二氧化碳吸收之ECO2技術
最近幾年,用氨水洗滌煙道氣脫除CO2 的技術得到了世界范圍的關注。美國Powerspan公司開發了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公司正在開發和驗證Powerspan公司基于氨水的CO2 捕集技術,下一步將把該技術商業化應用于燃煤電廠。
1 ECO2 技術吸收CO2 的原理
由于電廠煙氣中CO2 含量高達16% ,這樣,脫除過程所需的氨氣濃度必然會很高,而氨氣的爆炸極限是15% ～28% ,若設計不合理,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,總反應如式下:
CO2 + NH3 + H2O → NH4HCO3 (2)
實際反應比較復雜,可視為分步反應,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 工藝流程見圖2。
3 ECO2 技術的優點
NETL等的研究表明,傳統的MEA工藝CO2 負荷能力低,設備腐蝕率高,胺類會被其他煙氣成分降解,吸收劑再生時能耗高。而氨水吸收CO2 有較高的負荷能力,無腐蝕問題,在煙氣環境下不會降解,可使吸收劑補充量降到最小,再生所需能量很少,運行成本遠低于MEA法。NETL 對ECO2 和MEA兩種工藝進行了比較,ECO2 工藝的優點是蒸汽負荷小、產生較濃的CO2 攜帶物、較低的化學品成本、副產品可供銷售,可實現多污染物控制。
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95% ～ 99% , 甚至100%, 而常規的MEA 法僅為90%左右; 氨水脫碳的副產品為NH4HCO3 ,可作為肥料使用;其熱穩定性較差,熱解可得到氨水和CO2 ,氨水可循環使用, CO2 可作為工業原料。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,氨水溶液遠優于MEA 溶液。
研究表明, 脫除煙氣中的CO2 時, 氨水優于MEA溶液主要表現在:氨水吸收CO2 的反應不是純放熱反應;每千克氨可吸收高達1. 0 kg以上的CO2 ;氨水易于再生、可得到高純度的CO2 ; 副產品NH4HCO3 是氮肥,具有一定的經濟價值。同時,因為許多電廠用氨水來脫除NOx , 所以該法占用設備及場地很少,十分經濟。
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