一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统及方法

摘要

本发明公开一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统及方法，在吸收塔底部连接氨罐和结晶罐，对脱硫烟气的脱碳过程以及将碳铵溶液导流至结晶罐内，搅拌器将结晶罐内物质充分反应，结晶罐底部连接旋流器，实现混合浆液的分层，通过碳酸钙排出泵，实现对碳酸钙和硫酸铵的提取和利用，本系统结构合理，通过添加催化剂加速碳酸钙的结晶反应，缩短反应时间，可以实现在线连续处理的效果；采用旋流器分层回收技术，减少催化剂的损耗，提高石膏的利用率，可获得的高纯度的碳酸钙；同时采用脱硫石膏浆液为反应原料，不需要再进行预处理，反应产物碳酸钙又返回脱硫系统作为脱硫原料，实现了脱硫系统的钙循环，有效解决了脱硫原料来源和脱硫废弃物处置的问题。

说明书

技术领域

本发明属于大气污染物净化领域，涉及一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统及方法。

背景技术

碳减排是煤电行业面临的最现实挑战，脱碳能力将成为今后燃煤机组的重要问题。

目前，燃煤机组烟气脱碳主要为碳捕集、利用与存储(CCUS)技术。利用有机胺作吸收剂，与烟气中的CO

石膏的化学组成均为CaSO

烟气CO

发明内容

针对现有技术中存在的石膏联产硫酸铵和碳酸钙技术中时间周期长和成本高的问题，本发明提供一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于，包括吸收塔、结晶罐、旋流器和脱硫制浆系统；

所述吸收塔底部两侧分别设置有进氨口和浆料出口，进氨口依次连接氨补给泵和氨罐，浆料出口连接结晶罐的顶部进料口；

所述结晶罐内部设置有搅拌器，且底部输出口依次连接结晶排出泵和旋流器的进料口，结晶罐中部侧壁设置有催化剂进料口，且依次连接催化剂补给泵和催化剂罐；

旋流器侧壁设置有中部出口，且依次连接碳酸钙排出泵和真空皮带机；

所述真空皮带机设置有固体出口和滤液出口，固体出口连接碳酸钙输送机的输入端，滤液出口连接蒸发结晶器的输入端；

所述脱硫制浆系统的一端设置有脱硫石膏浆液管，且连接结晶罐中部侧壁的输入口。

进一步，所述结晶罐顶部设置有回流输入口，旋流器上部的侧壁设置有催化剂回流输出口，催化剂回流输出口通过催化剂回流泵连接结晶罐顶部的回流输入口。

进一步，所述旋流器底部设置有石膏浆液出口，且通过石膏回流泵连接结晶罐顶部的回流输入口。

进一步，所述催化剂回流泵和石膏回流泵出口管路汇合后连接结晶罐顶部的回流输入口。

进一步，所述脱硫制浆系统的输入端连接碳酸钙输送机的输出端。

进一步，所述催化剂回流泵在旋流器上的输出端的管口高度大于碳酸钙排出泵至少50cm。

进一步，所述吸收塔采用喷淋塔或填料塔。

进一步，所述催化剂罐中的催化剂采用质量浓度为1％-5％不溶于水的有机叔胺。

一种烟气二氧化碳捕集利用一体化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

脱硫烟气从吸收塔底部进入，并与氨罐提供的氨水进行吸收液循环逆流接触，发生脱碳反应，脱除脱硫烟气中CO

脱碳反应生成的碳铵溶液从吸收塔的底部浆料出口排向结晶罐，与脱硫制浆系统提供的石膏浆液混合，催化剂罐持续通过结晶罐催化剂进料口通入不溶性催化剂；

搅拌器在结晶罐搅拌发生催化结晶反应，结晶罐底部的混合浆液通过结晶排出泵将打入旋流器中，混合浆液在旋流器中实现分离；

分离出的结晶碳酸钙通过旋流器中部出口的碳酸钙排出泵打入真空皮带机；真空皮带机过滤的碳酸钙经固体出口，通过碳酸钙输送机输运至脱硫制浆系统作为脱硫原料，真空皮带机的滤液为富含硫酸铵的溶液，进入蒸发结晶器中蒸发、结晶分离得到硫酸铵。

进一步，所述混合浆液在旋流器中实现三层分离，上层富含不溶性催化剂通入催化剂回流泵打回结晶罐循环利用，底层富含残余的硫酸钙，通入石膏回流泵打回结晶罐中再次反应，中间层富含结晶生成的碳酸钙，通入碳酸钙排出泵打入真空皮带机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统，在吸收塔底部两侧分别连接氨罐和结晶罐，可实现对脱硫烟气的脱碳过程以及将碳铵溶液导流至结晶罐内，结晶罐内部设置搅拌器，外壁连接催化剂补给泵，搅拌器可实现结晶罐内物质充分反应，结晶罐底部连接旋流器，可实现混合浆液的分层，通过碳酸钙排出泵，实现对碳酸钙和硫酸铵的提取和利用，本系统结构合理，通过添加催化剂加速碳酸钙的结晶反应，缩短反应时间，可以实现在线连续处理的效果；采用旋流器分层回收技术，减少催化剂的损耗，提高石膏的利用率，可获得的高纯度的碳酸钙；本系统与石灰石-石膏脱硫系统耦合，采用脱硫石膏浆液为反应原料，不需要再进行预处理，反应产物碳酸钙又返回脱硫系统作为脱硫原料，实现了脱硫系统的钙循环，有效解决了脱硫原料来源和脱硫废弃物处置的问题。

进一步，本发明旋流器上部和底部均连接结晶罐顶部，可实现将旋流器上层催化剂回流至结晶罐，以及下层石膏浆液回流至结晶罐，实现催化剂和石膏浆液的循环利用，提高利用率。

进一步，本发明脱硫制浆系统两端分别连接碳酸钙输送机和结晶罐，可实现碳酸钙的循环利用。

本发明一种烟气二氧化碳捕集利用一体化方法，脱硫后的烟气与氨水反应生成碳铵溶液，并与催化剂以及石膏浆液分别导流至结晶罐，搅拌器充分混合，由于各种物质的密度不同，旋流器在旋流离心的作用下，实现分层，并对中部碳酸钙进行提取和分离，得到碳酸钙和硫酸铵晶体；本方法烟气脱碳及利用成本低，同时能够实现大烟气量连续在线处理，并且能够实现与脱硫制浆系统的钙循环。

进一步，混合浆液在旋流器中实现三层分离，其中上层富含不溶性催化剂通入催化剂回流泵打回结晶罐循环利用，底层富含残余的硫酸钙，通入石膏回流泵打回结晶罐中再次反应，提高催化剂和石膏的利用率，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实例中一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统的结构流程示意图。

图中：氨罐1；氨补给泵2；催化剂罐3；催化剂补给泵4；结晶罐5；结晶排出泵6；旋流器7；石膏回流泵8；碳酸钙输送机9；蒸发结晶器10；真空皮带机11；碳酸钙排出泵12；吸收塔13；脱硫石膏浆液管14；搅拌器15；催化剂回流泵16；脱硫制浆系统17。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种烟气二氧化碳捕集利用一体化系统，如图1所示，包括吸收塔13、结晶罐5、旋流器7和脱硫制浆系统17；吸收塔13底部两侧分别设置有进氨口和浆料出口，吸收塔13底部一侧的进氨口连接氨罐1的输出端，且吸收塔13的进氨口设置有氨补给泵2，底部另一侧的底部浆料出口连接结晶罐5的顶部进料口；

其中，结晶罐5内部设置有搅拌器15，搅拌器15在结晶罐5内部从上至下贯穿，可实现对结晶罐5内部混合溶液的充分搅拌；结晶罐5的底部设置有输出口，且依次连接结晶排出泵6和旋流器7的顶部进料口，结晶罐5中部侧壁设置有催化剂进料口，且依次连接催化剂补给泵4和催化剂罐3；旋流器7侧壁设置有中部出口，且依次连接碳酸钙排出泵12和真空皮带机11；真空皮带机11设置有固体出口和滤液出口，固体出口连接碳酸钙输送机9的输入端，脱硫制浆系统17的输入端连接碳酸钙输送机9的输出端，滤液出口连接蒸发结晶器10的输入端；

其中，脱硫制浆系统17的一端设置有脱硫石膏浆液管14，且连接结晶罐5中部侧壁的输入口，形成碳酸钙的循环利用。

其中，结晶罐5顶部设置有回流输入口，旋流器7上部的侧壁设置有催化剂回流输出口，催化剂回流输出口通过催化剂回流泵16连接回流输入口；旋流器7底部设置有石膏浆液出口，且通过石膏回流泵8连接结晶罐5顶部的回流输入口；催化剂回流泵16和石膏回流泵8出口管路汇合后连接结晶罐5顶部的回流输入口。

催化剂回流泵16在旋流器7上的输出端的管口高度大于碳酸钙排出泵12至少50cm；吸收塔13包括喷淋塔或填料塔；催化剂罐3中的催化剂包括质量浓度为1％-5％不溶于水的有机叔胺。

本系统将矿化反应过程分为两步，碳铵生成过程和碳酸钙晶体生成过程，其中碳酸钙的生成是本系统的主要控制步骤；本系统设计合理，系统简单，烟气脱碳及利用成本低，同时能够实现大烟气量连续在线处理。

本发明一种烟气二氧化碳捕集利用一体化方法，包括以下步骤：

脱硫烟气从吸收塔13底部进入，并与氨罐1提供的氨水进行吸收液循环逆流接触，发生脱碳反应，脱除脱硫烟气中CO

脱碳反应生成的碳铵溶液从吸收塔13的底部浆料出口排向结晶罐5，与脱硫制浆系统17提供的石膏浆液混合，催化剂罐3持续通过结晶罐5催化剂进料口通入不溶性催化剂；

搅拌器15在结晶罐5搅拌发生催化结晶反应，结晶罐5底部的混合浆液通过结晶排出泵6将打入旋流器7中，混合浆液在旋流器7中实现分离；

分离出的结晶碳酸钙通过旋流器7中部出口的碳酸钙排出泵12打入真空皮带机11；真空皮带机11过滤的碳酸钙经固体出口，通过碳酸钙输送机9输运至脱硫制浆系统17作为脱硫原料，真空皮带机11的滤液为富含硫酸铵的溶液，进入蒸发结晶器10中蒸发、结晶分离得到硫酸铵。

其中，混合浆液在旋流器7中实现三层分离，上层富含不溶性催化剂通入催化剂回流泵16打回结晶罐5循环利用，底层富含残余的硫酸钙，通入石膏回流泵8打回结晶罐5中再次反应，中间层富含结晶生成的碳酸钙，通入碳酸钙排出泵12打入真空皮带机11。

本发明一种烟气二氧化碳捕集利用一体化方法的一种具体实施例，氨罐1中的液氨通过氨补充泵2通入吸收塔13底部的分布格栅，提高吸收液的pH，主要发生反应是碳酸氢铵与氨水反应生成碳酸铵，吸收塔13底部的吸收液通过循环泵不断循环吸收烟气CO

吸收塔13底部较浓浆液抽出后通入结晶罐5中，同时通过脱硫石膏浆液管14和催化剂补给泵4向结晶罐5中补充石膏浆液和不溶性有机胺催化剂三丁胺，其中碳铵溶液与脱硫石膏浆液的氮硫摩尔比控制在2-2.5之间，催化剂三丁胺的添加量为质量浓度的1％-5％，在搅拌器15的作用下充分混合，发生催化加速结晶反应；

结晶罐5底部的浆液通过结晶排出泵6打入旋流器7中，由于不溶性催化剂三丁胺、石膏浆液、碳酸钙浆液密度的不同，在旋流器7旋流离心作用下分层，上层富含不溶性催化剂，通过催化剂回流泵16打回结晶罐5循环利用，底层富含残余的硫酸钙，通过石膏回流泵8打回结晶罐5中再次反应，中间层富含结晶生成的碳酸钙，通过碳酸钙排出泵12打入真空皮带机11；

真空皮带机11过滤的固体为碳酸钙，通过碳酸钙输送机9输运至脱硫制浆系统17作为脱硫原料，真空皮带机11的滤液为富含硫酸铵的溶液，进入蒸发结晶器10中蒸发、结晶分离得到硫酸铵。