离子溶液碳捕集
时间: 2023-12-14
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———————— ◆ 二氧化碳捕集吸收再生系统 ◆ ————————
>>技术简介
二氧化碳捕集是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来的过程，主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧。二氧化碳捕集是 CCUS 技术发展的基础和前提。针对烟气二氧化碳捕集过程，燃烧后捕集是从燃烧设备后的烟气中捕集或分离CO2 ，对原有系统继承程度高，适用于各类改造和新建电厂的CO2 减排，技术相对成熟。目前应用潜力最大的是燃烧后复合胺液化学吸收法，国际上已处于商业化应用阶段。复合胺液化学吸收法具有操作运行压力低、吸收效率高的特点。
>>工作原理
来自脱硫脱硝后的净化烟气，通过引风机进入水洗塔进行深度净化，然后烟气进入吸收塔，与来自再生塔的贫液经填料逆流接触脱除其中的CO2，吸收塔顶部的脱碳烟气进入排放烟囱。吸收塔底部的富液经采出泵与贫富液换热器后进入再生塔，与塔内上升的气相逆流接触传质，再生塔底部贫液经贫富液换热器与冷却器后返回吸收塔，再生塔顶部的气相经部分冷凝后进入CO2干燥或利用装置。
复合胺液吸收剂中的主要成分为醇胺，可以分为伯胺、肿胺及叔胺。醇胺是由氢氧根和氨基组成，氢氧根可降低醇胺化合物的蒸汽压，并增加醇胺化合物在水中的溶解度。氨基为水溶液提供碱度，促进对酸性组分的吸收。
醇胺与CO2的反应中，伯胺、仲胺既能进行直接与CO2生成氨基甲酸盐的快反应，还与CO2和水进行生成碳酸氢盐的慢反应。
伯胺、仲胺与CO2 生成氨基甲酸盐:
CO_2+2R_1 R_2NH⇌R_1 R_2NCOO^−+R_1 R_2NH_2^+ 快反映
伯胺、仲胺与CO2 和水进行生成碳酸氢盐:
R_1 R_2NH+CO_2+H_2O⇌R_1 R_2NH_2^++HCO_3^− 慢反应
叔胺由于氮原子上已无氢质子相连，只能进行生成碳酸氢盐的慢反应。醇胺与CO2间的传质过程属于液膜控制过程。叔胺与CO2和水的反应为分两步进行，由叔胺作催化剂的CO2水解反应，首先进行的是叔胺与生成两性离子中间化合物的慢反应，然后进行中间化合物催化CO2水解的快反应。
叔胺与CO2 和水进行生成碳酸氢盐:
R_3 N+CO_2+H_2O⇌R_3 NH^++HCO_3^− 慢反应
醇胺与CO2的主要反应均为可逆反应：
1）当CO2组分分压高或操作温度低时，反应向右侧进行，贫液从原料气中吸收CO2组分（正反应），并且放出热量；
2）在CO2组分分压低或操作温度高时，反应向左侧进行，富液将CO2组分释放出来，使溶液再生（逆反应），并且吸收热量。
————————◆ 二氧化碳捕集吸收再生技术特点与优势 ◆————————
>>技术特点
二氧化碳碳捕集吸收再生技术具有以下特点：
1）设备技术成熟可靠，设备投资费用低，设备操作运行稳定。
2）采用复合胺液的化学吸收法具有吸收反应速率快、吸收效率高的特点。
3）与其它碳捕集方法要求较高的烟气压力不同，复合胺液吸收塔运行过程中操作压力低，可适用于大多数行业产生的烟气脱碳需求。
4）复合胺液的合理配比最大程度的提高吸收过程的速率，同时降低了再生塔运行的能量消耗。
5）产生的二氧化碳产品气体纯度高，有利于后续产品的利用。
6）装置改造不影响原有烟气处理装置的运行，对原有装置的继承程度高，适用于各类装置改造的CO2 减排。
>>技术优势
1）采用高效换热设备，最大程度的回收利用再生过程中的余热，降低再生塔运行的能量消耗。
2）复合胺液的合理配比最大程度的提高吸收过程的速率，同时降低了再生塔运行的能量消耗，烟气中二氧化碳回收率高于90%，产品中二氧化碳纯度高于99%，再生塔运行能耗低于3.0GJ/tCO2。
3）采用增强型高效填料，保证吸收塔与再生塔的高效与稳定运行。
4）吸收塔设置中间取热器，降低吸收塔的操作温度，减少吸收塔补水量，减少出口烟气的复合胺液夹带量。
———————— ◆ 二氧化碳捕集压缩液化精制系统 ◆ ————————
>>技术简介
二氧化碳的压缩液化精制是将吸收再生装置捕集的二氧化碳气体转化成工业液体二氧化碳或食品级液体二氧化碳，并将其存储的过程。其基本的技术路线包括二氧化碳的压缩、吸附、干燥、液化与精馏提纯。
二氧化碳液化技术有高压液化法和低温液化法，高压液化法和低温液化法都采用压缩机将二氧化碳气体增压，高压液化法通常操作压力在8MPa左右，低温液化法一般控制在2.5MPa以下。
采用低温液化法的二氧化碳压缩精制工艺流程简图如下图所示，来自回流罐的粗二氧化碳气体经缓冲罐进入二氧化碳压缩机，压缩至约2.5MPa并经换热器冷却去除大部分游离水后进入吸附塔，脱除含硫组分和其它杂质，然后进入干燥塔进行深度脱水。脱水后的二氧化碳气体进入液化器，与制冷剂换热被液化冷却，之后进入提纯塔精馏提纯，塔顶排出不凝气，塔底产出合格的液体二氧化碳产品，液体二氧化碳经产品泵与过冷器后进入储罐储存。
>>工作原理
（1）二氧化碳压缩系统
二氧化碳气体压缩机组通常为多级压缩，低温液化法一般为三级压缩，压缩机组类型可采用螺杆式、往复式或离心式。
二氧化碳压缩机的选型，可参照以下原则：
1）气量较大时，宜选用离心式压缩机；
2）压比较大、气量较小时，宜选用往复式压缩机；
3）压比较小、气量较小时，宜选用螺杆式压缩机。
（2）吸附脱硫系统
吸附塔应用吸附脱硫剂的转化、吸收有机硫和无机硫的双重作用，通常采用双塔固定床吸附操作方式，操作运行时，一台吸附塔处于运行状态，另一台吸附塔处于备用状态。
（3）干燥脱水系统
干燥塔采用脱水吸附剂的物理吸附作用去除原料气中的少量游离水和饱和水，常用的脱水吸附剂有活性氧化铝、分子筛、硅胶等。 干燥脱水系统包括分子筛干燥塔、再生气预热器、再生气电加热器和干气粉尘过滤器等。分子筛吸附脱水操作运行包括吸附阶段和再生阶段，通常采用双塔操作模式，吸附阶段操作时间一般为8-12小时，然后切换至另一台吸附干燥塔，原吸附干燥塔进入再生阶段 。
（4）液化提纯系统
二氧化碳气体的临界温度为31.2℃，临界压力为7.38MPa，如图所示，因此，二氧化碳的液化温度必须低于31.2℃，低温液化法的操作温度一般控制在-14℃左右。
液化提纯系统包括二氧化碳液化器、提纯塔、再沸器、氨制冷压缩机组、氨气冷凝器和液氨储罐等。二氧化碳液化器采用管壳式换热器，壳程为制冷剂的汽化，管程为二氧化碳的冷凝。制冷剂可以采用氟利昂或液氨，综合考虑节能及投资成本，优先选用液氨制冷剂。提纯塔为组合式集成设备，内部集成了高效换热设备和填料，既保证了产品的纯度要求，又能够最大程度的降低冷量的损失。
———————— ◆ 二氧化碳捕集压缩液化精制系统特点与优势 ◆ ————————
>>技术特点
复合胺液碳捕集压缩液化精制系统具有以下特点：
1）工艺技术与设备成熟可靠，设备操作运行稳定。
2）装置适应强，可根据不同烟气量及产品要求，选择不同的工艺技术与设备组合，满足各种工况的需求。
3）技术安全性高，相比高压液化工艺，低温液化技术在装置运行安全性和储运安全性方面较优。
4）工艺设备自动化程度高，二氧化碳的压缩、干燥、液化、提纯及制冷机组可实现高度自动化运行，降低人工操作强度。
5）产品纯度高，可满足市场中对各种工业液体二氧化碳的需求。
6）装置改造性强，可根据原料气的实际情况，增加部分精制设备，将生产工业液体二氧化碳技术改造为生产食品级二氧化碳。
>>设备优势
1）在二氧化碳干燥脱水过程中，充分回收利用装置排放的二氧化碳气体，提高二氧化碳的回收率。
2）优化换热网络结构，充分回收利用提纯塔塔顶和液体二氧化碳储罐排放的低温二氧化碳气体的冷量。
3）提纯塔内部采用组合式集成结构，既保证了产品的纯度要求，又最大程度的降低了冷量的损失。
4）根据提纯塔与氨制冷系统的特点，优化提纯塔与氨制冷系统的冷量和热量，避免提纯塔再沸器对外部热量的需求。
