CO2 捕集装置工艺及关键设备
CO2 捕集装置工艺及关键设备
CO2 捕集
装置工艺及关键设备
CO2,等温室气体的减排已越来越受到国际社会的广泛关注,已成为国际能源领域研发的热点。全球应对气候变化的核心是减少温室气体排放,其中主要是减少能源消费 的CO2排放。根据EIA(Energy Infor-mation Administration)的数据统计,2004年我国CO2,排放总量为47亿t,约占世界总量的17%,居世界第二,仅次于美国 。2000--2004年,我国CO2,排放的增长量占世界同期CO2,排放增长量的50%以上,预计2010年前我国CO2排放量就有可能超过美国成为世界第一排放大国(部分外媒宣称2007年我国CO2,排放量已经跃居世界第一)。我国CO2排放量较快增长的态势,将越来越受到国际社会的关注和压力。
燃煤电厂CO2,排放是我国温室气体的最主要排放源,约占我国CO2排放总量的50%。近年来,随着火电装机容量的迅速增多,燃煤电厂CO2排放 的绝对 数量和相对比例还将进一步增加。因此,CO2的减排将是我国燃煤发 电未来可持续发展的瓶颈之一。由于我国能源结构以燃煤发电为主,以及今后对燃煤发电的长期投入 ,从燃煤烟气中有效的脱除CO2,将刻不容缓 。
尽管发展新型煤电技术、可再生能源、核电与节能降耗等是可行的CO2减排手段,但是我国能源结构长期以燃煤发电为主的现状,决定了只有进行CO2,的捕集与永久封存才是减少温室气体排放的根本手段,也是进一步大量减少CO2排放的唯一手段。目前,国际上CO2捕集与封存技术正处于研究开发和示范阶段,尚未达到商业化,我国在此领域的研发也刚刚起步。中国华能集团作为国内最大的发电企业之一,于2007年在国内率先开展了燃煤电厂CO2,捕集技术研发与工程示范,并在中国华能北京热电厂建立了国内第一座燃煤电站烟气中CO2捕集示范装置,CO2:捕集量为3000 ~5000t/a。
1 设计基础
示范装置采用飞灰复燃液态排渣锅炉,烟气净化采用低氮燃烧技术和脱NO装置、静电除尘装置、湿法烟气脱硫装置(FGD),净化后的烟气通过烟塔(冷却塔)合一排放,本项目烟气旁路的抽气点选在FGD和冷却塔之问管道上,如图1 所示。
采用了最先进的烟气净化技术,经过脱氮、除尘、脱硫后,烟气中的氮氧化物、粉尘、硫氧化物含量均优于欧洲发达国家的先进水平,也为脱除CO2,项目的顺利实施奠定了基础。经检测,脱硫后的即CO2,捕集示范装置入口烟气温度为40 ~50 cc ,主要成分见表1。
2 捕集工艺设计
2.1 全球 CO2分离技术示范概况
目前 ,全球能提供大规模 CO2 分离技术并具有商业运行业绩的主要有 :美国DOW化学公司开发的基于MEA的 Econamine FG流 程 ,目前由美国Fluor 公司所有,于2000年在美国马里兰州Warrior Run 燃 煤电厂进行 示范 ,CO2 处理 量 为 150 t/d ;日本三菱重工参与开发 的 KEPCO& M H I烟道气 CO2回收流程,也是使用基于M E A 的改进型KS一1溶剂 ,此技术目前已经应 用 于马来西亚一家化工厂 ,CO2 处 理 量 为 210t/d :ABB Lummus G1obal 的 Kerr McGee 流 程 ,也是基于MEA 的一种吸收技术。吸收剂 的选择 与工艺 流程的 优化是烟气CO2 ,回收的核心技术,开发具有我国独立自主知 识产权的燃煤电站烟气CO2,回收技术刻不容缓 。
2.2 华能北京热 电厂采用化学吸收法捕碳技术
基于烟气中CO2 ,分压低的特性,根据国外示范装置的研发经验,本装置选择了化学吸收法。该法脱除CO2 ,的实质是利用碱性吸收剂溶液与烟气中的 CO2·接触并发生化学反应,形成不稳定的盐类,而盐类在一定的条件下 (再热或闪蒸等) 会 逆 向-YY f~ 释放出CO2而再生 ,从而达到将 CO· 。从烟气中分离脱除。化学吸收法分离脱除 CO2 常用 的吸收剂有醇胺溶液、强碱溶液 、热苛性钾溶液等。吸收剂的选用标准遵循高吸收率、高吸收负荷和低再生能耗的原则 ,另外也需要考虑吸收剂的抗氧化性和低腐蚀性 。本装置采用了基于MEA (一乙醇胺) 的复合胺溶液,辅以抗氧化剂与缓蚀剂,既延续了MEA 吸收速度快的优点,保持溶液对CO2 的高吸收能力,又能降低溶液的再生能耗,降低设备腐蚀 。
MEA的分子式为 HOC2H4NH2(简写为RNtt2) ,中文名称一乙醇胺或单乙醇胺,分子量61.08,沸点171CC,凝固点10.5 CC ,蒸气压47.99P a (20 CC ) ,在水中溶解度 (20CC ) 为全溶。MEA具有较强的碱性,在温度为20 ~50 CC 时可与烟气中的二氧化碳迅速反应生成较稳定的氨基甲酸盐,使烟气中二氧化碳得到脱除;将溶液升温到105 CC 或更高时,氨基甲酸盐发生分解,释放出二氧化碳,溶液得到再生,MEA法脱除二氧化碳正是利用这一机理进行的。
MEA(HOCH2CH2NH2) 属于伯胺,是由一个基团取代了一个氢原子的氨的衍生物。二氧化碳和一乙醇胺水溶液的吸收反应:
这些反应都是可逆的,随着温度、溶液表面上二氧化碳的分压的变化,其平衡可向左或右边移。一乙醇胺吸收二氧化碳反应为放热反应,当温度较低时,反应向正反应方向进行,反之则向逆反应方向进行 。
2.3 CO2 :捕集示范装置系统工艺
CO2 ,捕集示范装置系统工艺流程简化图如图2所示 。
从 除尘 、脱硫后引来的烟气温度为40 ~50 cC,正好处于MEA理想吸收温度。在一般情况下,经过除尘 、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸收塔进行CO2 的吸收 。鼓风机增压用来克服在气体通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动下出现烟气温度超温时,启动设置在吸收塔前的喷水减温装置,将其温度降到50 cC 以下。为了防止烟气中带入的水分进入捕集装置破坏系统水平衡,在吸收塔前还增设了旋流分离器,将前段烟气脱硫后夹杂的水分与固体颗粒物脱除 。
在吸收塔中,烟气自下向上流动,与从上部入塔的吸收液形成逆流接触,使CO2 ,得到脱除。净化后的脱碳烟气从塔顶排出。由于MEA具有较高的蒸汽压,为减少MEA 蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失,通常将吸收塔分成两段,下段进行酸气吸收,上段通过水洗,降低烟气中的MEA蒸汽含量。洗涤水循环利用,随着洗涤水 中 M EA 的不断富集,需要N--N Y~洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生,由此损失的洗涤水通 过再生气冷凝水来保持 ,同时保证了两套回路的水平衡。吸收了酸气的吸收液(富液)通过富液泵加压送至再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量,利用再生后的吸收溶液(贫液) 的余热对富液进行加热,同时也达到冷却再生溶液的目的。富液从再生塔上部进入,通过汽提解吸部分CO2,然后进入煮沸器,使其中的CO2 ,进一步解吸。解吸CO2 后的贫液由再生塔底流出,经贫富液换热器换热后,用泵送至水冷器,冷却后进入吸收塔。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸CO2,的工艺过程。从再生塔顶出来的C O,及蒸汽混合物通过冷却器冷冷凝,经由分离器汽水分离,冷凝水通过回流补液返回系统,分离出CO2,气体进入后续的压缩处理程序 。
为了维持溶液清洁,约10 % ~15% 的贫液经过活性炭过滤器等过滤;为处理系统的降解产物,设置胺回收加热器,需要时,将部分贫液送入胺回收加热器中,加入碱溶液,通过蒸汽加热再生回收。为维持吸收液的清洁,在贫液冷却器后设立旁路过滤器,脱除吸收液中的铁锈等固体杂质 。
4 结束语
二氧化碳的排放造成全球气候的变化,是近年来世界各国所重视的课题。未来除了提高能源使用效率外,二氧化碳捕集封存将是实现二氧化碳减排的最有效最直接的办法 。
项目名称 |
烟气 CO2 捕集纯化(CCS)示范项目 |
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立项审批部门 |
县发展和改革委员会 |
批准文号 |
发改备[2017]278 号 |
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建设性质 |
新建 技改 扩建√ |
行业类别 |
C4220 非金属废料和碎 |
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占地面积 |
2737.9 |
建筑面积 |
4000 |
绿化面积 |
600 |
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总投资 |
5546.38 |
环保投资 |
150 |
环保投资占 |
2.7% |
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评价经费 |
/ |
投产 |
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工程内容及规模 2.项目概况
2.1 拟建项目概况 |
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工程 |
工程名称 |
工程内容 |
备注 |
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主体工程 |
窑尾废气纯化、捕集装置 |
拟对现有厂区 4000 吨新型干法孰料生产线水泥窑尾气进行部分收集(30000 m3/h),新增一条窑尾废气纯化、捕集生产线。收集后通过脱硫水洗塔、化学吸收塔、再生塔 等工序设备后,降低二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物的排 |
新增 |
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辅助工程 |
控制楼 |
位于本项目区北侧,一层建筑,用于人员值班以及调控设 备,占地面积 234.9m2 |
新增 |
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压缩机房 |
位于本项目区北侧,两层建筑,用于 CO2 压缩脱水,占 |
新增 |
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循环泵站 |
位于本项目区西侧,用于循环冷却水系统,占地面积 |
新增 |
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储运工程 |
储罐区 |
位于本项目区东侧,紧邻项目区入口,设置两个储罐,其 中靠西侧为 500m3 工业级 CO2 储罐,靠东侧为 400m3 食 |
新增 |
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公用工程 |
供水 |
供水系统利用现有水泥厂原水取水管线,本项目新增循环 |
新增 |
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供电 |
新增年用电量 87.78 万度 |
新增 |
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排水 |
项目废水包括生产废水、生活污水及清净雨水。实施雨污 分流,雨水采用明沟排除,生产过程中给的工艺废水(主 要污染物为 SS)排入污水管网进入厂区人工湖,生活污水经污水处理设施处理后回用于厂区绿化 |
依托现状 |
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