二氧化碳吸收之ECO2技術(shù)
最近幾年,用氨水洗滌煙道氣脫除CO2 的技術(shù)得到了世界范圍的關(guān)注。美國(guó)Powerspan公司開(kāi)發(fā)了ECO2 捕集工藝, 可用氨水捕集電廠煙氣中的CO2。BP替代能源公司與Powerspan公司正在開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證Powerspan公司基于氨水的CO2 捕集技術(shù),下一步將把該技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用于燃煤電廠。
1 ECO2 技術(shù)吸收CO2 的原理
由于電廠煙氣中CO2 含量高達(dá)16% ,這樣,脫除過(guò)程所需的氨氣濃度必然會(huì)很高,而氨氣的爆炸極限是15% ～28% ,若設(shè)計(jì)不合理,則很容易引起爆炸,因此不推薦采用干法脫碳。一般都采用氨水噴淋的方法,總反應(yīng)如式下:
CO2 + NH3 + H2O → NH4HCO3 (2)
實(shí)際反應(yīng)比較復(fù)雜,可視為分步反應(yīng),首先生成NH2COONH4 :
CO2 + NH3 → NH2COONH4 (3)
NH2COONH4 + H2O → NH4HCO3 + NH3 (4)
NH3 + H2O → NH4OH (5)
NH4HCO3 +NH4OH → (NH4)2CO3 +H2O (6)
(NH4)2CO3 +CO2 +H2O → 2NH4HCO3 (7)
2 ECO2 工藝流程
ECO2 工藝流程見(jiàn)圖2。
3 ECO2 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
NETL等的研究表明,傳統(tǒng)的MEA工藝CO2 負(fù)荷能力低,設(shè)備腐蝕率高,胺類會(huì)被其他煙氣成分降解,吸收劑再生時(shí)能耗高。而氨水吸收CO2 有較高的負(fù)荷能力,無(wú)腐蝕問(wèn)題,在煙氣環(huán)境下不會(huì)降解,可使吸收劑補(bǔ)充量降到最小,再生所需能量很少,運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于MEA法。NETL 對(duì)ECO2 和MEA兩種工藝進(jìn)行了比較,ECO2 工藝的優(yōu)點(diǎn)是蒸汽負(fù)荷小、產(chǎn)生較濃的CO2 攜帶物、較低的化學(xué)品成本、副產(chǎn)品可供銷售,可實(shí)現(xiàn)多污染物控制。
在ECO2 工藝中,煙氣中的CO2 被氨水洗滌形成二碳酸銨鹽,得到的NH4HCO3 溶液可被熱法再生,釋放出CO2 和NH3。NH3 被分離并返回洗滌器,得到的濃縮CO2 流尤其適合于回收。用氨水脫碳效率可達(dá)95% ～ 99% , 甚至100%, 而常規(guī)的MEA 法僅為90%左右; 氨水脫碳的副產(chǎn)品為NH4HCO3 ,可作為肥料使用;其熱穩(wěn)定性較差,熱解可得到氨水和CO2 ,氨水可循環(huán)使用, CO2 可作為工業(yè)原料。從吸收能力看,氨水溶液為MEA 溶液的2. 4～3. 2倍,而成本僅為MEA 溶液的1 /6。因此,氨水溶液遠(yuǎn)優(yōu)于MEA 溶液。
研究表明, 脫除煙氣中的CO2 時(shí), 氨水優(yōu)于MEA溶液主要表現(xiàn)在:氨水吸收CO2 的反應(yīng)不是純放熱反應(yīng);每千克氨可吸收高達(dá)1. 0 kg以上的CO2 ;氨水易于再生、可得到高純度的CO2 ; 副產(chǎn)品NH4HCO3 是氮肥,具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí),因?yàn)樵S多電廠用氨水來(lái)脫除NOx , 所以該法占用設(shè)備及場(chǎng)地很少,十分經(jīng)濟(jì)。
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