燃煤鍋爐煙氣中二氧化碳回收工藝

劉 然

（河北正元化工工程設計有限公司，河北石家莊 050061）

二氧化碳是形成溫室效應的主要氣體，其過度排放造成的氣候變暖、冰川的融化、海平的面升高等一系列問題已經嚴重影響了人們的生產和生活。近年來隨著石油、化工行業迅速的發展，裝置產能的不斷擴大，我國二氧化碳排放量逐年增長，數據顯示，我國2010年二氧化碳排放量為0.248 6億t，2018年二氧化碳排放量迅速增長至94.287 1億t，增長率為37 827%。在2020年氣候雄心峰會上，習近平主席指出，到2030年我國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上。

在2018年我國主要行業二氧化碳排放占比情況中，火力發電占43%，為碳排放最大單一來源。火力發電（含其他燃煤鍋爐）排放煙氣中二氧化碳的碳捕集和回收技術將是降低碳排放強度的重要技術路徑之一。

我國火力發電廠和其他燃煤鍋爐煙氣經干法脫硫或濕法脫硫達標后直接排放至大氣中，煙氣中仍含有11%～14%的CO2。根據不同脫硫方法，煙氣中CO2含量有所不同，一般采用濕法脫硫吸收SO2過程中會吸收一部分CO2，故濕法脫硫煙氣中CO2含量比干法脫硫低1%～3%。這部分CO2含量非常的巨大，這部分CO2的回收再利用不僅能降低CO2排放總量，降低碳排放強度，改善周邊環境，同時還能產生一定的經濟效益。

二氧化碳的用途十分廣泛，廣泛應用于化工、石油開采、采煤運煤、食品等行業。不同行業的應用對二氧化碳純度的要求不同，應用于食品行業的二氧化碳純度必須達到《食品添加劑液體二氧化碳》標準。主要用于食品或果蔬的儲存、飲料的增壓和起泡等。隨著啤酒、飲料行業的不斷發展壯大，裝置產能的不斷提升，對液體二氧化碳需求量也在逐年增長，由此可見食品級液體二氧化碳具有十分廣闊的市場前景。

1 二氧化碳回收工藝技術

該工藝流程具有流程短、設備少、運行穩定、性能可靠、經驗成熟等特點，非常適合一些將二氧化碳作為廢氣直接排放的企業，如火力發電廠、供熱鍋爐、石油化工企業自備電廠、自備燃煤鍋爐的其他企業等。

以某熱電廠年產10萬t食品級液體二氧化碳為例介紹CO2回收工藝。CO2回收單元正常處理煙氣量54 000m3/h，回收二氧化碳7 200m3/h，生產負荷為額定生產能力的70%-130%，年操作時間7 920h。

1.1 煙氣溫度及組成

煙氣溫度55℃，煙氣組成見表1。

表1 煙氣組成

產品液體二氧化碳達到GB10621—2006《食品添加劑液體二氧化碳》標準。

1.2 工藝技術方案

（1）CO2捕集回收流程

目前，CO2捕集回收多采用MEA和MDEA法，其中MEA法更適合較低壓力、低濃度的、硫化氫分壓小的氣源。MEA法工藝流程簡單、占地小、設備投資少，非常適合改造項目。

煙道氣經羅茨風機C5401增壓后進入吸收塔T5401，CO2吸收采用貧液工藝，吸收塔采用2段吸收，1段洗滌，1段吸附回收CO2和回收煙氣夾帶的MEA、活化劑。吸收塔頂底的富液經富液增壓泵P5401增壓后進入貧富液換熱器E5402升溫后進入CO2解析塔T5402。CO2解析塔再沸器E5403以0.5～0.6MPa低壓蒸汽為CO2解析塔提供熱量。CO2解析塔頂的CO2-H2O蒸汽經CO2水冷器E5404降溫，降溫介質為循環水，經CO2氣液分離器V5401分離凝液后得到純凈CO2，CO2解析塔底貧液經貧富液換熱器降溫后再經貧液增壓泵P5402增壓，返回吸收塔循環使用。吸收塔頂氣體返回煙囪高空排放。流程見圖1。

圖1 CO2捕集回收流程圖

（2）CO2液化、精制流程

純凈的CO2氣經二氧化碳壓縮機C5402增壓后進入脫硫塔T5403除去原料氣中少量的含硫物質等雜質，脫硫后的CO2進入預冷器E5405預冷，與塔頂冷凝器E5407出口的不凝氣進行冷量交換。預冷后的CO2進入干燥器T5404進行干燥，除去CO2氣中攜帶的少量水分，然后進入主液化器E5406進行液化，主液化器由氟利昂提供冷量，液體二氧化碳進入精餾塔T5405精餾，液體二氧化碳從精餾塔底部經深冷器T5409深冷后送至液體二氧化碳儲罐。塔頂不凝氣經塔頂冷凝器E5407再次冷凝回收部分二氧化碳，不凝氣經預冷器與CO2冷量交換后返回二氧化碳壓縮機入口循環利用。流程見圖2。

圖2 CO2液化、精制流程圖

（3）制冷系統流程

制冷工藝采用氟利昂制冷工藝，氟利昂（R134a）是一種新型制冷劑，標準蒸發溫度為-26.5℃，在常溫下冷凝壓力一般為0.7～0.8MPa，R134a在-25℃蒸發38℃冷凝時制冷系數為1.88。R134a為透明、無味、無毒、不易燃燒、爆炸和化學性穩定的制冷劑，臭氧層破壞系數為“0”，為環保制冷劑，R134a在危險化學品分類中為戊類危險品。

本項目采用氟利昂（R134a）制冷工藝，既可以降低危險性，同時也可以達到環保要求。

1.3 工藝流程簡圖

1.4 主要原輔材料消耗

主要原輔材料消耗見表2。

表2 主要原輔材料消耗

續表

2 經濟性分析

年產10萬t食品級液體二氧化碳產品項目總投資約3 620萬元，其中包括設備費、安裝費、土建費和其他費用。運營費用的測算范圍為項目投資范圍內直接發生的收入與費用，包括因本次投資活動形成的新增收入和成本費用支出。項目原料來自高空排放的煙氣，原料成本幾乎為零，運營費用主要包括水、電、汽等公用工程物料的消耗、人工成本和設備折舊等。每年運行成本約3 200萬元。詳細計算如下：

1）每年回收食品級二氧化碳的收益

年可回收二氧化碳的量為10萬t

年回收二氧化碳收益：5 000萬元（食品級液體二氧化碳按500元/t計算）

2）主要消耗費用

（1）電消耗費用：1 064.448萬元（電價格按0.4元/kW ·h）。

（2）水消耗費用：213.84萬元（脫鹽水價格按6元/t，一次水按5元 /t）。

（3）蒸汽消耗費用：1 584萬元（蒸汽價格按100元/t）。

（4）活性炭和添加劑費用：130.32萬元（活性炭價格按8 000元/m3，干燥劑價格按15 000元/m3）。

（5）維修費用：由于該系統工藝簡單，靜止設備均采用不銹鋼材質，工藝介質的腐蝕性相對較小，且運轉設備少，需投入的維護費用也會較少，故取維修費用10萬元/a。

（6）人工費用：項目新增勞動定員38人，人員工資按6萬元/a計取，人工費用：228萬元。

（7）設備折舊（從投運當年開始計提）設備投資費用約為2 000萬，按10a時間計提全部折舊，每年分攤的折舊費用為200萬元。

（8）年凈收益（不考慮資金成本）：年凈收益1 569萬元。

3 結束語

1）選擇國內最先進、成熟的二氧化碳捕集回收、液化工藝，在技術上是可行的。

2）通過經濟性分析來看，本項目在經濟上是可行的。

3）在環境治理、降低碳排放強度方面，符合國家環境保護和可持續發展戰略。

4）大量二氧化碳的回收利用，有效地改善了周圍環境，使企業生產達到了國家環保標準，為國家控制了污染，通過廢氣回收，變廢為寶，提高了社會經濟效益。

5）產品執行液體二氧化碳新國家標準，對企業資源利用，優化產品結構，改善環境提升企業市場競爭力，起到了較大作用。從經濟分析結果看，經濟上是可行的。