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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(EnergyInfor-mationAdministration)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。
- 商品名称： CO2 捕集装置工艺及关键设备
- 商品编号： 1141372532213567488
- 产品描述
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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 。
3 捕集装置中的关键设备CO2，捕集装置主要由吸收塔、再生塔、溶液再沸器、过滤及溶液再回收装置、装置水平衡系统 ，以及其他辅助设备构成 。3.1 吸收塔、再生塔吸收塔是捕集系统的关键设备，属于气液传质设备。结合电厂的应用情况 ，在本捕集系统的设计中，采用了压降小、不易起泡的填料塔。再生塔也采用类似的设计。 在填料的选择上，在吸收塔与再生塔内均安装了孔板波纹填料，具有以下特点：填料空 隙率大(>9 8%) ，气液两相能均匀通过，压降低，流通量高;溶液能在孔板表面形成稳定液膜，润湿率高，具有较高的传质效率;具有很 好 的润湿性能和自分布能力，气液分布比较均匀，几乎无放大效应;填料规则排列，无死角，液膜薄，持液量小;造价较低。此外，为了提高分离效率、改善塔后设备的操作状 况、回收昂贵的反应溶剂以及减少对环境的污染，在两个塔器的顶端均设置了高效丝网除沫器。此外，为了使再生塔内的溶液完全再生，在再生塔底部增设一升气帽，使从再生塔顶部流下的溶液经升气帽阻隔，溶液首先全部进入再沸器充分再生。这样既可降低再生温度，同时缩短了溶液在再沸器内的停留时间，降低复合胺溶液的降解 。烟气在吸收塔内与胺溶充分接触后，约90 %的 CO2 被溶液吸收，余下的烟气则从塔顶排空，同时不可避免的会有部分胺 溶液会随排空烟气带出系统排入大气 ，既污染了环境也增大了胺溶液的消耗量。为了回收排空烟气中携带的胺溶液，吸收塔顶部布置了一套洗涤液系统，建立除盐水循环，对脱除CO，后的烟气进行洗涤。3.2 溶液再沸器再沸器是捕集工艺中溶液再生的关键设备，具有供热、产生蒸汽(以降低CO2分压) 和使残余CO2进一步从溶液中解吸等多项功能。在国外CO2 ，捕集系统设计中，再沸器有2 种主要形式：立式热虹吸再沸器与卧式釜式再沸器。在本套装 置再沸器的设计中，采用了立式自然差压再沸器，结合再生塔内升气帽的设计，使溶液从再生塔内较高的高位进入再沸器底部，加热上升后的气态混合物进入再生塔底，再生溶液(气)从再生塔的高位流出、低位进塔，其高度差是促使溶液 在再沸器内自然流动的动力。这种流程布置既保留了立式再沸器结构紧凑、传热系数高的特点，又避免了热虹吸的不稳定问题 。3.3 过滤及溶液再回收装置为了使设备长期、高效率地无故障运行，国外的首要经验是保持吸收溶液的清洁。在长时间的运行后，装置内不可避免会有杂质的产生，从而引起溶液的发泡及腐蚀问题，因此，溶液过滤器虽然只是配套设备，却应给予应有的重视。在进入吸收塔的贫液管路上旁路设置活性炭过滤器，根据溶液分析得到的污染程度，调整溶液通过活性碳过滤器的比例，来保持溶液的清洁 。在回收 CO2-，的过程中，吸收剂的主要成分MEA易与氧气、二氧化碳、硫化物等发生化降解，也易发生热降解，而引起MEA降解损耗增大的主要原因是氧气与MEA的氧化降解反应。MEA与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要有恶唑烷酮类等。MEA降解问题一直是MEA 法回收二氧化碳存在的难以解决的技术难题。在本套装置内加入了抗氧化剂后，降解反应链被部分中断溶液的降解问题能得到很大改善，但是仍然难以完全抑制过氧化物的生成 。溶液生产循环一段时间后，仍然会生成一定数量的热稳定性盐，影响溶液的吸收能力。为了提高溶液的清洁度，保持溶液的CO2- 吸收能力，在捕集系统内布置了胺回收反应釜，间歇性投运，将热稳定盐加热分解生成乙醇胺溶液，回收利用，不可再生的降解产物则从反应釜排放，并进行无害化处理。胺回收反 应釜是一个换热反应设备，通过引入蒸汽作为加热热源，将系统内部分贫液导入反应釜，同时加入一定浓度的碱溶液，使溶液再生回收。胺回收反应釜的投运频率将视运行过程中溶液的降解程度而定 。3.4 装置水平衡系统在再生塔内解吸后的CO2 ，温度在100℃左右，携带了大量的饱和水，还有极低浓度的胺溶液，为了回收这部分水分和溶液，维持系统水平衡及溶液浓度稳定，需要在再生塔后布置冷凝器与气水分离器。从气水分离器分离出的液态水经回流补液泵输送到再生塔顶部喷淋，降低塔顶温度，保证再生塔(气提塔) 内的温度梯度，同时也维持了系统水平衡 。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
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
建设性质
新建 技改 扩建√
行业类别
C4220 非金属废料和碎
屑加工处理占地面积
(m2)2737.9
建筑面积
(m2)4000
绿化面积
(m2)600
总投资
(万元)5546.38
环保投资
(万元)150
环保投资占
总投资比例2.7%
评价经费
/
投产
日期工程内容及规模
1.项目背景及任务由来
水陆交通便利，地理位置十分优越。
白马山水泥厂加盟海螺集团后，于 1998 年和 2005 年分别建成投产了一条日
产 2000 吨和一条日产 4000 吨新型干法熟料生产线，并配套建设了年产 259 万吨水泥粉磨系统。为积极响应国家节能减排号召，持续发展循环经济，增强对能源的循环利用能力，2007 年兴建了装机容量为 12MW 的余热发电系统，现年产熟料 280 万吨、水泥 280 万吨，占地面积约 115.6 万平方米。
随着现代工业的迅猛发展，人类对煤、油、天然气等含碳化合物燃料的大规模使用，以及大面积森林火灾和绿色植物的破坏，导致大气中 CO2 的浓度逐年增加，加强能源资源节约和生态环境保护刻不容缓。白马山水泥厂积极响应国家节能减排的号召，坚持科学发展观，走可持续发展之路，减少二氧化硫和其他污染物排放，继续积极发挥在安徽省“蓝天工程”中的作用。目前，白马山水泥厂响应国家和省委省政府号召，为了进一步处理和综合利用水泥窑窑尾废气，企业率先筹建回收水泥窑烟道气二氧化碳的生产装置，项目的建设得到了安徽省省长李国英的大力支持，企业也力争在最短的时间内建成投产，成为全国第一家通过回收水泥窑二氧化碳治理水泥窑尾气的企业。
海螺水泥白马山水泥厂水泥窑烟气 CO2 捕集纯化（CCS）示范项目由芜湖县发展和改革委员会以发改备[2017]278 号文予以备案。本项目原材料来自海螺水泥白马山水泥厂 5#窑尾废气，收集部分窑尾废气，通过吸收、提纯降低废气的排放，同时得到液体二氧化碳，在降低碳排放的同时减少了 5#窑尾废气的二氧化硫和氮氧化物的排放，属于再生资源回收利用。对照国家发展和改革委员会令第
21 号《产业结构调整指导目录（2011 年本）》（2013 年修正），本项目属于鼓励类中“三十八 环境保护与资料节约综合利用•28、再生资源回收利用产业化”，符合国家产业政策要求。
根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国环境影响评价法》和
《建设项目环境保护管理条例》(国务院 682 号令)中有关规定，安徽海螺水泥股
份有限公司白马山水泥厂于 2017 年 10 月 27 日委托安徽华境资环科技有限公司进行项目的环评工作。我公司在接到委托后，按项目特点与专业要求，进行现场踏勘、收集资料，针对项目可能涉及的污染问题，从工程角度和环境角度进行了分析，并对工程中的污染等问题提出了相应的防治对策和管理措施，编制了该项目的环境影响报告表，报请审批，为环境保护工作提供科学的依据。2.项目概况
2.1 拟建项目概况
项目名称：海螺水泥白马山水泥厂水泥窑烟气 CO2 捕集纯化（CCS）示范项目；
建设规模：建设一条窑尾废气处理处置生产线，同时得到副产物 5.0 万吨/ 年液体 CO2，其中 3.0 万吨/年食品级液体 CO2，2.0 万吨/年工业级液体 CO2；建设单位：安徽海螺水泥股份有限公司白马山水泥厂；
项目性质：扩建；
投资总额：总投资约 5546.38 万元，均由企业自筹，其中环保投资 150 万元， 占项目计划投资总额的 2.7%；
建设地点：安徽芜湖市九华南路 1013 号白马山水泥厂厂内，占地 2737.9 m2，
项目地理位置图见附图 1 所示。
2.2 项目建设内容
本项目工程组成包括：新建一套窑尾废气纯化捕集装置，配套辅助装置，项目组成见表 1。
表 1 扩建项目建设内容一览表工程
类别工程名称
工程内容
备注
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
放。同时得到副产物高纯度液体 CO2新增
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
压缩机房
位于本项目区北侧，两层建筑，用于 CO2 压缩脱水，占
地面积 402m2，配套压缩机设备一套新增
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
120m2新增
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
品级 CO2 储罐，储罐区占地面积 481m2新增
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
水冷却系统，循环水量 1500 m3/h，新增生活用水 448 m3/a新增
供电
新增年用电量 87.78 万度
新增
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
关键词：
产品询价
招聘信息：中国目前共有108个空缺职位
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