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CN104511228B - 一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统及方法 - Google Patents

一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统及方法，该系统包括吸收塔、SO2再生器、CO2再生塔、CO2分离器、SO2分离器、脱硫脱碳溶液热交换器、脱硫液贫富换热器、脱碳液贫富换热器、脱碳液冷却器、脱硫液冷却器和CO2冷却器；吸收塔内部从下向上依次分为脱硫区域、脱碳区域和尾气洗涤区域；本发明还提供该系统进行脱硫脱碳的方法；该系统可用于电站锅炉和化工领域同时含SO2和CO2烟气的酸性气体收集，具有同时实现SO2和CO2脱除的功能；该工艺系统及方法利用SO2与CO2再生过程的温度差，在系统内部实现温度的梯级利用，同时利用CO2再生过程的余热作为SO2再生热源，利用CO2再生分离后的液态水作为SO2再生后的气液分离冷源，该系统最终分别获得高纯度的SO2和CO2气体。

Description

一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统及方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硫及温室气体减排技术领域，具体涉及一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统及方法。
背景技术
目前，燃煤锅炉均要求加装烟气脱硫设施，绝大部分采用石灰石湿法脱硫技术，脱硫效率能达到90％以上，SO2排放一般为50～100mg/Nm3。随着环保标准的不断提高和近期国家发改委关于“煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)”的出台，要求我国东部地区新建燃煤机组SO2排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，SO2排放浓度不高于35mg/Nm3)，中部地区原则上也要达到或接近该限值。为达到该指标，必须采用更加高效的脱硫装置，一方面可以在现有石灰石湿法脱硫技术基础上实施增容改造，采用单塔双循环或双塔双循环的方式，一方面则是采用其它更高效的脱硫技术。
在传统污染物不断提高环保标准，污染物控制系统广泛得到应用的同时，主要温室气体CO2的减排近年来也日益得到重视。很多西方国家已经开始推动实质性的电厂脱碳工作。但是由于燃煤锅炉烟气具有气量大的特点，而其CO2的含量是SO2含量的数十倍以上，使得CO2的捕集系统投资大。由于CO2与SO2均是酸性气体，具备采用类似脱除技术的先天条件，可以实现联合脱除。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统及方法，能够在一个系统单元内实现SO2和CO2的脱除，且各自的脱除过程并非独立而是互为补充，最终实现一种完全集成化的脱硫脱碳系统。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：
一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统，包括吸收塔1，所述吸收塔1内部从下向上依次分为脱硫区域1A、脱碳区域1B和尾气洗涤区域1C,所述脱硫区域1A底部依次通过脱硫脱碳溶液热交换器6和脱硫液贫富换热器7与SO2再生器2的上部连通，所述脱碳区域1B底部通过脱碳液贫富换热器8与CO2再生塔3的上部连通，所述尾气洗涤区域1C的顶部与大气连通；所述CO2再生塔3底部通过脱碳液贫富换热器8、脱硫脱碳溶液热交换器6和脱碳液冷却器9与脱碳区域1B上部连通；所述SO2再生器2的底部与CO2再生塔3的顶部连通，同时通过脱硫液贫富换热器7和脱硫液冷却器10与脱硫区域1A的上部连通，还通过CO2冷却器11与CO2分离器4上部连通，所述SO2再生器2的顶部与SO2分离器5的上部连通；所述SO2分离器5底部分别与SO2再生器2和CO2再生塔3的上部连通；所述CO2分离器4底部与SO2分离器5的上部连通。
上述所述烟气联合脱硫脱碳的工艺系统进行脱硫脱碳的方法，含SO2和CO2的烟气从吸收塔1的底部进入，首先在吸收塔1的脱硫区域1A内与从脱硫区域1A上部喷淋进入的脱硫液逆流接触，吸收SO2的脱硫液即脱硫富液从脱硫区域1A底部排出，脱硫富液首先通过脱硫脱碳溶液热交换器6，回收部分脱碳再生液的热量后再通过脱硫液贫富换热器7，回收脱硫液自身再生后的热量，最后从SO2再生器2的上部进入SO2再生器2；
吸收塔1内的烟气通过脱硫区域1A后随即进入脱碳区域1B，与从脱碳区域1B上部喷淋进入的脱碳液逆流接触，吸收CO2的脱碳液即脱碳富液从脱碳区域1B底部排出，脱碳富液经过脱碳液贫富换热器8，回收脱碳富液自身再生后的热量，最后从CO2再生塔3的上部进入CO2再生塔3；
吸收塔1内的烟气通过脱碳区域1B后随即进入尾气洗涤区域1C，在尾气洗涤区域1C内烟气通过循环的洗涤水洗涤后从吸收塔1顶部即尾气洗涤区域1C排入大气；
从CO2再生塔3上部进入的脱碳富液从上至下喷淋，通过外部热源加热脱碳富液，使脱碳富液再生分离出CO2后从CO2再生塔3底部流出，流出的脱碳再生液即脱碳贫液经过脱碳液贫富换热器8，与脱碳富液换热后再通过脱硫脱碳溶液热交换器6，进一步利用脱碳贫液的热量加热脱硫富液，降温后的脱碳贫液通过脱碳液冷却器9降温，最后从脱碳区域1B上部进入吸收塔1，开始新一轮的CO2吸收过程；
从SO2再生器2上部进入的脱硫富液，通过从CO2再生塔3引入的CO2混合气体提供热源来加热，使脱硫液再生分离出SO2后从SO2再生器2底部流出，流出的脱硫再生液即脱硫贫液经过脱硫液贫富换热器7，与脱硫富液换热降温，降温后的脱硫贫液通过脱硫液冷却器10降温，最后从脱硫区域1A上部进入吸收塔1，开始新一轮的SO2吸收过程；
从CO2再生塔3顶部排出的脱碳液再生出的CO2混合气体，进入SO2再生器2中，作为脱硫液再生的热源，换热降温后的CO2混合气体从SO2再生器2底部流出，通过CO2冷却器11冷却降温，然后进入CO2分离器4中，分离后的CO2从CO2分离器4顶部排出进入后续工段，分离出的液态水从CO2分离器4底部导入SO2分离器5中喷淋，将从SO2再生器2顶部离开并进入SO2分离器5中的SO2再生气直接冷却，从而实现SO2再生气中SO2气体与水分的分离，分离后的SO2从SO2分离器5顶部排出进入后续工段，分离出的液态水分为两路，通过流量控制分别注入SO2再生器2和CO2再生塔3上部，分别维持SO2吸收再生和CO2吸收再生回路的水平衡。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1)由于吸收塔1内实现了SO2和CO2的脱除，节省了需要分别建造两个吸收塔分别进行SO2和CO2的吸收，同时利用SO2与CO2再生过程的温度差，在系统内部实现温度的梯级利用，同时利用CO2再生过程的余热作为SO2的再生热源，利用CO2再生分离后的液态水作为SO2再生后的气液分离冷源，该系统最终分别获得高纯度的SO2和CO2气体。
2)利用脱硫液与脱碳液在再生阶段的温度差(脱碳液比脱硫液再生温度高约20℃)，在吸收塔1的脱硫区域1A底部出口的脱硫液首先经过脱硫脱碳溶液热交换器6，回收部分脱碳再生液的热量后再通过脱硫液贫富换热器7，回收脱硫液自身再生后的热量，实现了温度的梯级利用。
3)考虑脱硫与脱碳再生阶段的温度差及再生出的SO2与CO2的量差，将从CO2再生塔3顶部排出的脱碳液再生出的CO2混合气体导入SO2再生器2中，作为脱硫液再生热源，既满足了脱硫液再生用热，同时也降低了CO2冷却器11中需要的冷却水用量。
4)将CO2分离器4中CO2再生气分离后低温液态水导入SO2分离器5中喷淋，将从SO2再生器2顶部离开并进入SO2分离器5中的SO2再生气直接冷却，从而实现SO2再生气中SO2气体与水分的分离。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如附图所示，本发明一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统，包括吸收塔1，所述吸收塔1内部从下向上依次分为脱硫区域1A、脱碳区域1B和尾气洗涤区域1C,所述脱硫区域1A底部依次通过脱硫脱碳溶液热交换器6和脱硫液贫富换热器7与SO2再生器2的上部连通，所述脱碳区域1B底部通过脱碳液贫富换热器8与CO2再生塔3的上部连通，所述尾气洗涤区域1C的顶部与大气连通；所述CO2再生塔3底部通过脱碳液贫富换热器8、脱硫脱碳溶液热交换器6和脱碳液冷却器9与脱碳区域1B上部连通；所述SO2再生器2的底部与CO2再生塔3的顶部连通，同时通过脱硫液贫富换热器7和脱硫液冷却器10与脱硫区域1A的上部连通，还通过CO2冷却器11与CO2分离器4上部连通，所述SO2再生器2的顶部与SO2分离器5的上部连通；所述SO2分离器5底部分别与SO2再生器2和CO2再生塔3的上部连通；所述CO2分离器4底部与SO2分离器5的上部连通。
如附图所示，本发明烟气联合脱硫脱碳的工艺系统进行脱硫脱碳的方法，含SO2和CO2的烟气从吸收塔1的底部进入，首先在吸收塔1的脱硫区域1A内与从脱硫区域1A上部喷淋进入的脱硫液逆流接触，吸收SO2的脱硫液即脱硫富液从脱硫区域1A底部排出，脱硫富液首先通过脱硫脱碳溶液热交换器6，回收部分脱碳再生液的热量后再通过脱硫液贫富换热器7，回收脱硫液自身再生后的热量，最后从SO2再生器2的上部进入SO2再生器2；吸收塔1内的烟气通过脱硫区域1A后随即进入脱碳区域1B，与从脱碳区域1B上部喷淋进入的脱碳液逆流接触，吸收CO2的脱碳液即脱碳富液从脱碳区域1B底部排出，脱碳富液经过脱碳液贫富换热器8，回收脱碳富液自身再生后的热量，最后从CO2再生塔3的上部进入CO2再生塔3；吸收塔1内的烟气通过脱碳区域1B后随即进入尾气洗涤区域1C，在尾气洗涤区域1C内烟气通过循环的洗涤水洗涤后从吸收塔1顶部即尾气洗涤区域1C排入大气；从CO2再生塔3上部进入的脱碳富液从上至下喷淋，通过外部热源加热脱碳富液，使脱碳富液再生分离出CO2后从CO2再生塔3底部流出，流出的脱碳再生液即脱碳贫液经过脱碳液贫富换热器8，与脱碳富液换热后再通过脱硫脱碳溶液热交换器6，进一步利用脱碳贫液的热量加热脱硫富液，降温后的脱碳贫液通过脱碳液冷却器9降温，最后从脱碳区域1B上部进入吸收塔1，开始新一轮的CO2吸收过程；从SO2再生器2上部进入的脱硫富液，通过从CO2再生塔3引入的CO2混合气体提供热源来加热，使脱硫液再生分离出SO2后从SO2再生器2底部流出，流出的脱硫再生液即脱硫贫液经过脱硫液贫富换热器7，与脱硫富液换热降温，降温后的脱硫贫液通过脱硫液冷却器10降温，最后从脱硫区域1A上部进入吸收塔1，开始新一轮的SO2吸收过程；从CO2再生塔3顶部排出的脱碳液再生出的CO2混合气体，进入SO2再生器2中，作为脱硫液再生的热源，换热降温后的CO2混合气体(含气液混合相的水)从SO2再生器2底部流出，通过CO2冷却器11冷却降温，然后进入CO2分离器4中，分离后的CO2从CO2分离器4顶部排出进入后续工段，分离出的液态水从CO2分离器4底部导入SO2分离器5中喷淋，将从SO2再生器2顶部离开并进入SO2分离器5中的SO2再生气直接冷却，从而实现SO2再生气中SO2气体与水分的分离，分离后的SO2从SO2分离器5顶部排出进入后续工段，分离出的液态水分为两路，通过流量控制分别注入SO2再生器2和CO2再生塔3上部，分别维持SO2吸收再生和CO2吸收再生回路的水平衡。

Claims (1)

1.一种烟气联合脱硫脱碳的工艺系统进行脱硫脱碳的方法，所述工艺系统包括吸收塔(1)，所述吸收塔(1)内部从下向上依次分为脱硫区域(1A)、脱碳区域(1B)和尾气洗涤区域(1C),所述脱硫区域(1A)底部依次通过脱硫脱碳溶液热交换器(6)和脱硫液贫富换热器(7)与SO2再生器(2)的上部连通，所述脱碳区域(1B)底部通过脱碳液贫富换热器(8)与CO2再生塔(3)的上部连通，所述尾气洗涤区域(1C)的顶部与大气连通；所述CO2再生塔(3)底部通过脱碳液贫富换热器(8)、脱硫脱碳溶液热交换器(6)和脱碳液冷却器(9)与脱碳区域(1B)上部连通；所述SO2再生器(2)的底部与CO2再生塔(3)的顶部连通，同时通过脱硫液贫富换热器(7)和脱硫液冷却器(10)与脱硫区域(1A)的上部连通，还通过CO2冷却器(11)与CO2分离器(4)上部连通，所述SO2再生器(2)的顶部与SO2分离器(5)的上部连通；所述SO2分离器(5)底部分别与SO2再生器(2)和CO2再生塔(3)的上部连通；所述CO2分离器(4)底部与SO2分离器(5)的上部连通；
其特征在于：所述方法为：含SO2和CO2的烟气从吸收塔(1)的底部进入，首先在吸收塔(1)的脱硫区域(1A)内与从脱硫区域(1A)上部喷淋进入的脱硫液逆流接触，吸收SO2的脱硫液即脱硫富液从脱硫区域(1A)底部排出，脱硫富液首先通过脱硫脱碳溶液热交换器(6)，回收部分脱碳再生液的热量后再通过脱硫液贫富换热器(7)，回收脱硫液自身再生后的热量，最后从SO2再生器(2)的上部进入SO2再生器(2)；
吸收塔(1)内的烟气通过脱硫区域(1A)后随即进入脱碳区域(1B)，与从脱碳区域(1B)上部喷淋进入的脱碳液逆流接触，吸收CO2的脱碳液即脱碳富液从脱碳区域(1B)底部排出，脱碳富液经过脱碳液贫富换热器(8)，回收脱碳富液自身再生后的热量，最后从CO2再生塔(3)的上部进入CO2再生塔(3)；
吸收塔(1)内的烟气通过脱碳区域(1B)后随即进入尾气洗涤区域(1C)，在尾气洗涤区域(1C)内烟气通过循环的洗涤水洗涤后从吸收塔(1)顶部即尾气洗涤区域(1C)排入大气；
从CO2再生塔(3)上部进入的脱碳富液从上至下喷淋，通过外部热源加热脱碳富液，使脱碳富液再生分离出CO2后从CO2再生塔(3)底部流出，流出的脱碳再生液即脱碳贫液经过脱碳液贫富换热器(8)，与脱碳富液换热后再通过脱硫脱碳溶液热交换器(6)，进一步利用脱碳贫液的热量加热脱硫富液，降温后的脱碳贫液通过脱碳液冷却器(9)降温，最后从脱碳区域(1B)上部进入吸收塔(1)，开始新一轮的CO2吸收过程；
从SO2再生器(2)上部进入的脱硫富液，通过从CO2再生塔(3)引入的CO2混合气体提供热源来加热，使脱硫液再生分离出SO2后从SO2再生器(2)底部流出，流出的脱硫再生液即脱硫贫液经过脱硫液贫富换热器(7)，与脱硫富液换热降温，降温后的脱硫贫液通过脱硫液冷却器(10)降温，最后从脱硫区域(1A)上部进入吸收塔(1)，开始新一轮的SO2吸收过程；
从CO2再生塔(3)顶部排出的脱碳液再生出的CO2混合气体，进入SO2再生器(2)中，作为脱硫液再生的热源，换热降温后的CO2混合气体从SO2再生器(2)底部流出，通过CO2冷却器(11)冷却降温，然后进入CO2分离器(4)中，分离后的CO2从CO2分离器(4)顶部排出进入后续工段，分离出的液态水从CO2分离器(4)底部导入SO2分离器(5)中喷淋，将从SO2再生器(2)顶部离开并进入SO2分离器(5)中的SO2再生气直接冷却，从而实现SO2再生气中SO2气体与水分的分离，分离后的SO2从SO2分离器(5)顶部排出进入后续工段，分离出的液态水分为两路，通过流量控制分别注入SO2再生器(2)和CO2再生塔(3)上部，分别维持SO2吸收再生和CO2吸收再生回路的水平衡。
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