專(zhuān)利名稱(chēng)：煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源環(huán)境領(lǐng)域，特別是涉及一種煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，本發(fā)明還涉及一種煙道氣二氧化碳捕集尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化裝置。
背景技術(shù)：
時(shí)至今日，全球有80%的能源來(lái)自煤炭、石油和天然氣等化石能源。水電和核能雖然成本并不高，但環(huán)境條件限制了其發(fā)展規(guī)模。至于風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能等新能源，雖然環(huán)保前景喜人，但受高成本和技術(shù)不成熟等客觀(guān)因素制約，這些新能源完全取代傳統(tǒng)的化石能源仍處于探索階段，真正做到大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)還需很長(zhǎng)時(shí)間。因此，發(fā)展可靠技術(shù)、減少化石燃料的溫室氣體排放是一個(gè)明智的“緩兵之計(jì)”，碳捕集與封存(CCS)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。全球氣候變暖已經(jīng)越來(lái)越嚴(yán)重，工業(yè)排放的二氧化碳被認(rèn)為是導(dǎo)致氣候變暖的 “主犯”。面對(duì)日益緊迫的環(huán)境問(wèn)題，CCS技術(shù)不僅能將二氧化碳封存于地下或海底，而且還能實(shí)現(xiàn)二氧化碳“變廢為寶”，被看作是最具發(fā)展前景的解決方案之一。目前全球每年排放的二氧化碳在300X108t以上，其中約有40%來(lái)自發(fā)電廠(chǎng)，23% 來(lái)自運(yùn)輸行業(yè)，22%來(lái)自水泥廠(chǎng)、鋼廠(chǎng)和煉油廠(chǎng)。碳捕集技術(shù)最早應(yīng)用于煉油、化工等行業(yè)， 這些行業(yè)排放的二氧化碳濃度高、壓力大，捕集成本并不高。而燃煤電廠(chǎng)排放的二氧化碳則恰好相反，捕集能耗和成本較高，現(xiàn)階段的碳捕集技術(shù)尚無(wú)法完全解決這一問(wèn)題。目前主流的碳捕集工藝按操作時(shí)間可分為3類(lèi)——燃燒前捕集、富氧燃燒捕集 (燃燒中捕集)和燃燒后捕集。燃燒前捕集技術(shù)以煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)為基礎(chǔ)，先將煤炭氣化成清潔氣體能源，從而把二氧化碳在燃燒前就分離出來(lái)，不進(jìn)入燃燒過(guò)程。而且二氧化碳的濃度和壓力會(huì)因此提高，分離起來(lái)較為方便，是目前運(yùn)行成本最低廉的捕集技術(shù)，其前景為學(xué)術(shù)界所看好。問(wèn)題在于，傳統(tǒng)電廠(chǎng)無(wú)法應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，而是需要重新建造專(zhuān)門(mén)的IGCC電站，其建造成本是現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)電廠(chǎng)的2倍以上。燃燒后捕集可以直接應(yīng)用于傳統(tǒng)電廠(chǎng)，這一技術(shù)路線(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)電廠(chǎng)煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集，投入相對(duì)較少。這項(xiàng)技術(shù)分支較多，可以分為化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學(xué)鏈分離法等等。其中，化學(xué)吸收法被認(rèn)為市場(chǎng)前景最好，受廠(chǎng)商重視程度也最高，但設(shè)備運(yùn)行的能耗和成本較高。事實(shí)上，由于傳統(tǒng)電廠(chǎng)排放的二氧化碳濃度低、壓力小，無(wú)論采用哪種捕集技術(shù)， 能耗和成本都難以降低。如果說(shuō)燃燒前捕集技術(shù)的建設(shè)成本高、運(yùn)行成本低，那么燃燒后捕集技術(shù)則是建設(shè)成本低、運(yùn)行成本高。富氧燃燒捕集技術(shù)試圖綜合前兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，做到既可以在傳統(tǒng)電廠(chǎng)中應(yīng)用， 排出的二氧化碳的濃度和壓力也較高。由于該技術(shù)主要著力在燃燒過(guò)程中，也被看作是燃燒中捕集技術(shù)。與傳統(tǒng)電廠(chǎng)直接用空氣助燃的燃燒技術(shù)不同，富氧燃燒是用純度非常高的氧氣助燃，同時(shí)在鍋爐內(nèi)加壓，使排出的二氧化碳在濃度和壓力上與IGCC差不多，再用燃燒后捕集技術(shù)進(jìn)行捕集，從而降低前期投入和捕集成本。但看似完美無(wú)缺的解決方案，卻有一個(gè)巨大的技術(shù)難題一制氧成本太高。這也使得富氧燃燒捕集技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性上并沒(méi)有太大優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)行的煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)中，煙道氣在吸收塔中被二氧化碳吸收劑吸收捕集二氧化碳后生成了二氧化碳捕集系統(tǒng)的尾氣，該尾氣中夾帶有大量氣溶膠微粒，尤其是PM2. 5微粒，如不在尾氣排入大氣前將其捕集脫除，不僅會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重危害，而且會(huì)造成洗滌液的夾帶跑損，造成整套煙道氣二氧化碳捕集裝置的運(yùn)行成本大幅度提高，使經(jīng)濟(jì)效益大受影響，因此如何回收這些氣溶膠微粒是能源環(huán)境領(lǐng)域面臨的重大技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有的氣溶膠微粒的捕集方法有旋轉(zhuǎn)流分離器和電捕集器，前者壓力降一般為 500PiT600Pa，甚至高達(dá)IOOOPa以上，現(xiàn)有的這種技術(shù)不能夠用于煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)中，一是壓力降太高，吸收塔頂?shù)臒煹罋馕矚獠荒軌蛑С诌@樣高的壓力降消耗；二是如果要選用現(xiàn)有的旋風(fēng)分離器技術(shù)，必須對(duì)煙道氣尾氣進(jìn)行增壓，既復(fù)雜又不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于電捕集器，因?yàn)闊煹罋馕矚夂看?，容易產(chǎn)生安全隱患，而且成本太高，在工程中沒(méi)有經(jīng)濟(jì)適用的電捕集器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出的一種煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法以及應(yīng)用這種方法的裝置。本發(fā)明的方法及裝置操作方便，易于控制，達(dá)到并滿(mǎn)足了工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境協(xié)調(diào)要求，其減少了氣溶膠微粒的排放量，避免了洗滌液的夾帶跑損，預(yù)防了上述物質(zhì)對(duì)大氣環(huán)境的危害，抑制甚至消除寒冷季節(jié)的煙霧彌漫及此種狀況對(duì)裝置的腐蝕。本發(fā)明所要求解決的技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，其特征在于，所述方法為
(1)對(duì)煙道氣中的二氧化碳組分在吸收塔內(nèi)進(jìn)行吸收捕集，二氧化碳溶于吸收液并生成了煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)的尾氣；
(2)對(duì)二氧化碳吸收塔頂外排的尾氣進(jìn)行超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離，以脫除尾氣中夾帶的氣溶膠微粒，得到凈化尾氣；
(3)對(duì)回收的氣溶膠微粒進(jìn)行液_固微旋流分離，以脫除洗滌液中夾帶的固體微粒，凈化洗滌液返回洗滌液系統(tǒng)。所述步驟(2)中尾氣壓力降不大于30mm水柱。所述步驟(2)的旋轉(zhuǎn)分離處理在吸收塔的塔內(nèi)上半部分完成或在吸收塔的外部完成。所述步驟(3)的液-固微旋流分離為兩級(jí)或兩級(jí)以上。一種應(yīng)用于煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化裝置，該裝置包括位于整套裝置最前端的吸收塔，與吸收塔塔頂尾氣出口相連的超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器，與超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器相連的液_固微旋流分離器組。所述液-固微旋流分離器組由兩級(jí)或兩級(jí)以上液_固微旋流分離器串聯(lián)而成。經(jīng)所述氣_液旋轉(zhuǎn)流分離處理后，洗塵脫水后的煙道氣中氣溶膠微粒的濃度小于 50mg/Nm3。煙道氣中氣溶膠微粒的平均粒徑不大于2. 5微米。煙道氣攜帶的80%以上氣溶膠微粒能夠得到回收，外排環(huán)境中的氣溶膠微粒降低80%以上。煙道氣的額定壓力降為20mmH20，最大壓力降不大于30mmH20，保證在不增壓的條
件下煙道氣的余壓滿(mǎn)足后續(xù)裝置的需要。經(jīng)所述液-固微旋流分離，單級(jí)旋流分離的額定壓力降0. IMPa, 2微米及其以上微粒的分離精度達(dá)到90%。經(jīng)液-固微旋流分離器組的串聯(lián)強(qiáng)化分離后，洗滌液中夾帶的80% 以上固體微粒得到脫除，其中3微米及以上固體微粒的脫除率超過(guò)90%。凈化洗滌液返回洗滌液系統(tǒng)循環(huán)利用，使洗滌液的跑損量降低了 80%左右。由于采用了如上技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點(diǎn)可以減少氣溶膠微粒的排放量，避免洗滌液的夾帶跑損，預(yù)防上述化學(xué)品對(duì)大氣環(huán)境的危害，并抑制甚至消除寒冷季節(jié)的煙霧彌漫及其對(duì)裝置的腐蝕。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，位于裝置最前端的吸收塔1，用于吸收捕集煙道氣中的二氧化碳組分，并脫除尾氣中夾帶的二氧化硫和氮氧化物等氣體組分。與吸收塔1塔頂?shù)奈矚獬隹谙噙B的超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器2，用于對(duì)尾氣中夾帶的氣溶膠微粒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流分離與回收。與超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器2的洗滌液出口和吸收塔1的洗滌液出口相連的液_固微旋流分離器組3，用于對(duì)洗滌液中夾帶的固體微粒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流分離。通常，液-固微旋流分離器組由兩級(jí)或兩級(jí)以上液-固微旋流分離器串聯(lián)而成。圖1所示液-固微旋流分離器組3由第一級(jí)液-固微旋流分離器3-1，第二級(jí)液_固微旋流分離器3-2，第三級(jí)液-固微旋流分離器3-3三級(jí)液-固微旋流分離器串聯(lián)而成。煙道氣先流經(jīng)吸收塔1，在被二氧化碳吸收劑吸收捕集二氧化碳后生成了二氧化碳捕集系統(tǒng)的尾氣，該尾氣中夾帶有大量氣溶膠微粒，該尾氣經(jīng)旋轉(zhuǎn)流分離器2旋轉(zhuǎn)流分離，凈化尾氣被排入大氣中。從旋轉(zhuǎn)流分離器2下部以及吸收塔1出來(lái)的洗滌液中帶有大量固體微粒。經(jīng)液_固微旋流分離器組3旋轉(zhuǎn)流分離，凈化洗滌液重新返回吸收塔1中重復(fù)利用，洗滌后生成的濃塵漿從出口排出。本方案選用華東理工大學(xué)獨(dú)立自主研制的HL/G型超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器來(lái)
脫除尾氣中夾帶的氣溶膠微粒，并采用HL/S型液-固微旋流分離器組來(lái)濃縮洗滌液。下表
為超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器2進(jìn)口物料的物性參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，其特征在于，所述方法為(1)對(duì)煙道氣中的二氧化碳組分在吸收塔內(nèi)進(jìn)行吸收捕集，二氧化碳溶于吸收液并生成了煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)的尾氣；(2)對(duì)二氧化碳吸收塔頂外排的尾氣進(jìn)行超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離，以脫除尾氣中夾帶的氣溶膠微粒，得到凈化尾氣；(3)對(duì)回收的氣溶膠微粒進(jìn)行液_固微旋流分離，以脫除洗滌液中夾帶的固體微粒，凈化洗滌液返回洗滌液系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，其特征在于， 所述步驟(2)中尾氣壓力降不大于30mm水柱。
3.如權(quán)利要求1所述的煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，其特征在于， 所述步驟(2)的旋轉(zhuǎn)分離處理在吸收塔的塔內(nèi)上半部分完成或在吸收塔的外部完成。
4.如權(quán)利要求1所述的煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，其特征在于， 所述步驟(3)的液-固微旋流分離為兩級(jí)或兩級(jí)以上。
5.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，包括位于整套裝置最前端的吸收塔，與吸收塔塔頂尾氣出口相連的超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器，與超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離器相連的液_固微旋流分離器組。
6.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于，所述液-固微旋流分離器組由兩級(jí)或兩級(jí)以上液_固微旋流分離器串聯(lián)而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及煙道氣二氧化碳捕集系統(tǒng)尾氣旋轉(zhuǎn)流凈化方法，它包括對(duì)二氧化碳吸收塔頂外排的尾氣進(jìn)行超低壓力降的旋轉(zhuǎn)流分離，以脫除尾氣中夾帶的氣溶膠微粒，回收的洗滌液經(jīng)液-固微旋流分離后返回洗滌液系統(tǒng)中。本方法工藝先進(jìn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，體積小，故障率低，減少了氣溶膠微粒的排放量，避免了洗滌液的夾帶跑損，預(yù)防了上述化學(xué)品對(duì)大氣環(huán)境的危害，并抑制甚至消除寒冷季節(jié)的煙霧彌漫及其對(duì)裝置的腐蝕。本發(fā)明還提供了實(shí)施該方法所用的裝置，該裝置操作方便，易于控制，達(dá)到并滿(mǎn)足了工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境協(xié)調(diào)要求。
文檔編號(hào)B01D21/26GK102179153SQ20111008782
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者葉寧, 呂文杰, 李劍平, 毛松柏, 汪華林, 許德建, 馬良, 黃淵 申請(qǐng)人:上海華暢環(huán)保設(shè)備發(fā)展有限公司, 南化集團(tuán)研究院