[实用新型]一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO2的装备系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及环保低碳技术领域，具体涉及一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中CO₂的装备系统。

背景技术

气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因。我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源作为能源结构。随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增长快、总量大的特点，而当前碳减排和应对气候变化的CCS或CCUS技术的高投资、高捕集成本的运气经济性成为了推广应用的严重障碍。现有的CCS或CCUS技术的研究及示范应用主要集中在必须分离去除高浓度CO₂的煤化工、合成气与煤电领域，而煤电领域集中在以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术的应用中。

由于目前最大的CO₂排放点源主要是以煤为原料的电厂，在CO₂捕集技术领域或CCS技术方面将CO₂的捕获技术方法及系统称之为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集。

(1)燃烧前捕集：主要是以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术为基础，先将煤气化，得到CO和H₂，再经过水蒸气变换，CO转为CO₂，然后通过分离或CO₂捕获技术，分别得到高浓度的H₂和CO₂，H₂可以燃烧发电或作为无碳能源输出。IGCC技术中实施CO₂的捕集将使能源消耗增加10～40％，吨CO₂捕集成本达20～50美元，其中CO₂捕集液再生能源约占60％。

(2)燃烧中捕集：又称富氧燃烧捕集技术，先经利用空分系统，将空气中所含大量的氮气除去，得到高纯度的O₂，然后将高浓度O₂引入燃烧系统，利于CO₂的进一步捕获和处理，或以纯氧作为助燃剂，同时在燃烧过程中对锅炉内加压，使得燃烧后烟气中的主要成分为CO₂和水，分离水后，这样烟气中高浓度的CO₂气体可以直接进行压缩捕捉。富氧燃烧捕集技术除投资高、运行成本高外，增加能源消耗20～50％，吨CO₂捕集成本达50～90美元。

(3)燃烧后捕集：指直接对电厂燃烧后的烟气实施CO₂的分离和捕集，捕集装置位于电厂烟气排放下游，可分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等。由于电厂排放的CO₂浓度低、压力小，导致能耗及成本过大，尚不适宜大规模推广。

目前，CO₂捕集即CO₂的分离和提纯过程，已实现工业化的方法，具体包括溶剂吸收法、 变压吸附法、膜分离技术和低温分馏分离法等，这些方法大多能采用的是间隙式捕集。其中膜分离技术是借助混合气体中各组分在膜中渗透速率的不同而获得分离的方法，目前用于分离CO₂的膜材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚碳酸酯等聚合物。对于大规模的CO₂捕集系统，膜法在成本上及可靠性要求上还有较大的差距。变压吸附法(PSA)的基本原理是利用吸附剂对不同气体的吸附量随压力的变化而不同，该技术具有工艺过程相对简单，能耗较低，能够从合成氨变换气中脱除和回收CO₂。其中的低温分馏分离法是在低温下将气体中各种组分按照工艺和要求冷凝下来，然后用蒸馏法将其中各类物质按照蒸发温度的不同逐一加以分离。该方法适用于天然气中CO₂、H₂S含量较高，以及在用CO₂进行3次采油时，采出气中CO₂含量和流量出现较大波动等情形，工艺设备投资费用较大，能耗较高。溶剂吸收法包括化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法，已经被证实是目前所有CO₂吸收方法当中技术最成熟、应用最广泛，而且具有适合进行大规模CO₂捕捉潜力的技术方案。但捕获工艺复杂，投资大，易产生二次污染且有些溶剂具有毒性，溶剂需要再生需消耗大量能源，捕集成本高。开发有别于传统方法的全新、高效且经济实用的分离技术尤显重要，水合物法即是一种新兴的分离CO₂技术。