷却，冷水机组6采用螺杆冷水机组，冷水机组6的出水温度为-5℃，能效比为cop＝5；第三级是经过与低温净烟气换热冷却，换热端差为20℃；第四级是通过低温正丙醇喷淋冷却，冷量由低温制冷机16提供，蒸发温度为-115℃，cop＝0.8。

本实施例中烟气量10万标方，入口温度为50℃，含水量为11％，二氧化碳浓度为12％。经水冷换热器2冷却后排水4.5吨/小时，经低温除湿器5冷却后排水2.75吨/小时，分子筛除湿器8脱水0.2吨/小时。烟气中90％的二氧化碳经干冰回收，生产干冰18吨/小时，总电耗为5mw，每小时电耗为5000千瓦时，每吨干冰能耗为278千瓦时。

经实践，本发明在实际应用时，从烟气中捕获下来的二氧化碳的干冰转化率为100％，转化率高；而传统的烟气脱碳-压缩液化-制干冰技术路线转化率不到40％。另外，本发明中每吨干冰的生产成本低于200元，而传统的烟气脱碳-压缩液化-制干冰技术路线成本高于600元，生产成本降低3倍。同时，烟气脱碳能耗成本更低，低于100元/吨co2，比传统脱碳系统节约能耗成本40％-50％。