專利名稱：氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對(duì)燃煤電站鍋爐尾部煙氣的凈化處理技術(shù)，具體地指 一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)備。
背景技術(shù)：
大氣溫室效應(yīng)是人類面臨的最主要環(huán)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占人類
活動(dòng)引起的二氧化碳總排放量的30%。 一個(gè)600MW的火電廠每小時(shí)排放 的二氧化碳量可達(dá)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，可用于食品保鮮、膨化煙絲、生產(chǎn) 甲醇、尿素、可降解塑料等，尤其是石油行業(yè)利用二氧化碳驅(qū)油技術(shù)可以 大大提高采油率，而現(xiàn)階段隨電站鍋爐尾部煙氣排放的二氧化碳大都白白 浪費(fèi)掉了。
傳統(tǒng)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(xué)方法兩大類。工業(yè)應(yīng)用較多采用化學(xué)方法，化學(xué)方法主要指化學(xué)吸收法， 其原理是使二氧化碳?xì)怏w與化學(xué)溶劑發(fā)生反應(yīng)而被吸收，吸收二氧化碳達(dá) 到平衡的化學(xué)溶劑變成富液，富液進(jìn)入再生塔加熱分解出二氧化碳?xì)怏w， 從而達(dá)到分離回收二氧化碳的目的。較常見的化學(xué)溶劑是乙醇胺類的水溶 液，采用醇胺溶液在吸收塔和再生塔中循環(huán)運(yùn)行，可以得到高濃度的二氧 化碳。但是，醇胺是一種價(jià)格昂貴的化工產(chǎn)品，在系統(tǒng)循環(huán)中有一定的損 耗率；并且，醇胺與二氧化碳的反應(yīng)速率較低，需要的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，吸 收塔的設(shè)計(jì)高度較高。另外，吸收塔通常采用填料塔，煙氣中的雜質(zhì)成分、 吸收劑與二氧化碳反應(yīng)生成物的結(jié)晶顆粒等都容易造成填料層堵塞，導(dǎo)致 吸收塔無(wú)法正常工作。同時(shí)，填料層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行和檢修比較困難。 以上原因均造成采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于其二氧化碳含量偏低、煙氣流量巨大。 經(jīng)檢測(cè)各種類型的電站鍋爐尾部煙氣，其C02濃度約為10~15%。以一個(gè) 600MW的發(fā)電廠為例，其鍋爐尾部煙氣排放量約2000000Nm3/h。采用上述醇胺溶液脫除二氧化碳時(shí)，會(huì)造成吸收塔體積龐大，施工、運(yùn)行和設(shè)備 檢修困難，很難達(dá)到有效脫除煙氣中二氧化碳并將其回收利用的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)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(shè)備。該設(shè)備各部分裝置連接簡(jiǎn)單緊湊，投資及運(yùn)行成本低廉，能夠適 應(yīng)電站鍋爐尾部煙氣流量巨大、二氧化碳濃度低的特點(diǎn)，有效提高二氧化 碳脫除率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧 化碳的設(shè)備，包括通過管道相連的吸收塔、再生塔、水洗塔、氣液分離器、 干燥器、壓縮機(jī)和冷凝器。所述吸收塔為無(wú)填料層的空塔結(jié)構(gòu)，其下部煙 氣進(jìn)口和頂部煙氣出口之間自下而上依次設(shè)置有多孔板、 一級(jí)氨水噴淋裝 置、二級(jí)氨水噴淋裝置和除霧裝置，其底部設(shè)置有衆(zhòng)液沉淀池。所述漿液 沉淀池的側(cè)面出口通過再循環(huán)泵與一級(jí)氨水噴淋裝置相連，所述漿液沉淀 池的底部出口通過富液泵與再生塔的上部進(jìn)口相連，所述再生塔的上部氣 體進(jìn)口通過第一冷卻器與水洗塔的下部進(jìn)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(jìn)口相連。所述再生塔和水洗塔的下 部液體出口同時(shí)與儲(chǔ)氨罐的輸入口相連，所述儲(chǔ)氨罐的輸出口通過貧液泵 和第三冷卻器與二級(jí)氨水噴淋裝置相連。所述氣液分離器的氣體出口依次 與干燥器、壓縮機(jī)、冷凝器和液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存槽串連連接。由此，在脫 除煙氣中二氧化碳的同時(shí)，通過上述組合為一體的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行再生、脫 水、干燥、壓縮和冷凝等連續(xù)處理，直至獲得高濃度工業(yè)級(jí)的液態(tài)二氧化 碳。
進(jìn)一步地，所述一級(jí)氨水噴淋裝置和二級(jí)氨水噴淋裝置的下方對(duì)應(yīng)設(shè) 置有橫截面呈三角形的一級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)和二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)，所述一級(jí)氣流 引導(dǎo)環(huán)和二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)安裝固定在吸收塔的內(nèi)壁上。這樣，兩級(jí)氨水噴
淋裝置、兩級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)和多孔板對(duì)塔中煙氣具有協(xié)同作用的效果 一方 面煙氣向上通過多孔板后，氣流分布更加均勻，有利于與氨水溶液充分接 觸；另一方面煙氣在兩級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)的引導(dǎo)下向塔中心流動(dòng)，可對(duì)沿塔壁 流動(dòng)的氨水漿液進(jìn)行再分布，增大氣液兩相流的湍流強(qiáng)度和氣液有效接觸 面積；同時(shí)氨水溶液在兩級(jí)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(fā)生化學(xué)反 應(yīng)而被吸收。進(jìn)一步地，在上述富液泵和貧液泵的輸送管路上還設(shè)置有貧富液換熱 器，所述漿液沉淀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(jìn)口相連，所述儲(chǔ)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(jí)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 氨水貧液的余熱，給進(jìn)入再生塔的富液預(yù)熱，同時(shí)將貧液冷卻，實(shí)現(xiàn)熱交 換的良性循環(huán)，節(jié)省熱能資源。
進(jìn)一步地，所述氣液分離器的凝結(jié)液出口與水洗塔上的工藝水進(jìn)口相 連。這樣，可以將分離出來(lái)的凝結(jié)液重新返回到水洗塔中進(jìn)行循環(huán)，減少 工藝用水量，降低生產(chǎn)成本。
與傳統(tǒng)醇胺溶液脫除煙氣中的二氧化碳設(shè)備相比，本實(shí)用新型具有以 下突出效果
其一，吸收塔采用無(wú)填料層的空塔結(jié)構(gòu)，塔內(nèi)設(shè)置兩級(jí)氨水噴淋裝置、 兩級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)、以及一層多孔板。煙氣通過多孔板后，氣流分布更加均 勻，同時(shí)在氣流引導(dǎo)環(huán)的作用下，有效消除了因煙氣貼壁流動(dòng)而造成的短 路現(xiàn)象，且氨水溶液在兩級(jí)氨水噴淋裝置的循環(huán)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(fā)生更加充分的反應(yīng)，進(jìn)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、干燥器、壓縮機(jī)和冷凝器等設(shè)備有機(jī)地組合成一個(gè)完整的工藝體 系，既簡(jiǎn)化了設(shè)備構(gòu)成、簡(jiǎn)化了工藝流程，又大幅降低了設(shè)備的投資、運(yùn) 行和維護(hù)費(fèi)用。
其三，采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(jià)格僅僅是MEA的1/6，而且氨水與二氧化碳反應(yīng)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(dá)到90%以上，顯著降低二氧化碳捕集成本，特別適合 于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(shí)獲得工業(yè)級(jí)液態(tài)二氧化碳，既有利于大氣環(huán)境污染的綜合治 理，又有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)電站鍋爐尾部煙氣的無(wú)害化和 資源化利用，特別符合我國(guó)以燃煤發(fā)電為主的國(guó)情。


附圖為一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述-圖中所示的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)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、干燥器19、壓 縮機(jī)18和冷凝器17等組成。吸收塔1為無(wú)填料層的空塔結(jié)構(gòu)，其下部煙 氣進(jìn)口 7和頂部煙氣出口 26之間自下而上依次設(shè)置有多孔板6、 一級(jí)氨水 噴淋裝置4、 二級(jí)氨水噴淋裝置2和除霧裝置25，其底部設(shè)置有漿液沉淀 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(nèi)分布均勻。 一級(jí)氨水噴淋裝置4和二級(jí)氨水噴淋裝置2 的下方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)5和二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)3。 一級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán) 5和二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)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(nèi)壁合圍而成，安裝固定在與其對(duì)應(yīng)的氨水噴淋裝置下方 0.6-1.Om處。其可以采用一般鋼材外加防腐涂層制成，也可以采用耐受氨 水漿液沖刷及腐蝕的其它材料制成。其三角形橫截面的設(shè)計(jì)可以盡量減少 環(huán)體對(duì)塔內(nèi)煙氣的阻力，并對(duì)塔內(nèi)煙氣具備一定的導(dǎo)流控制功能。兩級(jí)氣 流引導(dǎo)環(huán)和兩級(jí)氨水噴淋裝置協(xié)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(dá)到理想的脫碳效率和良好的節(jié)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(wǎng)和位于上、下層除霧濾網(wǎng)之間的 清洗噴淋機(jī)構(gòu)構(gòu)成，以完全清除煙氣中的吸收劑液滴。
漿液沉淀池8的側(cè)面出口通過再循環(huán)泵9與一級(jí)氨水噴淋裝置4相連。 漿液沉淀池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(jìn)口相連。再生塔12的上部氣體進(jìn)口通過第一冷卻器22與水 洗塔15的下部進(jìn)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(jìn)口相連。
與再生塔12配套的煮沸器13設(shè)置在塔底部外側(cè)。再生塔12和水洗塔 15的下部液體出口同時(shí)與儲(chǔ)氨罐14的輸入口相連，儲(chǔ)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(jí)氨水噴淋 裝置2相連。氣液分離器20的凝結(jié)液出口與水洗塔15上的工藝水進(jìn)口相 連，氣液分離器20的氣體出口依次與干燥器19、壓縮機(jī)18、冷凝器17和 液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存槽16串連連接。
本實(shí)用新型氨法捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)備的工作原理如下電站鍋爐尾部煙氣經(jīng)過常規(guī)除塵和脫硫處理后，由吸收塔1的下部煙
氣進(jìn)口7輸入塔中，依次穿越多孔板6、 一級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)5、 一級(jí)氨水噴淋 裝置4、 二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)3、 二級(jí)氨水噴淋裝置2上行。與此同時(shí)，氨水溶 液的霧滴向下噴出。根據(jù)煙氣中C02的含量，氨水溶液的摩爾濃度可選擇 在0.6 26mol/L的范圍，煙氣中0)2與氨水溶液的反應(yīng)溫度可優(yōu)選在0~45 -C的范圍，并控制氨水溶液中NH3與煙氣中C02的摩爾比為1.0-2.0，反應(yīng) 壓力優(yōu)選在l 2atm。此時(shí)，煙氣中的C02氣體與氨水溶液在塔內(nèi)充分逆向 接觸，快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被氨水溶液吸收。
被氨水溶液吸去C02的煙氣繼續(xù)向上流動(dòng)，經(jīng)過除霧裝置25脫除霧滴 后，清潔煙氣直接排入大氣。而吸收co2后生成的碳酸氫銨溶液與未完全 反應(yīng)的氨水落入吸收塔1的漿液沉淀池8，其中部分漿液通過再循環(huán)泵9輸 送至一級(jí)氨水噴淋裝置4，其余漿液通過富液泵10輸送到貧富液換熱器11 的吸熱管中，然后從再生塔12的上部進(jìn)口送入塔內(nèi)。再生塔12為填料塔， 塔內(nèi)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，并經(jīng)過煮沸器13加熱至100 16(TC，解析出高濃度的 C02氣體，同時(shí)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(chǔ)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(jīng)第一冷 卻器22降溫至50 8(TC，從水洗塔15的下部進(jìn)口輸入塔內(nèi)，水洗塔15也 為填料塔，塔內(nèi)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(chǔ)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(jìn) 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(jié)出來(lái)。 儲(chǔ)氨罐14中的氨水通過輸出口進(jìn)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(jìn)入二級(jí)氨水噴淋裝置2中。
經(jīng)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(jìn)口 輸入，通過離心作用將C02氣體中夾帶的凝液分離出來(lái)，獲得純度高于99% 的C02氣體。所分離出的凝液從氣液分離器20的凝結(jié)液出口流出，重新送 入水洗塔15中循環(huán)。所分離出的高純度C02氣體則送入干燥器19，經(jīng)干燥 處理后再送至壓縮機(jī)18，經(jīng)壓縮處理，進(jìn)入冷凝器17，冷凝成液態(tài)，制成 工業(yè)級(jí)液體二氧化碳成品，送入液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存槽16中保存。
權(quán)利要求1.一種氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)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)、干燥器(19)、壓縮機(jī)(18)和冷凝器(17)，其特征在于所述吸收塔(1)為無(wú)填料層的空塔結(jié)構(gòu)，其下部煙氣進(jìn)口(7)和頂部煙氣出口(26)之間自下而上依次設(shè)置有多孔板(6)、一級(jí)氨水噴淋裝置(4)、二級(jí)氨水噴淋裝置(2)和除霧裝置(25)，其底部設(shè)置有漿液沉淀池(8)；所述漿液沉淀池(8)的側(cè)面出口通過再循環(huán)泵(9)與一級(jí)氨水噴淋裝置(4)相連，所述漿液沉淀池(8)的底部出口通過富液泵(10)與再生塔(12)的上部進(jìn)口相連，所述再生塔(12)的上部氣體進(jìn)口通過第一冷卻器(22)與水洗塔(15)的下部進(jìn)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(jìn)口相連；所述再生塔(12)和水洗塔(15)的下部液體出口同時(shí)與儲(chǔ)氨罐(14)的輸入口相連，所述儲(chǔ)氨罐(14)的輸出口通過貧液泵(23)和第三冷卻器(24)與二級(jí)氨水噴淋裝置(2)相連；所述氣液分離器(20)的氣體出口依次與干燥器(19)、壓縮機(jī)(18)、冷凝器(17)和液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存槽(16)串連連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)備， 其特征在于所說(shuō)的一級(jí)氨水噴淋裝置(4)和二級(jí)氨水噴淋裝置(2)的 下方對(duì)應(yīng)設(shè)置有橫截面呈三角形的一級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)(5)和二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)(3)，所述一級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)(5)和二級(jí)氣流引導(dǎo)環(huán)(3)安裝固定在吸收 塔(1)的內(nèi)壁上。
3. 根據(jù)權(quán)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(shè) 備，其特征在于所說(shuō)的漿液沉淀池(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(jìn)口相連，所說(shuō)的儲(chǔ)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(jí)氨水噴淋裝置(2)相連。
4. 根據(jù)權(quán)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(shè) 備，其特征在于.*所說(shuō)的氣液分離器(20)的凝結(jié)液出口與水洗塔(15) 上的工藝水進(jìn)口相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨法空塔捕集電站煙氣中二氧化碳的設(shè)備， 其特征在于所說(shuō)的氣液分離器(20)的凝結(jié)液出口與水洗塔(15)上的 工藝水進(jìn)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(shè)備，包括吸收塔、再生塔、水洗塔等。吸收塔為空塔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有多孔板、一、二級(jí)氨水噴淋裝置和除霧裝置，其漿液沉淀池的側(cè)面出口通過再循環(huán)泵與一級(jí)氨水噴淋裝置相連，其漿液沉淀池的底部出口通過富液泵與再生塔的上部進(jìn)口相連，再生塔的上部氣體進(jìn)口與水洗塔的下部進(jìn)口相連，水洗塔的上部氣體出口與氣液分離器的進(jìn)口相連，再生塔和水洗塔的下部液體出口同時(shí)與儲(chǔ)氨罐的輸入口相連，儲(chǔ)氨罐的輸出口通過貧液泵等與二級(jí)氨水噴淋裝置相連，氣液分離器的氣體出口依次與干燥器、壓縮機(jī)、冷凝器和液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存槽串連。其結(jié)構(gòu)緊湊、投資及運(yùn)行成本低廉，能夠?qū)煔庵械亩趸继崛〕晒I(yè)級(jí)的液態(tài)產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B01D53/18GK201333374SQ20082019265
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者敬 朱, 躍 朱, 李雄浩, 旭 韓, 韓長(zhǎng)民 申請(qǐng)人:武漢凱迪電力環(huán)保有限公司