本申请公开了一种二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺，包括二氧化碳捕集纯化装置和尿素制备生产线，包括脱碳引风机、吸收塔、气体分布器、微旋流分离器A、富液泵、贫富液换热器、贫液泵、贫液冷却器、吸收式热泵系统、再沸器、解吸塔、二氧化碳冷却器、微旋流分离器B、冷却器、闪蒸器、压缩机、过滤器、脱硫塔、分子筛、冷凝器、提纯塔、过冷器、二氧化碳储罐、配液槽、补水槽、补液泵、闪蒸塔、二氧化碳缓冲罐、二氧化碳压缩机、尿素合成塔、液氨储罐、液氨缓冲罐、一级分离塔、二级分离塔、闪蒸机、蒸发浓缩机、造粒机、第二冷凝器、一级吸收塔、氨冷凝器、氨回收罐，此工艺回收二氧化碳和水为火力发电厂节约成本，生产的氨或尿素回用到电厂。生产的氨或尿素回用到电厂。生产的氨或尿素回用到电厂。
【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺
[0001]本专利技术属于在燃煤电厂烟气中二氧化碳利用
，尤其涉及一种二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺。
技术介绍
[0002]对于二氧化碳捕集技术，最成熟的技术是化学吸收法，已实现多个示范应用。目前限制该方法大规模应用的主要瓶颈是其反应速率低、耗能较大及成本较高等因素。对于尿素生产，目前其已通过化学利用实现大规模产业化。目前世界上生产尿素多采用氨和二氧化碳进行直接制备。因此二氧化碳捕集和尿素制备一体化系统中主要瓶颈在于烟气中二氧化碳捕集效率不高、对环境造成一定污染、对烟道气的资源化利用不够等方面。
[0003]欲降低火电厂二氧化碳排放量，实行CCUS技术极为重要。CCUS技术即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，进行循环再利用，而不是简单地封存。而二氧化碳的诸多利用中，化学利用是减少大气中二氧化碳的一重要途径。化学利用即是将二氧化碳通过工业反应转变为高附加值化学品，对提高碳的利用率及化石资源的高效洁净利用具有重要意义。其中从火力发电厂捕集来的可进行生产尿素。其中尿素的工业化生产主要有氰氨化钙法和二氧化碳法，前者由于原料难得、有毒性、反应条件难以控制等缺点，并没有得到大规模工业化应用。所以实行电厂烟气二氧化碳捕集和尿素制备大规模综合利用技术十分必要。
[0004]基于二氧化碳的捕集方法按照其性质、与气体的共存状态及不同作用机理可分为；物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、吸附法、膜分离法、深冷分离法、生物法等。
[0005]1.物理吸收法；是采用对二氧化碳溶解度大、选择性强、性质稳定的有机溶剂，通过加压的方式来对二氧化碳进行脱除分离，通过降压的方式进行释放和溶剂的再生。典型的物理吸收法有环丁砜法、聚乙二醇二甲醚法、甲醇法、加压水洗法、N
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2甲基吡咯烷酮法、碳酸丙烯酯法等。
[0006]2.化学吸收法；主要是利用碱性溶液与二氧化碳在吸收塔内发生化学反应，溶液成为富液，富液经过加热或者减压的方式分离二氧化碳，吸收剂得以再生，继而可以循环使用，二氧化碳得到分离。在工业上，通常选用呈碱性的化学吸收液来吸收二氧化碳，如醇胺、钾碱和氨水等。
[0007](1)醇胺法：
[0008]单乙醇胺法(MEA)；MEA吸收二氧化碳是可逆放应,温度在20～40℃之间时反应正向进行,为放热反应。当温度达到104℃时,反应则逆向进行,释放出吸收的二氧化碳,同时使MEA溶液达到再生利用的目的。
[0009]活化N一甲基二乙醇胺法(MDEA)：含有二氧化碳的天然气自下而上进入吸收塔，与塔内喷淋而下的MDEA溶液相互接触并发生发应，吸收天然气中的二氧化碳，吸收了二氧化碳的富液从吸收塔的底部流出，经过透平机回收压力能后依次进入到一级、二级闪蒸器中,最后到达汽提塔,解吸出来的二氧化碳与二级闪蒸出的二氧化碳汇合,MDEA进行再生循环
利用。
[0010](2)热钾碱溶液法；最为常用的有砷碱法W
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y和本菲尔德法(Benfield)。其二氧化碳捕集原理为:高浓度的碳酸钾水溶液在90～110℃温度及加压的条件下吸收二氧化碳生成碳酸氢钾,然后在对生成的碳酸氢钾减压下处理,会解吸出二氧化碳,并同时生成碳酸钾,使吸收液再生循环利用。
[0011](3)氨法；是最近几年收到关注并开发的。氨法与醇胺法有着相似二氧化碳捕集原理,氨与二氧化碳、水在一定温度下反应生成碳酸胺,当有过量的二氧化碳存在时,会继续发生反应生成碳酸氢胺。各化学吸收法优缺点比较如表1所述：
[0012]表1化学吸收法优缺点比较
[0013][0014][0015]3.物理化学吸收法；综合了物理吸收和化学吸收的方法,主要有砜
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胺法(Sulfinol)和常温甲醇法(Amisol法)，物理化学吸收法优缺点比较如表2所述。
[0016]表2物理化学吸收法优缺点比较
[0017][0018]4.吸附法；是基于气体或液体吸附质与吸附剂表面的活性点的分子间相互作用来实现的。在吸附过程中流动气体或液体中的1种以上成分被吸附在吸附剂表面由此实现成分的分离。
[0019]5.膜分离法；主要是在一定条件下，通过一些膜对气体渗透的选择性把二氧化碳与其他气体分开。其基本原理取决于二氧化碳气体和薄膜材料之间的化学或物理操作。
[0020]6.深冷分离法；也称为低温精馏法，根据气体成分不同分为不同液化温度，然后用精馏的方法分离各种成分。
[0021]7.生物法；主要利用藻类等生物的光合作用需要消耗二氧化碳的机制,从而达到碳捕集的效果，二氧化碳捕集方法优缺点比较如表3所述。
[0022]表3二氧化碳捕集方法优缺点比较
[0023][0024][0025]尿素最早由Ruelle在1773年发现，因其大量存在于哺乳动物的尿液中而得名，1828年德国Wohler首次实现了尿素的人工合成。目前，工业生产尿素的主要方法是以氨和二氧化碳为原料制备尿素。
[0026]1.氰氨化钙法；在硫酸作用下，氰氨化钙生成氰胺，然后与水反应生成尿素。
[0027]2.水溶液全循环法；该工艺合成塔反应温度为188℃、操作压力为19.6MPa、NH3/二氧化碳(物质的量比)为4.0，二氧化碳转化率约为64％。合成塔中的溶液流出后，经过中、低压分解和二段蒸发造粒得到尿素产品。
[0028]3.二氧化碳汽提法；二氧化碳汽提工艺流程主要包括高压圈和后处理工序，其中高压圈主要有尿素合成塔、高压洗涤器、高压喷射器、汽提塔和甲铵冷凝器；后处理工序主要有低压分解吸收系统、工艺冷凝液处理系统、尿液真空蒸发造粒系统。
[0029]4.氨汽提法；氨汽提法工艺主要由高压圈、中压分解系统、低压分解系统、中压吸收系统和真空蒸发系统构成。其中高压圈由尿素合成塔、甲铵喷射器、甲铵冷凝器、甲铵分离器和汽提塔组成；中压分解系统主要由中压分解分离器和中压分解加热器构成；中压吸收系统主要由中压吸收塔、尾气吸收塔、中压吸收塔外冷器和氨冷器组成；低压分解吸收系统主要包括二段冷凝器和分解器；真空蒸发系统则由冷凝和三段真空组成，真空蒸发后的尿液送去造粒。
技术实现思路
[0030]解决的技术问题：
[0031]针对现有技术的不足，本申请提供了一种二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺，解决了目前存在的对于二氧化碳捕集，物理吸收法：二氧化碳回收率较低，深冷分离法：二氧化碳浓度低，经济性差，能耗高，膜分离法：工艺不成熟，吸收效率也相对较低，对于尿素制备，氰氨化钙法：原料难以获得、有毒性、反应条件难以控制和经济不合理等原因，水溶液全循环法：成本较高，氨汽提法：投资高；烟气中二氧化碳捕集效率不高、对环境造成一定污染、对烟道气的资源化利用不够、反应速率低、耗能较大及成本较高等难题，本专利技术以氨乙基哌嗪(AEP)
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二正丁胺(DPA)为吸收剂进行火力发电厂烟道气中二氧化碳的捕集，并对其进行化学利用生产尿素，从而实现火本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺，其特征在于，包括二氧化碳捕集纯化装置和尿素制备生产线，其中二氧化碳捕集纯化装置包括脱碳引风机(1)、吸收塔(2)、气体分布器(3)、微旋流分离器A(4)、富液泵(5)、贫富液换热器(6)、贫液泵(7)、贫液冷却器(8)、吸收式热泵系统(9)、再沸器(10)、解吸塔(11)、二氧化碳冷却器(12)、微旋流分离器B(13)、冷却器(14)、闪蒸器(15)、压缩机(16)、过滤器(17)、脱硫塔(18)、分子筛(19)、冷凝器(20)、提纯塔(21)、过冷器(22)、二氧化碳储罐(23)、配液槽(24)、补水槽(25)、补液泵(26)、闪蒸塔(27)；二氧化碳捕集纯化装置的吸收塔(2)中吸收剂为摩尔比为3∶2的氨乙基哌嗪AEP
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二正丁胺DPA
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纳米颗粒相变分层吸收体系，吸收剂浓度为3.2
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3.5mol/L，其中1.8mol/LAEP
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1.2mol/LDPA，纳米颗粒CuO添加量0.2
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0.5mol/L，液气比为10L/m3，尿素制备生产线由二氧化碳缓冲罐(28)、二氧化碳压缩机(29)、尿素合成塔(30)、液氨储罐(31)、液氨缓冲罐(32)、一级分离塔(33)、二级分离塔(34)、闪蒸机(35)、蒸发浓缩机(36)、造粒机(37)、第二冷凝器(38)、一级吸收塔(39)、氨冷凝器(40)、氨回收罐(41)组成。2.根据权利要求1所述二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺，其特征在于：所述二氧化碳捕集纯化装置中二氧化碳捕集连续试验装置规模为300Nm3/d，通过720h的长周期连续运行模拟现场生产过程，对吸收液性能进行了评价并优化工艺运行参数。3.根据权利要求1所述二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤A，吸收塔、解吸塔实验流程：燃煤烟气经脱碳引风机(1)输送到吸收塔(2)底部，经气体分布器(3)均匀分布后上升，吸收液即贫液吸收二氧化碳后变为富液；步骤B，脱除二氧化碳后的尾气经吸收塔(2)顶部进入微旋流分离器A(4)，实现气液分离后排入大气；步骤C，富液通过富液泵(5)经贫富液换热器(6)进入吸收式热泵系统(9)加热，加热后经阀组调节5
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10％直接进入解吸塔(11)上部再生，60
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80％...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆诗建，刘玲，康国俊，陈思铭，杨菲，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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