煤化工二氧化碳捕集再利用工艺的制作方法

1.本发明涉及节能环保工艺技术领域，具体涉及一种煤化工二氧化碳捕集再利用工艺。


背景技术：

2.煤化工产业作为碳排放大户，对于二氧化碳的主要排放方式是烟气直接排放，这就造成大量二氧化碳排入大气，在全面推行“碳中和、碳达峰”的背景下，这种排放方式的隐患受到极大关注。如何从根本上解决二氧化碳的利用，变废为宝是一大趋势。
3.目前，国内干熄焦技术是采用低温惰性气体（氮气）作为干循环气进行熄焦降温，并将热量转移至锅炉系统进行余热发电。氮气具有不燃烧也不支持燃烧、价格低廉等优点，作为换热介质在系统内循环使用。由于此技术要求循环气中可燃成分在可控范围内，从而需持续排放出部分循环气，并补充部分新鲜氮气，排放出的气体含一定量的一氧化碳，无法回收，不仅是一种资源的浪费，还对排放的外界造成安全隐患。此外，干熄焦循环气中还含有一定量的焦粉，通过一次、二次及地面站除尘系统进行回收，回收后的焦粉因密度及粒径较小，直接销售市场价值较小。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出了一种煤化工二氧化碳捕集再利用工艺，旨在对煤化工产业排放的二氧化碳进行再利用，并对现有干熄焦技术进行改进，降低一氧化碳排放的安全隐患，并将捕集的焦粉进行加以良好处理与应用。
5.本发明是采用以下的技术方案实现的：一种煤化工二氧化碳捕集再利用工艺，所述工艺通过节能回收系统实施，所述节能回收系统包括收集净化处理二氧化碳用的二氧化碳回收处理装置、发生干熄焦反应的干熄炉发生装置、与干熄炉发生装置连接用于多级除尘的干熄炉除尘装置、余热收集装置和等离子体反应器；所述工艺包括以下步骤：s1：焦炉烟气分离处理，将焦炉烟气通过二氧化碳回收处理装置得到二氧化碳气体；s2：二氧化碳利用，将s1得到的二氧化碳气体一部分通入干熄炉发生装置作为冷却循环气进行使用，另一部分与干熄炉除尘装置拦截下来的高温焦粉一起通入等离子体反应器中；s3：二氧化碳循环，通过干熄炉发生装置的二氧化碳气体经干熄炉除尘装置除尘后通入余热收集装置进行余热回收，一部分循环通入干熄炉发生装置中，另一部分循环通入等离子体反应器中；s4：气体净化分离，经过等离子体反应器处理后的气体通过净化分离出一氧化碳和二氧化碳，二氧化碳循环通入干熄炉发生装置中重复利用，一氧化碳回收使用。
6.进一步地，所述二氧化碳回收处理装置具体包括加压风机、除尘系统、化学分离系统和净化系统。
7.进一步地，所述化学分离系统包括化学吸附分离系统、吸收塔和解析塔。
8.进一步地，所述净化系统采用硅基分子筛吸附剂。
9.进一步地，所述化学分离系统所使用的溶剂为碳酸钾或乙醇胺。
10.进一步地，所述s2和s3中焦粉和二氧化碳经气力输灰装置通入等离子体反应器中。
11.进一步地，所述等离子体反应装置的反应温度为900-950℃。
12.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1. 本发明采用分离净化技术从焦炉烟气中得到二氧化碳气体，将废气中的二氧化碳进行利用。
13.2. 本发明利用提纯后的二氧化碳替代现有干熄焦技术的氮气作为冷却循环气，颠覆了现有技术干熄焦技术循环气使用氮气的理念，另一方面使用废气中的二氧化碳作为气源，并将难销售利用价值低的焦粉进行高价值转化，真正从根本上实现了二氧化碳的再次利用，变废为宝。
14.3. 本发明所使用的二氧化碳循环气首先与干熄焦发生装置中的高温焦炭及一次除尘器中的焦粉发生反应，在温度为800-1100℃下转化为一氧化碳，然后输送干熄焦反应所产粉尘即焦粉（焦粉来自一次除尘器、二次除尘器及地面除尘装置）及60%以上循环气输送至等离子体反应器中，二氧化碳及焦粉在等离子体反应器高温（900-950℃）条件下，进一步转化为一氧化碳，转化率可达90%以上，将循环气进行得到一氧化碳，为后续产业链提供一氧化碳制备原料，分离出的二氧化碳则返回至干熄焦发生装置作为循环气及输送焦粉至等离子体反应器的用气使用，实现二氧化碳的充分利用。
附图说明
15.图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
16.为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
17.本发明所述的一种煤化工二氧化碳捕集再利用工艺，所述工艺通过节能回收系统实施，所述节能回收系统包括依次通过管道连接的二氧化碳回收处理装置、干熄炉发生装置、干熄炉除尘装置、余热收集装置和等离子体反应器；二氧化碳回收处理装置用于从焦炉烟气中收集二氧化碳，并对二氧化碳进行净化提纯处理；干熄炉发生装置是发生干熄焦反应的干熄焦罐；干熄炉除尘装置与干熄炉发生装置连接，为多级除尘，一般可分为一次除尘器、二次除尘器及地面除尘装置，循环气经干熄炉除尘装置进行除尘后再通入余热收集装置，避免粉尘对余热收集装置（一般为余热锅炉）具有较大的冲刷力，对余热回收造成影响；等离子体反应器，用于二氧化碳及焦粉在等离子体高温条件下转化为一氧化碳。
18.如图1所示，所述工艺包括以下步骤：s1：焦炉烟气分离处理，将焦炉烟气通过二氧化碳回收处理装置得到净化后的二
氧化碳气体。
19.s2：二氧化碳利用，将s1得到的二氧化碳气体一部分通入干熄炉发生装置作为冷却循环气进行使用，另一部分直接与干熄炉除尘装置拦截下来的高温焦粉一起通入等离子体反应器中，发生高温反应，转化为一氧化碳。
20.s3：二氧化碳循环，通过干熄炉发生装置的二氧化碳气体经干熄炉除尘装置除尘后通入余热收集装置，进行余热回收，经余热回收后的二氧化碳气体一部分循环通入干熄炉发生装置中，另一部分循环通入等离子体反应器中，与干熄炉除尘装置拦截下来的高温焦粉发生高温反应，转化为一氧化碳。
21.s4：气体净化分离，经过等离子体反应器处理后的气体通过净化分离出一氧化碳和二氧化碳，二氧化碳循环通入干熄炉发生装置中重复利用，一氧化碳回收使用。
22.焦炉烟气为煤化工产业燃料燃烧产生的废气。
23.等离子体反应是通过低气压下的辉光放电或高频放电，产生等离子体，自由电子从电场中获得足够的能量之后，跟气体中的原子或分子碰撞，使其激发或电离，由此产生的激发态分子、离子、自由基都具有较高的化学活性，可发生在一般条件下无法进行的化学反应，本发明利用高温等离子体反应，使二氧化碳与干熄炉除尘装置拦截下来的高温焦粉发生高温反应，生成一氧化碳，提高二氧化碳转化率，并将一氧化碳与焦炉气进行反应从而有效避免一氧化碳排放的安全隐患。
24.本发明利用提纯后的二氧化碳替代现有氮气作为干熄焦冷却循环气，二氧化碳在循环冷却的过程中，可与干熄炉发生装置中的高温焦炭及干熄炉除尘装置（一般为一级除尘器）中的焦粉发生反应，在温度为800-1100℃下，反应转化为一氧化碳，实现变废为宝的化学反应，可以加速冷却，使用二氧化碳作为循环其的干熄焦技术由原来5小时的熄焦时间加速至4小时，显著提升熄焦反应发生效率。
25.本发明优选地，所述s2和s3中焦粉和二氧化碳经气力输灰装置通入等离子体反应器中。所述气力输灰装置结构简单，操作方便，可作水平的、垂直的或倾斜方向的输送，在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、干燥和气流分级等操作。
26.本发明优选地，所述等离子体反应装置的反应温度为900-950℃，可显著提高二氧化碳的转化率至90%，真正实现变废为宝。
27.本发明所述二氧化碳回收处理装置具体包括加压风机、除尘系统、化学分离系统和净化系统。
28.加压风机用于稳定输送焦炉烟气，除尘系统用于对焦炉烟气进行前置的简单除尘。
29.化学分离系统包括化学吸附分离系统、吸收塔和解析塔，吸收塔的作用是吸收烟气中的二氧化碳，解析塔的作用是解析吸收后富液中的二氧化碳气体。化学分离系统基于变温变压吸附脱附或酸碱类的化学吸收原理，所使用的溶剂一般为碳酸钾或乙醇胺。
30.使用碳酸钾对于二氧化碳进行吸附，所采用的为热钾碱法，是脱除烟气中二氧化碳的方法之一。使用热碳酸钾溶液吸收气体中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的热碳酸钾碱溶液，通过减压及加热进行再生。
31.乙醇胺溶液是一种具有弱碱性的有机化合物，能吸收酸性气体二氧化碳，二氧化碳在醇胺水溶液中的吸收过程是分子扩散和综合过程，吸收后乙醇胺经加热再生，可释放
二氧化碳后进行重新利用。利用乙醇胺进行化学吸附，化学反应活性好，吸收二氧化碳速度快，在低压状态下用有机胺脱除二氧化碳具有较高的活化性和良好的经济性。醇胺吸收法回收二氧化碳的典型流程为，焦炉烟气由风机送入吸收塔，其中大部分的二氧化碳被溶液吸收，尾气经洗涤后由塔顶排入大气，吸收二氧化碳后的富液由塔底经泵送至解析塔进行再生，再生出的二氧化碳连同水蒸气经冷凝和冷却后分离除去水分，即可到高纯度的二氧化碳气体，进入后续工序。
32.净化系统采用的是分子筛吸附剂，一般为硅基分子筛吸附剂，用于去除二氧化碳气体的杂质，如硫化物、有机物、焦油、萘、酚等物质。
33.本发明提供的一个实施例的煤化工二氧化碳捕集再利用工艺的工作原理是：采用化学吸附分离技术从焦炉烟气中得到二氧化碳气体，利用提纯后的二氧化碳替代现有氮气作为干熄焦技术的循环气，循环气与干熄焦发生装置中的高温焦炭及一次除尘器中的焦粉发生反应，在温度为800-1100℃下将二氧化碳转化为一氧化碳，从循环气中分离提纯一氧化碳，二氧化碳气体输送干熄焦反应所产粉尘即焦粉（焦粉来自一次除尘器、二次除尘器及地面除尘装置）及60%以上循环气输送至等离子体反应器中（其余循环气循环通入干熄焦发生装置用于干熄焦反应的冷却气使用），二氧化碳及焦粉在等离子体反应器高温（900-950℃）条件下，转化为一氧化碳，转化率可达90%以上，分离循环气得到一氧化碳，为后续产业链提供一氧化碳制备原料。提取的一氧化碳和氢气与焦炉气（即煤气）混合后直接可得到碳氢比1:4的合成气。该工艺颠覆了原来干熄焦循环气使用氮气的理念，另一方面使用废气中的二氧化碳作为气源，并将难销售利用价值低的焦粉进行高价值转化，真正从根本上实现了二氧化碳的再次利用，变废为宝。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.以上仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。