[发明专利]一种二氧化碳两步再生的烟道气脱碳系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于烟道气中二氧化碳减排技术领域，涉及一种二氧化碳两步再生的烟道气脱碳系统及其方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，对能源的消费需求已凸显，由此带来的温室效应等环境问题正给人类可持续发展带来巨大挑战。开展从集中排放源中对烟道气的高效净化技术的基础与应用研究，对于有效减少向大气中的二氧化碳排放量，保护人类生存环境，促进可持续发展，具有重大现实意义。从电厂等集中排放点源减排二氧化碳是最为有效的减排方法。

当前，从集中排放点源净化烟道气中二氧化碳主要方法有吸收法、吸附法、深冷捕集、膜分离和化学链燃烧法等。根据吸收原理不同，吸收法可分为化学吸收和物理吸收，其中化学吸收法是捕集二氧化碳最具工业应用价值的方法之一。在燃煤电厂等集中点源烟道气净化脱碳过程常采用化学吸收法，但是，由于高再生能耗导致了高捕集成本的问题。因此，围绕化学吸收法净化电厂烟道气的工艺，研究高效捕集的技术与方法，对于实现二氧化碳的高效减排，具有重大现实意义。

目前所开发的电厂烟道气净化系统主要有如下几类：

(1)燃煤电厂烟道气胺基脱碳系统：当前对燃煤电厂的烟道气脱碳探讨较多，已实现工业化的例子主要是化学吸收法。此类烟道气净化系统具有处理量大、稳定性好、反应速率快、溶剂成本低等特点(Abu-Zahra MRM，Schneiders LHJ，Niederer JPM.CO₂ capture from power plants Part I.A parametric study of the technical performance.Int.J.Greenhouse Gas Control，2007；1(1)：37-46.)。但是再生二氧化碳过程巨大的能量消耗成为应用此类净化系统的主要缺点。

(2)电厂烟道气分步同时脱硫和脱碳系统：有研究人员提出了一种采用氨水作为吸收剂的烟道气净化系统。此类净化系统具有高效、环保等优势，能够首先在第一个洗涤器中脱出二氧化硫，接着在第二个洗涤器中脱出二氧化碳，达到分步同时脱硫和脱碳的目的(Resnik K.P.，Yeh J.T.，Pennline H.W..Carbon Dioxide Capture by a Continuous，Regenerative Ammonia-Based Scrubbing Process[C].2006 American Filtration & Separations Society Topical Conference and Exposition，October 17，2006.Pittsburgh，PA.)。然而，此类净化系统需要解决氨吸收溶剂吸收过程中凝固、堵塞管道的问题。同时该系统没有实现一步脱硫脱碳，成本仍然较高。

(3)非水溶剂捕集二氧化碳系统：此类捕集二氧化碳系统利用非水溶剂与醇胺混合吸收剂替代常规醇胺水溶液。研究者探讨了其与二氧化碳之间的反应动力学，并揭示了其在传质速率方面的优势，能较快实现二氧化碳脱除。(Park SW，Lee JW，Choi BS，and Lee JW.Kinetics of Absorption of Carbon Dioxide in Monoethanolamine Solutions of Polar Organic Solvents.J.Ind.Eng.Chem.，2005，11(2)，202-209.)。缺点是基于实验系统探讨，未考虑其在工业应用中涉及的塔设备设计以及成本问题。同时，若考虑采用常规热再生，再生能耗成本仍然比较高。

(4)胺基吸附剂捕集二氧化碳系统：此类净化系统制备醇胺与金属氧化物混合的胺基吸附剂捕集二氧化碳，由于解吸过程是固体醇胺碳酸盐分解，所以再生能量消耗量降低(Sun ZY，Fan MH，Argyle M.Desorption Kinetics of the Monoethanolamine/Macroporous TiO₂-Based CO₂ Separation Process.Energ.Fuel.2011，25(7)，2988-2996.)。缺点是根据现阶段实验结果，制备该吸附剂过程复杂，采用的金属氧化物成本高，而且该吸附剂在吸附二氧化碳效率方面较化学吸收法低20％～30％左右。

由于上述各种缺陷，现有的电厂烟道气净化系统在系统设计、节能、环保等方面还有很大的开发空间，还没能有效实现节能、低成本等目标。

发明内容