本發(fā)明屬于煙氣凈化、二氧化碳減排領(lǐng)域，主要應(yīng)用于燃煤電廠煙氣的二氧化碳捕集，具體涉及到一種強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
目前，我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)改變難度大，火電行業(yè)CO2排放量超過排放總量的三分之一?；痣娦袠I(yè)CO2減排是達(dá)成國家總體CO2減排目標(biāo)的有效舉措。目前，燃煤煙氣CO2的分離回收技術(shù)眾多，如吸收法、吸附法、膜分離法、低溫分餾法等，基于目前已建或在建的燃煤電站眾多的現(xiàn)狀，同時考慮到燃煤電廠煙氣中CO2的分壓低、壓降低、成分復(fù)雜以及技術(shù)工藝的成熟性和適應(yīng)性，化學(xué)吸收法將是一種較優(yōu)的選擇，也是未來最有可能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)運行的技術(shù)之一。
其中的氨法更是顯示出相對于傳統(tǒng)有機(jī)胺法的顯著優(yōu)勢。與MEA(傳統(tǒng)有機(jī)胺)法相比，采用氨水作為吸收劑具有一系列有益之處，如脫碳效率高、吸收能力強、不存在設(shè)備腐蝕、氧化降解的問題。
現(xiàn)有技術(shù)對氨法的研究與應(yīng)用中，一般采用傳統(tǒng)的捕碳工藝。傳統(tǒng)捕碳工藝的缺點是：氨水中氣態(tài)氨逃逸難以控制，氨氣泄漏容易對大氣環(huán)境造成污染；且溶液中CO2氣體再生需要消耗大量的蒸汽，致使捕集能耗和成本過高，大大提高電廠的廠用電率。因此，氨法捕碳的具體實施仍待進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。
中國發(fā)明專利(201410822239.7)公開了一種稠漿型二氧化碳捕集系統(tǒng)，通過將CO2富液進(jìn)行結(jié)晶、濃縮，實現(xiàn)負(fù)載CO2的組分在富液中進(jìn)一步濃縮或相分離，并輸送至再生裝置進(jìn)行熱解析，降低CO2再生過程中水的參與度，達(dá)到降耗的目的。該方案雖然降低再生過程水的參與度，但是稠漿中依然有大量的水分，再生過程中水的潛熱和顯熱依然很大，降耗程度有限。且該專利采用傳統(tǒng)的有機(jī)胺作為吸收劑，存在固有缺陷。
中國發(fā)明專利(201510188932.8)公開了一種二氧化碳捕集的再生系統(tǒng)，通過設(shè)置汽提塔、富液中間加熱器、富液再熱器，充分利用CO2再生氣余熱和蒸汽熱量，來實現(xiàn)富液再生所需蒸汽熱量的降低，從而達(dá)到降低系統(tǒng)運行成本的目的。該方案需要增加汽提塔、富液中間再熱器、富液再熱器等設(shè)備以及一系列的壓縮泵，增加了成本，而且由于富液再生時大量的液體的存在，使得蒸汽能耗降低潛力有限。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述背景技術(shù)中的缺點，本發(fā)明目的在于提供一種新型的強化結(jié)晶氨法捕碳工藝，適用于電力、石油化工行業(yè)煙氣中低分壓、低壓降二氧化碳的捕集，突破傳統(tǒng)有機(jī)胺法和氨法捕碳工藝，強化低碳化度氨水結(jié)晶，具有吸收反應(yīng)速率快、吸收劑利用率高、減少氨逃逸和最大限度的降低再生能耗等優(yōu)點。
本發(fā)明提供了一種強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)，所述的強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)包括冷卻裝置、吸收塔、水洗塔、水洗液分離裝置、結(jié)晶器、乙醇罐、固液分離器、再生塔、再沸器、氨氮分離器與氨氣吸收劑再生利用裝置；
所述的冷卻裝置與吸收塔的下部、結(jié)晶器、固液分離器、再生塔、氨氮分離器、氨氣吸收劑再生利用裝置依次相連；吸收劑再生利用裝置與吸收塔的上部相連形成循環(huán)，所述的再沸器安裝在再生塔內(nèi)；
所述的吸收塔與水洗塔、水洗液分離裝置、氨氣吸收劑再生利用裝置依次相連；
所述的連接方式為管道連接。
優(yōu)選地，所述的強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)中的固液分離器與乙醇罐之間連接有殘液處理裝置。
優(yōu)選地，所述的強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)中的水洗液分離裝置與水洗塔的上端相連，所述的水洗塔的上端還設(shè)有補充水入口。
本發(fā)明提供了采用相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行二氧化碳捕集的方法，包括如下過程：煙氣先通過冷卻裝置，經(jīng)冷卻后通入吸收塔的底部，與此同時氨水吸收劑從吸收塔的頂部向塔內(nèi)噴淋，煙氣中的CO2與吸收劑在塔內(nèi)逆向流動，充分接觸，被吸收劑吸收，被吸收了CO2的煙氣從吸收塔的頂部流出并通入水洗塔的底部；
吸收了CO2的富液通入到結(jié)晶器，與從乙醇罐中輸出的乙醇溶液混合，強化低碳化度的富液溶析結(jié)晶，生成以碳酸氫銨為主要成分的晶體；將結(jié)晶器內(nèi)生成的固液混合物通入固液分離器進(jìn)行固液分離，分離出來的殘液通入殘液處理裝置進(jìn)行提純，提純出來的乙醇再通入乙醇罐循環(huán)利用；分離出來的晶體則通入再生塔進(jìn)行加熱再生，再沸器與電廠蒸汽管道連接，提供加熱晶體再生所需要的熱量；
加熱再生出來的CO2和NH3混合氣通入氨氮分離器進(jìn)行氨氮分離，分離出高濃度的CO2產(chǎn)品氣，NH3則通入吸收劑再生利用裝置；
前述從吸收塔頂部流出的氮氣、氨氣和水蒸汽的混合氣通入水洗塔底部并與從水洗塔頂部噴淋下來的補充水逆向相遇，混合氣中的氨氣被水吸收，剩余的凈化煙氣從水洗塔頂部排出，氨氣被水吸收后形成氨水從水洗塔的底部流出到水洗液分離裝置，水洗液分離裝置分離出來的氨通入吸收劑再生利用裝置與從氨氮分離器中分離出來的氨氣一起通入到吸收塔頂部作為吸收劑循環(huán)利用；水洗液分離裝置分離出來的水則通入水洗塔頂部與補充水一起繼續(xù)吸收水洗塔內(nèi)的混合氣，從而對水進(jìn)行循環(huán)利用。
相比于傳統(tǒng)的氨法脫碳再生系統(tǒng)來說，本系統(tǒng)是將吸收塔放出來的富液不直接進(jìn)入再生塔，而在結(jié)晶器內(nèi)采用以乙醇為溶析劑的溶析結(jié)晶法強化低碳化度的富液結(jié)晶，然后進(jìn)入固液分離裝置，晶體放入再生塔進(jìn)行加熱，液體再送回結(jié)晶器內(nèi)并補充一定的乙醇以維持溶析結(jié)晶效果，再生塔放出的氣體經(jīng)過氮碳分離裝置，將氨氣與逃逸后被捕集的氨氣送入吸收劑再生利用裝置，再被送入吸收塔，作為吸收劑繼續(xù)工作。
此系統(tǒng)中乙醇作為溶析劑強化富液結(jié)晶后，對殘液進(jìn)行提純處理，并將乙醇回收利用，節(jié)約了乙醇用量成本；由吸收塔出來的氣體進(jìn)入水洗塔，通過水洗滌的方式可以除去逃逸的氨，防止了氨對大氣環(huán)境造成的污染；吸收了氨氣的溶液從水洗塔出來進(jìn)入水洗液分離裝置，其中氨作為吸收劑繼續(xù)利用，而水分則送回水洗塔繼續(xù)洗滌煙氣，達(dá)到節(jié)約吸收劑氨和水的目的。由于在再生塔中只需對固體產(chǎn)物進(jìn)行加熱，可以減少富液解吸時由于要使大量的水升溫消耗的能量，因此可最大限度地降低解吸過程的能耗，大大降低電站二氧化碳捕集系統(tǒng)的運行成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)裝置連接示意圖。
標(biāo)號說明：1、吸收塔；2、冷卻裝置；3、水洗塔；4、水洗液分離裝置；5、氨氣吸收劑再生利用裝置；6、乙醇罐；7、結(jié)晶器；8、殘液處理裝置；9、固液分離器；10、再生塔；11、氨氮分離器；12、再沸器；13、補水口。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。
實施例：
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)，包括冷卻裝置2、吸收塔1、水洗塔3、水洗液分離裝置4、結(jié)晶器7、乙醇罐6、固液分離器9、再生塔10、再沸器12、氨氮分離器11與氨氣吸收劑再生利用裝置5；
冷卻裝置2與吸收塔1的下部、結(jié)晶器7、固液分離器9、再生塔10、氨氮分離器11、氨氣吸收劑再生利用裝置5依次相連；吸收劑再生利用裝置與吸收塔的上部相連形成循環(huán)，再沸器12安裝在再生塔10內(nèi)；吸收塔與水洗塔、水洗液分離裝置、氨氣吸收劑再生利用裝置依次相連；
該強化結(jié)晶氨法二氧化碳捕集系統(tǒng)中的固液分離器9與乙醇罐6之間連接有殘液處理裝置；水洗液分離裝置4與水洗塔3的上端相連，水洗塔的上端還設(shè)有補充水入口13。上述所有的連接方式為管道連接，各個裝置未作特別說明的均為采用現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)有設(shè)備裝置。
煙氣先通過冷卻裝置2，經(jīng)冷卻后通入吸收塔1的底部，與此同時氨水吸收劑從吸收塔1的頂部向塔內(nèi)噴淋，煙氣中的CO2與吸收劑在塔內(nèi)逆向流動，充分接觸，被吸收劑吸收。被吸收了CO2的煙氣從吸收塔1的頂部流出并通入水洗塔3的底部，而吸收了CO2的富液通入到結(jié)晶器7，與從乙醇罐6中輸出的乙醇溶液混合，乙醇作為溶析劑，強化低碳化度的富液溶析結(jié)晶，生成以碳酸氫銨為主要成分的晶體。將結(jié)晶器7內(nèi)生成的固液混合物通入固液分離器9進(jìn)行固液分離，分離出來的殘液通入殘液處理裝置8進(jìn)行提純，提純出來的乙醇再通入乙醇罐6循環(huán)利用；分離出來的晶體則通入再生塔10進(jìn)行加熱再生，再沸器12與電廠蒸汽管道連接，提供加熱晶體再生所需要的熱量。加熱再生出來的CO2和NH3混合氣通入氨氮分離器11進(jìn)行氨氮分離，分離出高濃度的CO2產(chǎn)品氣，NH3則通入吸收劑再生利用裝置5。前述從吸收塔1頂部流出的氮氣、氨氣和水蒸汽的混合氣通入水洗塔3底部并與從水洗塔3頂部噴淋下來的補充水逆向相遇，混合氣中的氨氣被水吸收，剩余的凈化煙氣從水洗塔3頂部排出，氨氣被水吸收后形成氨水從水洗塔3的底部流出到水洗液分離裝置4，水洗液分離裝置4分離出來的氨通入吸收劑再生利用裝置5與從氨氮分離器11中分離出來的氨氣一起通入到吸收塔1頂部作為吸收劑循環(huán)利用；水洗液分離裝置4分離出來的水則通入水洗塔3頂部與補充水一起繼續(xù)吸收水洗塔3內(nèi)的混合氣，從而對水進(jìn)行循環(huán)利用。
此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。