一种从工业废气中回收二氧化碳的方法和系统

摘要

本发明提供了一种从工业废气中回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：步骤一：将工业废气经过脱硫处理并冷却至20‑30℃后与氨水在0.1‑3.0MPa下接触获得碳酸氢铵水溶液和尾气，将尾气进行脱盐水洗涤后排放；步骤二：将步骤一获得的碳酸氢铵水溶液加压至1.7‑3.0MPa后通入中压甲铵转化器与氨气接触获得中压甲铵溶液；步骤三：将所述中压甲铵溶液通入尿素生产装置，用于生产尿素。本发明还提供了一种从工业废气中回收CO2的系统。本发明的方法和系统以工业废气作为原料，利用工厂废氨水，将CO2回收并用于尿素生产。无需从外界引入原料，对废气进行了有效的再利用，反应过程简单、易操作，减少了废气CO2的排放，环境友好，而且达到了尿素增产的实际效益，具有良好的应用前景。

权利要求

1.一种工业废气处理系统，其特征在于，包括：

二氧化碳吸收塔(1)、尾气清洗器(2)、碳铵升压泵(3)、液力喷射泵(4)、中压甲铵转化器(5)；

其中，所述二氧化碳吸收塔(1)中设置有浮动填料(11)、废气入口(12)、尾气出口(13)、氨水进液口(14)、碳酸氢铵水溶液出口(15)，其中，所述浮动填料(11)为非金属空心球或实心球；

所述废气入口(12)设置于二氧化碳吸收塔(1)的下部，氨水进液口(14)设置于二氧化碳吸收塔(1)的上部，尾气出口(13)设置于二氧化碳吸收塔(1)的顶部并通过管路与设置于尾气清洗器(2)下部的尾气入口(21)连接；所述尾气清洗器(2)中还设置有洗涤水入口(22)、尾气排放口(23)和浮阀塔板(24)；

所述中压甲铵转化器(5)上部设置有碳酸氢铵入口(51)、下部设置有氨气入口(52)、中压甲铵溶液出口(53)；

所述碳酸氢铵水溶液出口(15)与碳铵升压泵(3)连接，所述碳铵升压泵(3)的另一端通过碳酸氢铵管路(8)与碳酸氢铵入口(51)连接；

所述系统还包括与中压甲铵溶液出口(53)连接的高压甲铵泵(6)、所述高压甲铵泵(6)的另一端与尿素合成系统连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氨气入口(52)通过氨气管路(9)与尿素精馏塔(7)连接。

说明书

一种从工业废气中回收二氧化碳的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及工业废气处理领域，具体涉及一种从工业废气中回收二氧化碳的方法和系统。

背景技术

[0002] 全球气候变暖已经成为人类面临的最大规模的环境问题，越来越受到世界各国政府和人民的关注。目前，减排和捕集温室气体是科技领域最活跃的攻关课题之一。CO2分离捕集技术一般包括溶剂吸收法、物理吸附法、膜分离法、低温分离法和O2/CO2循环燃烧法等。工业排放废气、锅炉烟气中CO2浓度低，大约5％～15％，CO2捕集回收困难，成本较高。

[0003] 现有的CO2扑集技术通常是利用对CO2吸收能力强，即溶解度大的物理或化学溶剂，在一定压力下吸收含碳废气中的CO2，含碳废液减压加热解析出CO2气，获得再生气。再生气可以单独加压去生产尿素。但是目前还没有适用于尿素工厂的便捷、节能的CO2回收方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种适合于尿素生产工厂应用的反应过程简便、节能的将工业废气中的二氧化碳回收利用的方法。

[0005] 本发明的第二个目的在于提供一种工业废气处理系统。

[0006] 为达到以上目的，本发明提供了一种从工业废气中回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤一：将工业废气经过脱硫处理并冷却至20-30℃后与氨水在0.1-3.0MPa下接触获得碳酸氢铵水溶液和尾气，将尾气进行脱盐水洗涤后排放；

[0008] 步骤二：将步骤一获得的碳酸氢铵水溶液加压至1.7-3.0MPa后通入中压甲铵转化器与氨气接触获得中压甲铵溶液；

[0009] 步骤三：将所述中压甲铵溶液通入尿素生产装置，用于生产尿素。

[0010] 可选的，所述工业废气为尿素生产过程中产生的废气，其中，二氧化碳的含量为5-15％。

[0011] 可选的，步骤二中所述氨气为尿素生产过程中分离自精馏塔的含氨气工艺气。

[0012] 本发明提供了一种工业废气处理系统，包括：

[0013] 二氧化碳吸收塔(1)、尾气清洗器(2)、碳铵升压泵(3)、液力喷射泵(4)、中压甲铵转化器(5)。

[0014] 可选的，所述二氧化碳吸收塔(1)中设置有浮动填料(11)、废气入口(12)、尾气出口(13)、氨水进液口(14)、碳酸氢铵水溶液出口(15)，其中，所述浮动填料(11)为非金属空心球或实心球。

[0015] 可选的，所述废气入口(12)设置于二氧化碳吸收塔(1)的下部，氨水进液口(14)设置于二氧化碳吸收塔(1)的上部，尾气出口(13)设置于二氧化碳吸收塔(1)的顶部并通过管路与设置于尾气清洗器(2)下部的尾气入口(21)连接；所述尾气清洗器(2)中还设置有洗涤水入口(22)、尾气排放口(23)和浮阀塔板(24)。

[0016] 可选的，所述中压甲铵转化器(5)上部设置有碳酸氢铵液入口(51)、下部设置有氨气入口(52)、中压甲铵溶液出口(53)。

[0017] 可选的，所述碳酸氢铵水溶液出口(15)与碳铵升压泵(3)连接，所述碳铵升压泵(3)的另一端通过碳酸氢铵管路(8)与碳酸氢铵入口(51)连接。

[0018] 可选的，所述系统还包括与中压甲铵溶液出口(53)连接的高压甲铵泵(6)、所述高压甲铵泵(6)的另一端与尿素合成系统连接。

[0019] 可选的，所述氨气入口(52)通过氨气管路(9)与尿素精馏塔(7)连接。

[0020] 本发明所提供的方法以含5％～15％CO2的工业废气作为起始原料，利用工厂废氨水，将CO2回收并用于尿素生产，避免了现有的回收方法中存在的CO2的封存问题。该方法无需从外界引入原料，对废气进行了有效的再利用。本发明回收的工艺涉及的反应过程简单、易操作，减少了废气CO2的排放，环境友好，而且达到了尿素增产的实际效益，具有良好的应用前景。

附图说明

[0021] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0022] 图1是本发明所述系统的结构示意图；

[0023] 附图标记说明：

[0024] 1：二氧化碳吸收塔；11：浮动填料；12：废气入口；13：尾气出口；14：氨水进液口；15：碳酸氢铵水溶液出口；

[0025] 2：尾气清洗器；21:尾气入口；22：洗涤水入口；23：尾气排放口；24：浮阀塔板；25：氨水返回管路；

[0026] 3：碳铵升压泵；4：液力喷射泵；

[0027] 5：中压甲铵转化器；51：碳酸氢氨入口；52：氨气入口；

[0028] 53：中压甲铵溶液出口；54：冷却系统；55：气相出口；

[0029] 6：高压甲铵泵；7：尿素精馏塔；

[0030] 8：碳酸氢铵管路；81：中压碳铵返回喷射器；

[0031] 9：氨气管路。

具体实施方式

[0032] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0033] 本发明提供了一种从工业废气中回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：

[0034] 步骤一：将工业废气经过脱硫处理并冷却至20-30℃后与氨水在0.1-3.0MPa下接触获得碳酸氢铵水溶液和尾气，将尾气进行脱盐水洗涤后排放；

[0035] 步骤二：将步骤一获得的碳酸氢铵水溶液加压至1.7-3.0MPa后通入中压甲铵转化器与氨气接触获得中压甲铵溶液；

[0036] 步骤三：将所述中压甲铵溶液通入尿素生产装置，用于生产尿素。

[0037] 优选的，步骤一中接触的条件为22-28℃，0.2-2.0MPa。

[0038] 其中，在步骤一中，相对于每立方米的工业废气，氨水的用量为1-5升。

[0039] 在本发明所提供的方法中，所述工业废气为含有二氧化碳的工业废气，二氧化碳的含量可以为5-15％(体积百分含量)。优选的情况下，所述工业废气为尿素生产过程中产生的废气，其中，二氧化碳的含量为5-15％(体积百分含量)。

[0040] 本发明所提供的方法对于将工业废气进行脱硫处理的方法没有特别的要求，只要能够将废气中的硫含量脱至5ppmv以下即可，例如可以采用氧化铁脱硫剂或活性炭脱硫方法。

[0041] 其中，所述氨水的浓度可以为5-25％(质量百分含量)，优选的情况下，为了获得更好的工业废弃物处理利用效果，所述氨水可以为含氨废水，例如可以为收集自褐煤(或烟煤)固定床加压气化排出的含氨废水。

[0042] 其中，相对于每立方米的工业废气，氨水的用量为1-5升。工业废气的通入速度视回收的含氨废水的量及氨浓度而定。

[0043] 其中，所述尾气中氨气含量小于18mg/Nm3达到大气排放标准。

[0044] 所述碳酸氢铵水溶液的浓度为20-80克/升。

[0045] 本发明所提供的方法对于对尾气进行清洗的方法没有特别的限制，例如可以采用氧化铁脱硫剂或活性炭脱硫方法。

[0046] 可选的，步骤二中所述氨气为尿素生产过程中分离自精馏塔的含氨气工艺气的量没要求，只要使得通入的NH3经反应后，得到的甲胺溶液浓度达标即可。

[0047] 步骤二中接触的温度条件为20-30℃。碳酸氢铵的通入速度可以根据回收的含氨废水的量及氨浓度进行调整。

[0048] 在步骤三中，将中压甲铵溶液通入尿素生产系统中用于后续生产尿素，所述中压甲铵溶液的浓度为60-80％(质量百分含量)。

[0049] 如图1所示，本发明的工业废气处理系统，包括：

[0050] 二氧化碳吸收塔1、尾气清洗器2、碳铵升压泵3、液力喷射泵4、中压甲铵转化器5。

[0051] 其中，所述二氧化碳吸收塔1中设置有浮动填料11、废气入口12、尾气出口13、氨水进液口14、碳酸氢铵水溶液出口15，其中，所述浮动填料11为非金属空心球或实心球。

[0052] 其中，所述浮动填料11的作用在于在塔顶喷淋的氨水重力作用以及塔底上升气流的推力作用下，通过填料内件不断浮动，使气液两相更充分的接触，提高CO2吸收效率与除尘效率。

[0053] 所述废气入口12设置于二氧化碳吸收塔1的下部，氨水进液口14设置于二氧化碳吸收塔1的上部，尾气出口13设置于二氧化碳吸收塔1的顶部并通过管路与设置于尾气清洗器2下部的尾气入口21连接。所述尾气清洗器2中还设置有洗涤水入口22、尾气排放口23和浮阀塔板24，浮阀塔板的数量没有特别的限制，可以为单层，浮阀塔板的结构可以按照不同气量负荷进行调整。

[0054] 在本发明的一种实施方式中，脱硫后的工业废气通过液力喷射泵4经废气入口12进入二氧化碳吸收塔1，气体向上流动通过浮动填料11的作用与经由氨水进液口14输入的氨水逆流接触，进行传质反应，尾气通过尾气出口13经管路和尾气入口21进入尾气清洗器2，碳酸氢铵水溶液经碳酸氢铵水溶液出口15运输至碳铵升压泵3。在尾气清洗器中，利用经洗涤水入口22进入的洗涤水对尾气进行清洗，清洗后的尾气通过尾气排放口23排出。二氧化碳吸收塔1和尾气清洗器2之间还可以设置有氨水返回管路25，用于将在清洗器2中经脱盐水清洗后得到的氨水返回二氧化碳吸收塔1进行再利用。

[0055] 碳铵升压泵3的作用是使二氧化碳吸收塔1生成的碳酸氢铵水溶液升压至1.7-3.0Mpa后经碳酸氢铵管路8进入中压甲铵转化器。所述碳酸氢铵管路8还可以通过中压碳铵返回喷射器81与液力喷射泵4连接，用来提供烟气进入吸收塔的动力来源。

[0056] 其中，所述中压甲铵转化器5上部设置有碳酸氢铵入口51、下部设置有氨气入口52、中压甲铵溶液出口53。所述碳酸氢铵水溶液出口15与碳铵升压泵3连接，所述碳铵升压泵3的另一端通过碳酸氢铵管路8与碳酸氢铵入口51连接。中压甲铵转化器5中还设置有冷却系统54。

[0057] 在本发明的一种实施方式中，所述碳铵升压泵将碳酸氢铵水溶液加压后经由碳酸氢铵管路8进入中压甲铵转化器5与氨气接触，接触后获得的中压甲铵溶液通过中压甲铵溶液出口53排出，中压甲铵转化器5中的剩余气体通过气相出口55排出，排出的剩余气体去低压吸收系统进行吸收，所述低压吸收系统为尿素生产领域中用于回收处理来自尿素精馏塔的气体的装置，为尿素生产领域的常规装置。

[0058] 在本发明的一种实施方式中，所述系统还包括与中压甲铵溶液出口53连接的高压甲铵泵6、所述高压甲铵泵6的另一端与尿素合成系统连接，中压甲铵溶液通过高压甲铵泵6加压后去尿素合成系统用于尿素生产。

[0059] 在本发明的一种实施方式中，所述氨气入口52通过氨气管路9与尿素精馏塔7连接，用于将来自尿素精馏塔7的氨气输入中压甲铵转化器5。

[0060] 下面将通过具体实施方式对本发明进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

[0061] 实施例1

[0062] 尿素工厂中经活性炭方法脱硫后的动力锅炉烟气(CO2含量为10％)，在温度为25℃，压力为0.15MPa下经液力喷射泵4和废气入口12进入二氧化碳吸收塔1，气体向上流动通过浮动填料11(聚丙烯空心球)的作用与经由氨水进液口14输入的废氨水(氨水浓度为15％，相对于每立方米的动力锅炉烟气，废氨水的用量为2.5升)逆流接触，进行传质反应，尾气通过尾气出口13经管路和尾气入口21进入尾气清洗器2，碳酸氢铵水溶液(浓度为80g/L)经碳酸氢铵水溶液出口15运输至碳铵升压泵3。

[0063] 在尾气清洗器中，利用经洗涤水入口22进入的洗涤水(脱盐水)对尾气进行清洗，清洗后的尾气通过尾气排放口23排出进入大气，清洗后的尾气中NH3含量小于18mg/Nm3，CO2含量小于2％。

[0064] 二氧化碳吸收塔生成的碳酸氢铵水溶液经碳铵升压泵3，升压至2.0MPa，经由碳酸氢铵管路8进入中压甲铵转化器5，在25℃下与来自尿素精馏塔7的含氨混合气(含氨混合气通过氨气管路9和氨气入口52进入中压甲铵转化器)进行接触转化反应，生成中压甲铵溶液；然后将所得中压甲铵溶液从中压甲铵溶液出口53输出经尿素装置中高压甲铵泵6加压，返回尿素合成系统生成尿素，完成处理过程。

[0065] 实施例2

[0066] 尿素工厂中经活性炭方法脱硫后的动力锅炉烟气(CO2含量为15％)，在温度为30℃，压力为3MPa下经液力喷射泵4和废气入口12进入二氧化碳吸收塔1，气体向上流动通过浮动填料11(聚丙烯空心球)的作用与经由氨水进液口14输入的废氨水(氨水浓度为25％，相对于每立方米动力锅炉烟气，废氨水的用量为1升)逆流接触，进行传质反应，尾气通过尾气出口13经管路和尾气入口21进入尾气清洗器2，碳酸氢铵水溶液(浓度为20g/L)经碳酸氢铵水溶液出口15运输至碳铵升压泵3。

[0067] 在尾气清洗器中，利用经洗涤水入口22进入的洗涤水(脱盐水)对尾气进行清洗，3
清洗后的尾气通过尾气排放口23排出进入大气，清洗后的尾气中NH3含量小于18mg/Nm ，CO2含量小于3％。

[0068] 二氧化碳吸收塔生成的碳酸氢铵水溶液经碳铵升压泵3，升压至3.0MPa，经由碳酸氢铵管路8进入中压甲铵转化器5，在25℃下与来自尿素精馏塔7的含氨混合气(含氨混合气通过氨气管路9和氨气入口52进入中压甲铵转化器)进行接触转化反应，生成中压甲铵溶液；然后将所得中压甲铵溶液从中压甲铵溶液出口53输出经尿素装置中高压甲铵泵6加压，返回尿素合成系统生成尿素，完成处理过程。

[0069] 实施例3

[0070] 尿素工厂中经活性炭方法脱硫后的动力锅炉烟气(CO2含量为5％)，在温度为20℃，压力为1.5MPa下经液力喷射泵4和废气入口12进入二氧化碳吸收塔1，气体向上流动通过浮动填料11(聚丙烯空心球)的作用与经由氨水进液口14输入的废氨水(氨水浓度为5％，相对于每立方米动力锅炉烟气，废氨水的用量为5升)逆流接触，进行传质反应，尾气通过尾气出口13经管路和尾气入口21进入尾气清洗器2，碳酸氢铵水溶液(浓度为40g/L)经碳酸氢铵水溶液出口15运输至碳铵升压泵3。

[0071] 在尾气清洗器中，利用经洗涤水入口22进入的洗涤水(脱盐水)对尾气进行清洗，清洗后的尾气通过尾气排放口23排出进入大气，清洗后的尾气中NH3含量小于18mg/Nm3，CO2含量小于3％。

[0072] 二氧化碳吸收塔生成的碳酸氢铵水溶液经碳铵升压泵3，升压至1.7MPa，经由碳酸氢铵管路8进入中压甲铵转化器5，在25℃下与来自尿素精馏塔7的含氨混合气(含氨混合气通过氨气管路9和氨气入口52进入中压甲铵转化器)进行接触转化反应，生成中压甲铵溶液；然后将所得中压甲铵溶液从中压甲铵溶液出口53输出经尿素装置中高压甲铵泵6加压，返回尿素合成系统生成尿素，完成处理过程。

[0073] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。