一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，所述系统包括依次连接的烟气干燥单元、烟气净化单元、气气换热器、低温分馏装置。锅炉排放烟气经干燥、净化、换热、低温分馏处理后，得到二氧化碳液体和氮气混合物废气，所述二氧化碳液体中含有不超过10％体积比的氮气，其共同用于制二氧化碳灭火器。本实用新型专利技术利用气气换热器实现对传统产能过剩的热能进行再利用，并降低对碳捕集后二氧化碳的纯度要求，使得含有氮气的二氧化碳被有效利用，生产低成本的二氧化碳灭火器，从而实现对锅炉排放烟气的综合利用，起到节能减排的作用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统


[0001]本技术属于环保
，具体涉及一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统。

技术介绍

[0002]二氧化碳是造成温室效应的主要气体之一。二氧化碳捕集利用与封存 (CCUS)是指将二氧化碳从工业排放源中分离后或直接加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的工业过程，是目前各国短期之内应对全球气候变化最重要技术手段之一。近年来我国CCUS各环节技术有所突破，但目前大部分处在中试阶段或工业示范阶段，与国外比规模较小。此技术工艺较复杂，涉及多个单元环节，前期投资成本巨大，投资额上亿。且其对二氧化碳利用时，对纯度要求较高，能耗高，经济效益低，达不到低成本低能耗的要求。上述是目前制约CCUS 项目发展的重要原因。高投资、高运行成本的技术路线，以及现有CCUS技术的国内中试平台运行的不理想，严重影响了CCUS的商业化、市场化推广。因此，对一些折中技术的尝试也值得考虑，例如研发低成本、低能耗碳捕集技术，加快二氧化碳的综合性利用。
[0003]此外，目前国内锅炉烟气脱硫除尘工艺较为成熟，但缺乏对脱硫除尘后气体的回收利用。燃煤锅炉烟气排放具有不连续性、成分复杂的特点，其产生二氧化碳的量不满足如低成本的驱油开采的技术应用，因此缺乏针对锅炉烟气低成本的高效、高针对性的碳捕集、碳利用耦合技术。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本技术目的是提供一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，其是一种利用气气换热器实现对传统产能过剩的热能进行再利用，并将含有少量氮气的二氧化碳气体回收利用制备二氧化碳灭火器从而实现废烟气的多成分综合利用。
[0005]为实现上述目的，本申请提供一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，所述系统包括依次连接的烟气干燥单元、烟气净化单元、气气换热器、低温分馏装置。
[0006]采用上述技术方案，烟气干燥单元其后设置了烟气净化单元，净化处理后的烟气进入到气气换热器中；气气换热器出口与低温分馏装置入口相连，低温分馏后可得到二氧化碳液体与氮气混合物废气；低温分馏碳捕集中，对二氧化碳的提取纯度要求并不高，得到二氧化碳液体从分馏装置的其中一个出口流出；制得的二氧化碳液体可用于制二氧化碳灭火器。
[0007]其中，所述烟气干燥单元，用于对烟气进行干燥处理，避免低温分馏环节时水分固化结冰影响；
[0008]所述烟气净化单元，用于对干燥后的烟气进行净化处理；
[0009]所述气气换热器，用于气体介质之间的换热工作；
[0010]所述低温分馏装置，用于将二氧化碳气体液化为二氧化碳液体并进行贮存，用于
生产二氧化碳灭火器。
[0011]具体地，烟气干燥单元设有进烟口和出烟口，锅炉烟气经脱硫脱硝、除尘后进入烟气干燥单元，烟气干燥单元出烟口与烟气净化单元进烟口连接，经过除水干燥的烟气进入净化单元进行灰尘颗粒和硫氧化物的净化，烟气净化单元的出烟口与气气换热器进烟口连接，经过净化的烟气进入气气换热器换热，气气换热器出烟口与低温分馏装置进烟口连接，换热后的烟气进入低温分馏装置中，低温分馏后得到二氧化碳液体从低温分馏装置的其中一个出口流出；氮气混合物废气从低温分馏装置的另一个出口流出。此系统降低对碳捕集后二氧化碳的纯度要求，二氧化碳中可含有一定体积比的氮气，且在该氮气存在的情况下依旧能够对二氧化碳有效利用，生产低成本的二氧化碳灭火器，从而实现对锅炉排放烟气的综合利用，起到节能减排的作用。
[0012]进一步地，所述烟气干燥单元的干燥装置为膜干燥器。
[0013]更进一步地，所述膜干燥器中装有聚酰亚胺中空纤维膜。
[0014]进一步地，所述烟气净化单元的净化装置为气体喷淋吸收塔。
[0015]采用上述技术方案，气体喷淋吸收塔，一方面，进一步处理吸收排放烟气中的灰尘颗粒、硫氧化物，另一方面，进一步降低烟气烟温，便于后面的低温分馏操作。
[0016]进一步地，所述烟气净化单元的出烟口与所述气气换热器的进烟口连接，所述气气换热器的进气口与所述低温分馏装置的一个出口连接。
[0017]本技术工作原理：
[0018]利用经脱硫塔处理后的锅炉烟气进行碳捕集，其中低温分馏可降低二氧化碳的纯度要求，二氧化碳中可含有一定体积比的氮气，且在该氮气存在的情况下依旧能够对二氧化碳有效利用，生产低成本的二氧化碳灭火器，从而实现对锅炉排放烟气的综合利用，起到节能减排的作用。具体地，首先对烟气进行干燥，除去烟气中的水汽，避免低温分馏环节时水分固化结冰影响。经干燥后的气体进行净化，一方面，进一步处理吸收排放烟气中的灰尘颗粒、硫氧化物；另一方面，进一步降低烟气烟温，便于后面的低温分馏操作。经净化后的气体进行换热，经换热后的气体进行低温分馏，烟气中的二氧化碳气体在低温高压下液化，得到的液态二氧化碳排出，进行存储，便于后续的使用。具体地，可利用二氧化碳液体制备二氧化碳灭火器。本技术所得二氧化碳纯度低于当前工业制备的二氧化碳纯度，所含杂气主要为氮气，氮气不超过10％体积比。将其共同作为灭火器原材料，具有良好的灭火效果。因为二氧化碳灭火原理是通过减少空气中的氧含量，使其达到不支持燃烧的浓度。在空气中，二氧化碳含量达到15％以上会使人窒息死亡；达到30％～35％能使一般可燃物质的燃烧逐渐窒息；达到43.6％能抑制汽油蒸气及其他易燃气体的爆炸。氮气与二氧化碳有着相同的灭火效果，当二氧化碳中含有少量的氮气时，氮气可以随着二氧化碳下沉使得燃烧物与空气隔离达到隔绝氧气灭火的效果。本技术捕集回收的二氧化碳液体制备的二氧化碳灭火器中，氮气体积比不超过10％，因此当二氧化碳作为主要成分喷入保护区或通过逐部淹没原理覆盖保护物时，使保护区或保护物周围的氧气含量骤然降到12.5％以下，从而终止燃烧反应过程，达到灭火。此外，经二氧化碳液化后，剩下的气体为以氮气为主的混合物废气，氮气混合物废气可通过烟道进行烟气排放。优选地，氮气混合废气排出前进入到前述换热环节进行换热，提升排烟温度。
[0019]本技术具有以下有益效果：
[0020]1、本技术系统，相对其他系统单元环节简捷、操作简便。投资成本可大大降低，在减少成本的前提下也能实现多组分锅炉烟气的综合性回收与利用。
[0021]2、本技术系统，相比现有二氧化碳利用技术，能够对二氧化碳直接进行捕集并利用。省略从二氧化碳捕集到保存、运输的中间环节。
[0022]3、本技术系统的进气为工业锅炉的烟囱排放烟气。核心环节为低温分馏碳捕集。由于设计应用途径，其对二氧化碳的提取纯度要求并不高，可含有一定体积比的N2，因而可大幅降低分离提纯的能量消耗和经济成本。
[0023]4、本技术系统，相比工业用气二氧化碳作为气源生产的灭火器，本工艺生产的灭火器在价格可大幅度降低。在保证灭火效果的情况下价格具有较大优势。
附图说明
[0024]图1为一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统的示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的烟气干燥单元(1)、烟气净化单元(2)、气气换热器(3)、低温分馏装置(4)。2.根据权利要求1所述的一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，其特征在于，所述烟气干燥单元(1)的干燥装置为膜干燥器。3.根据权利要求2所述的一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，其特征在于，所述膜干燥器中装有聚酰亚胺中空纤维膜。4.根据权利要求1所述的一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，其特征在于，所述烟气净化单元(2)的净化装置为气体喷淋吸收塔。5.根据权利要求1所述的一种低成本的烟气碳捕集与综合利用集成系统，其特征在于，所述烟气净化单元(2)的出烟口与所述气气换热器(3)的进烟口连接，所述气气换热器(3)的进气口与所述低温分馏装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建友，何文森，赵飞，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：新型
国别省市：