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CN110787594B - 烟气中co2捕集利用耦合lng减压循环的方法及系统 - Google Patents

烟气中co2捕集利用耦合lng减压循环的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法及系统，所述方法包括原烟气于二氧化碳解析模块中与富二氧化碳的二氧化碳捕集液换热，所述富二氧化碳的二氧化碳捕集液吸热后解析出二氧化碳并得到贫二氧化碳的二氧化碳捕集液；解析出的二氧化碳于已进行LNG气化的第一间冷装置中精制，得到干冰；LNG气化后得到的压缩天然气于第二间冷装置中进一步减压降温，再使贫二氧化碳的二氧化碳捕集液于已进行压缩天然气减压降温后的第二间冷装置中冷却；换热后的原烟气与冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液于二氧化碳捕集模块中混合，冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液吸收二氧化碳后得到富二氧化碳的二氧化碳捕集液及脱碳烟气。

Description

烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法及系统，属于钢铁厂烟气净化技术领域。
背景技术
钢铁厂碳排放主要以二氧化碳为主，因此如何从烟气中捕集二氧化碳并加以封存和利用是应对钢铁厂碳排放过量的思路和方法。
烟道气中的二氧化碳浓度如下所示：
工业炉窑约为15%-25%；
燃煤锅炉约为10%-15%；
整体气化联合循环燃烧技术(IGCC)约为85%-90%；
燃油锅炉约为6%-10%；
燃气锅炉约为5%-8%。
目前，钢铁企业通常仅对含尘烟气，含硫烟气和氮氧化物烟气有针对性的进行除尘、脱硫、脱硝处理，而很少进行碳补集。对此，宝钢计划引进一套新西兰微生物制乙醇项目作为碳应用的示范项目，该项目使用的微生物由新西兰郎泽公司开发并申请有专利，用于将一氧化碳转化为生物燃料，但一氧化碳目前在钢铁厂是作为有效燃料使用，用此种方法作为碳捕集方案成本较高。
因此，对于应对未来严峻的碳排放指标，本领域仍然没有切实可行且经济性较好的碳捕集或者碳应用工程。综上，提供一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG（液化天然气）减压循环的方法及系统已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的系统。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法，其中，所述方法包括：
（1）原烟气于二氧化碳解析模块中与富二氧化碳的二氧化碳捕集液换热，所述富二氧化碳的二氧化碳捕集液吸热后解析出二氧化碳并得到贫二氧化碳的二氧化碳捕集液；其中，所述二氧化碳捕集液为于第一预设温度下能吸收原烟气中的二氧化碳、并于第二预设温度下能将吸收的二氧化碳解析的液体；
（2）步骤（1）解析出的二氧化碳于已进行LNG气化的第一间冷装置中精制，得到干冰；
（3）步骤（2）LNG气化后得到的压缩天然气（CNG）于第二间冷装置中进一步减压降温，再使步骤（1）中所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液于已进行压缩天然气减压降温后的第二间冷装置中冷却；
（4）步骤（1）中换热后的原烟气与步骤（3）中冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液于二氧化碳捕集模块中混合，所述冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液吸收二氧化碳后得到富二氧化碳的二氧化碳捕集液及脱碳烟气。
优选地，以上所述的方法还包括：将步骤（4）中所得富二氧化碳的二氧化碳捕集液循环至步骤（1），用于与原烟气换热。
在本发明较为优选的实施方式中，所述二氧化碳捕集液为于第一预设温度下能吸收原烟气中的二氧化碳、并于第二预设温度下能将吸收的二氧化碳解析的液体，且所述第一预设温度小于第二预设温度；此时，所述二氧化碳捕集液可选自如下所述MDEA等胺液。
在以上所述的方法中，优选地，所述二氧化碳捕集液包括MDEA（N-甲基二乙醇胺）、MEA（乙醇胺）、DEA（二乙醇胺）、DIPA（二异丙醇胺）、羧基和/或羰基改性的MDEA、羧基和/或羰基改性的MEA、羧基和/或羰基改性的DEA、羧基和/或羰基改性的DIPA中的一种或几种的组合。
在以上所述的方法中，MEA比MDEA便宜，而且易得，但其性能不如MDEA稳定，沸点较MDEA低，所以其适用范围较MDEA窄，对于工况稳定且烟气温度较低的系统，比如焦炉烟气，可以采用MEA作为二氧化碳捕集液，此时经济性更好。
其中，采用耐高温官能团（如羧基或羰基）改性后的MDEA、MEA、DEA、DIPA的沸点较高，再将该些沸点较高的物质用作二氧化碳捕集液可进一步提高工艺的高温范围（如可以使用更高温度范围的原烟气），进而可以提高二氧化碳捕集效率；并且本发明对羧基和/或羰基于MDEA、MEA、DEA、DIPA中的改性位置以及羧基和/或羰基的数量均不作具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置改性位置以及改性官能团的数量，只要保证可以实现本发明的目的即可。在以上所述的方法中，为了改善二氧化碳捕集液吸收二氧化碳的能力，还可以向所述二氧化碳捕集液中添加含氮物质活性组分，如哌嗪；进而可以提升本发明所述方法的应用范围和适应性。
在以上所述的方法中，优选地，所述富二氧化碳的二氧化碳捕集液中二氧化碳的质量浓度范围为4%-6%，所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液中二氧化碳的质量浓度范围为0.02%-0.5%。其中，所述富二氧化碳的二氧化碳捕集液中二氧化碳的质量浓度及所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液中二氧化碳的质量浓度均是以纯二氧化碳捕集液（如纯的MDEA）的总重量为基准计算得到的。
在以上所述的方法中，优选地，步骤（1）中，解析出的二氧化碳的温度范围为85℃-120℃；
换热后的原烟气的温度范围为40℃以下。
在以上所述的方法中，优选地，步骤（1）中，所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液的温度范围为85℃ -120℃。
在以上所述的方法中，步骤（1）中，所述原烟气的温度应小于二氧化碳捕集液的沸点温度，以保证所述二氧化碳捕集液处于液体状态；
另，本发明对原烟气中的二氧化碳含量不做具体要求，本领域技术人员可以根据原烟气中的二氧化碳含量多少确定所用二氧化碳捕集液的量。
在以上所述的方法中，步骤（1）中所用富二氧化碳的二氧化碳捕集液的温度为室温。
在以上所述的方法中，优选地，步骤（4）中，所述冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液的温度范围为大于二氧化碳捕集液的凝固点小于等于40℃。
在以上所述的方法中，优选地，步骤（2）LNG气化后得到的压缩天然气的压力范围为4MPa-25MPa。
在以上所述的方法中，LNG于第一间冷装置中进行气化，气化过程中会吸收大量的热量，随后步骤（1）解析出的二氧化碳于已进行LNG气化的第一间冷装置中精制以制备干冰，已进行LNG气化的第一间冷装置可以作为二氧化碳精制干冰的冷源；并且LNG气化所得到的压缩天然气的压力范围为4MPa-25MPa，其需要进一步减压得到低压天然气（NG）后才能应用，因此将所述压缩天然气于第二间冷装置中进行减压降温，该过程又可以为步骤（1）中所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液的冷却过程提供冷源。
本发明中，原烟气为经过除尘、脱硫、脱硝工序的烟气，其中富含二氧化碳，也可称作富二氧化碳烟气（富烟气）；步骤（1）中换热后的原烟气为经预冷降温的原烟气，仍然富含二氧化碳；富二氧化碳的二氧化碳捕集液为溶解了烟气中大量的二氧化碳的二氧化碳捕集液；贫二氧化碳的二氧化碳捕集液为溶解较少的二氧化碳的二氧化碳捕集液或者没有溶解二氧化碳的二氧化碳捕集液；脱碳烟气为经过碳捕集二氧化碳后二氧化碳浓度降低到排放指标后的烟气。
另一方面，本发明还提供了一种用于实现以上所述烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法的烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的系统，其中，所述系统包括：二氧化碳解析模块、二氧化碳捕集模块、第一间冷装置及第二间冷装置；所述二氧化碳解析模块的烟气出口通过管路与所述二氧化碳捕集模块的烟气入口相连；所述二氧化碳解析模块的二氧化碳出口通过管路与第一间冷装置相连；所述第一间冷装置的气体出口通过管路与所述第二间冷装置的气体入口相连；所述二氧化碳解析模块的液体出口通过管路与所述第二间冷装置的液体入口相连；所述第二间冷装置的液体出口通过管路与所述二氧化碳捕集模块的液体入口相连。
在以上所述的系统中，优选地，所述二氧化碳捕集模块的液体出口通过管路与所述二氧化碳解析模块的液体入口相连。
在以上所述的系统中，所述二氧化碳解析模块、二氧化碳捕集模块、第一间冷装置及第二间冷装置均为本领域常规设备；在本发明一具体实施方式中，所述二氧化碳解析模块、二氧化碳捕集模块例如可以分别为解析塔、吸收塔；所述第一间冷装置及第二间冷装置例如可为间冷塔或间冷换热器等。
本发明所提供的系统具备模块化建设潜力，适用于不同规模钢铁厂的碳捕集和应用场景，且本系统采用物理吸收，可以更换溶剂，可调节工况以适应不同的烟气工况。
本发明所提供的方法采用物理吸收解析二氧化碳，伴随大量能量的吸收和释放，避免了应用电能而对钢铁厂能耗造成极大的损失；由于所述方法伴随大量能量的吸收和释放，进而可耦合另外一个与烟气碳排放对热量需求和放出相反的工艺流程（即LNG气化及压缩天然气减压降温）形成耦合系统，从而实现碳捕集和节能的双赢，最终解决了钢铁厂烟气中CO2的无组织排放问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中所提供的烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2中所提供的烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法的具体工艺流程图。
主要附图标号说明：
1、二氧化碳解析模块；
2、二氧化碳捕集模块；
3、第一间冷装置；
4、第二间冷装置；
5、烟囱。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的系统，其中，所述系统的结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，其包括：二氧化碳解析模块1、二氧化碳捕集模块2、第一间冷装置3、第二间冷装置4及烟囱5；所述二氧化碳解析模块1的烟气出口通过管路与所述二氧化碳捕集模块2的烟气入口相连；所述二氧化碳解析模块1的二氧化碳出口通过管路与第一间冷装置3相连；所述第一间冷装置3的气体出口通过管路与所述第二间冷装置4的气体入口相连；所述二氧化碳解析模块1的液体出口通过管路与所述第二间冷装置4的液体入口相连；所述第二间冷装置4的液体出口通过管路与所述二氧化碳捕集模块2的液体入口相连；
本实施例中，所述二氧化碳捕集模块2的液体出口通过管路与所述二氧化碳解析模块1的液体入口相连；
所述二氧化碳捕集模块2的脱碳烟气出口通过管路与烟囱5相连；
本实施例中，所述二氧化碳解析模块、二氧化碳捕集模块可以分别为解析塔、吸收塔；所述第一间冷装置及第二间冷装置可为间冷塔或间冷换热器等。
实施例2
本实施例提供了一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法，其中，所述方法是利用实施例1提供的烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的系统实现的，所述方法的具体工艺流程图如图2所示，从图2中可以看出，其包括以下具体步骤：
（1）富集二氧化碳的原烟气于二氧化碳解析模块中与富二氧化碳的MDEA液（富MDEA液）换热，所述富二氧化碳的MDEA液吸热后，二氧化碳的溶解度下降，解析出二氧化碳并得到贫二氧化碳的MDEA液（贫MDEA液）；其中，所述贫二氧化碳的MDEA液的温度范围为85℃ -120℃；
（2）步骤（1）解析出的二氧化碳于已进行LNG气化的第一间冷装置中降温精制，得到干冰，所得干冰可送往后续化工模块用于制备甲醇或者甲酸等化工原料；
其中，解析出的二氧化碳的温度范围为85℃ -120℃；
（3）步骤（2）LNG气化后得到的压缩天然气（压力范围为4MPa-25MPa）于第二间冷装置中进一步减压降温，再使步骤（1）中所述贫二氧化碳的MDEA液于已进行压缩天然气减压降温后的第二间冷装置中冷却；
（4）步骤（1）中换热后的原烟气与步骤（3）中冷却后的贫二氧化碳的MDEA液于二氧化碳捕集模块中混合，换热后的原烟气中的二氧化碳在低温下易溶于MDEA溶剂，所述冷却后的贫二氧化碳的MDEA液吸收二氧化碳后得到富二氧化碳的MDEA液及脱碳烟气，从而实现了二氧化碳的捕集，所得到的脱碳烟气可以通过烟囱直接排放；
所述换热后的原烟气的温度范围为40℃以下；
所述冷却后的贫二氧化碳的MDEA液的温度范围为大于MDEA液的凝固点小于等于40℃。
本实施例中，所述方法还包括：将步骤（4）中所得富二氧化碳的MDEA液循环至步骤（1）中的二氧化碳解析模块，用于继续与原烟气换热，以形成流程的循环。
本实施例中，所述富二氧化碳的MDEA液中二氧化碳的质量浓度范围为4%-6%，所述贫二氧化碳的MDEA液中二氧化碳的质量浓度范围为0.02%-0.5%。
本发明所提供的方法采用物理吸收解析二氧化碳，伴随大量能量的吸收和释放，避免了应用电能而对钢铁厂能耗造成极大的损失；由于所述方法伴随大量能量的吸收和释放，进而可耦合另外一个与烟气碳排放对热量需求和放出相反的工艺流程（即LNG气化及压缩天然气减压降温）形成耦合系统，从而实现碳捕集和节能的双赢，最终解决了钢铁厂烟气中CO2的无组织排放问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (8)

1.一种烟气中CO2捕集利用耦合LNG减压循环的方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）原烟气于二氧化碳解析模块中与富二氧化碳的二氧化碳捕集液换热，所述富二氧化碳的二氧化碳捕集液吸热后解析出二氧化碳并得到贫二氧化碳的二氧化碳捕集液；其中，所述二氧化碳捕集液为于第一预设温度下能吸收原烟气中的二氧化碳、并于第二预设温度下能将吸收的二氧化碳解析的液体；
（2）步骤（1）解析出的二氧化碳于已进行LNG气化的第一间冷装置中精制，得到干冰；其中，LNG于第一间冷装置中进行气化，气化过程中会吸收大量的热量，随后步骤（1）解析出的二氧化碳于已进行LNG气化的第一间冷装置中精制以制备干冰，已进行LNG气化的第一间冷装置作为二氧化碳精制干冰的冷源；
（3）步骤（2）LNG气化后得到的压缩天然气于第二间冷装置中进一步减压降温，再使步骤（1）中所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液于已进行压缩天然气减压降温后的第二间冷装置中冷却；其中，将所述压缩天然气于第二间冷装置中进行减压降温，减压降温过程为步骤（1）中所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液的冷却过程提供冷源；
（4）步骤（1）中换热后的原烟气与步骤（3）中冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液于二氧化碳捕集模块中混合，所述冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液吸收二氧化碳后得到富二氧化碳的二氧化碳捕集液及脱碳烟气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将步骤（4）中所得富二氧化碳的二氧化碳捕集液循环至步骤（1），用于与原烟气换热。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳捕集液包括MDEA、MEA、DEA、DIPA、羧基和/或羰基改性的MDEA、羧基和/或羰基改性的MEA、羧基和/或羰基改性的DEA、羧基和/或羰基改性的DIPA中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述富二氧化碳的二氧化碳捕集液中二氧化碳的质量浓度范围为4%-6%，所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液中二氧化碳的质量浓度范围为0.02%-0.5%。
5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，解析出的二氧化碳的温度范围为85℃ -120℃；
换热后的原烟气的温度范围为40℃以下。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述贫二氧化碳的二氧化碳捕集液的温度范围为85℃ -120℃。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述冷却后的贫二氧化碳的二氧化碳捕集液的温度范围为大于二氧化碳捕集液的凝固点小于等于40℃。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（2）LNG气化后得到的压缩天然气的压力范围为4MPa-25MPa。
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