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 。