本发明涉及温室气体减排及高效利用技术领域，尤其涉及一种水合物法回收和储存烟气中co2的方法。
背景技术：
随着化石能源的大量消耗，环境问题越加严重，化石燃料的燃烧产生大量的二氧化碳。co2气体作为一种重要的温室气体，大量排放致使温室效应日趋严重，已成为全球气候变化、环境以及经济发展等各领域的焦点问题。co2气体排放的主要来源是能源、交通、工业生产等环节大量的化石燃料燃烧，控制二氧化碳的排放被认为是解决当前温室效应问题的有效途径。当今社会化石燃料仍然是世界各国能源结构中的主要组成部分，化石燃料燃烧所造成的二氧化碳排放量逐年上升。因此，解决co2的减排问题是维护生态平衡和实现经济社会可持续发展重要举措。
然而，传统的co2分离方法主要有物理吸收法、化学吸收法、膜分离法、低温蒸馏法等，这些技术及工艺投资成本大、能耗高，并且分离的二氧化碳需要独立存储，进一步增加了分离过程的初投资。因此，开发新型的回收和储存烟气中co2的方法及系统迫在眉睫，对于实现烟气中二氧化碳气体的高效利用和解决co2的减排问题具有重要的意义。
近年来，中国专利cn201911214630.8公开了一种适用于相变吸收剂吸收烟气中co2的方法及系统，采用相变吸收剂对烟气中的co2进行吸收和解吸，分离得到二氧化碳。中国专利cn201910450507.x公开了一种分离燃煤电厂烟气中co2的系统及工艺，利用数个皮带轮将固体吸收剂携带通过烟道，通过烟气流动和吸收实现co2气体的分离。中国专利cn201210487034.9公开了一种基于氨循环的碳酸化固定燃煤烟气中co2的方法和装置，以氨水喷淋吸收燃煤烟气中的co2，再与电石渣浆液发生反应，实现co2气体的脱除和分离。中国专利cn200810122644.2公开了一种高活性钾基吸收剂干法脱除烟气中co2的装置及方法，烟气经脱硫后进入循环流化床反应器，与高活性钾基吸收剂反应而实现co2脱除。中国专利cn201310029021.1公开了一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中co2的方法，将烟气除尘、降温后输入中空纤维膜接触器中，与吸收液发生化学反应而脱除co2，解吸、分离后储存。中国专利cn201220277396.0公开了一种燃煤电厂烟气中co2捕集装置，燃煤电厂烟气经吸收塔、再生塔进行吸收处理，实现co2气体的捕集。中国专利cn201210018610.5公开了一种采用镁基吸收剂实现烟气中co2捕集与分离的方法，以mg(oh)2悬浊液作为烟气中co2的吸收剂，实现co2气体的捕集。中国专利cn201210019334.4公开了一种用于脱除燃煤烟气中co2的装置及方法，使用m2co3作为碱金属基吸收剂来捕获烟气中的co2。中国专利cn200910054784.5公开了一种基于co2循环载气的脱除燃煤烟气中co2的方法及装置，以钾基吸收剂捕集烟气中的co2气体进行存储。中国专利cn201811462478.0公开了一种烟气中co2捕集利用的方法及系统，烟气经降温后进入co2捕集装置中进行co2的捕集，捕集后的co2用于油田驱油。
如何实现烟气中co2的高效分离和储存已成为二氧化碳减排及高效利用技术领域亟待解决的技术难题。现有的回收和储存烟气中co2的方法及系统能够实现co2气体的分离，但这些方法及技术存在成本高、能耗大、储气效率低、安全性差等缺点。因此，亟待开发一种安全性好、适应性强的回收和储存烟气中co2的方法及系统，进而实现co2气体的减排和烟气中co2气体的高效利用。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种水合物法回收和储存烟气中co2的方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括以下步骤：
①烟气经过气固分离器除去固体颗粒物及杂质后，使烟气经过换热器，让循环冷却水回收烟气余热，进一步降低烟气温度；
②除去固体杂质的烟气进入洗涤塔，在洗涤塔内将烟气中的酸性气体so2和hcl，同时进一步除去残余的灰尘；接着使烟气进入预冷器降温至水合反应温度，再通过增压器使烟气升压至水合反应温度所对应的相平衡压力之上，接着将烟气导入到水合反应器中生成co2水合物；
③将经过预冷处理后的水合剂加入到水合反应器，将水合剂储罐中的水合剂溶液通过第一水合反应器内的第一喷雾装置喷淋在反应器空间，使其与烟气中co2充分接触并进行水合反应，用于生成二氧化碳水合物；
④水合反应部分设置两套水合反应器分别为第一水合反应器和第二水合反应器，形成两回路反应系统；切换至一回路，使降温升压后的烟气进入第一水合反应器进行反应；
⑤待反应一段时间后，切换至二回路，使其在第二水合反应器进行反应；同时，接入一回路，启动第二高压泵将一回路第一水合反应器中的水合物浆液抽出存于高压储罐中；
⑥当水合反应完成之后，接入一回路，将处理完的烟气排入缓冲罐中，然后经缓冲罐排出；启动第二高压泵将二回路第二水合反应器中的水合物浆液抽出至高压储罐中并进行水合物法储存；
⑦经过一定时间之后，再切入二回路进行反应，同时切换至二回路，将一回路第一水合反应器中的水合物浆液抽出至高高压储罐中进行储存，气体经缓冲罐排出。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种水合物法回收和储存烟气中co2的方法，与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
①设置水合剂溶液喷雾装置及其回路，通过高压泵将其打入喷雾装置，雾化后喷入水合反应器；通过水合促进剂和机械雾化的方式，进一步提高了水合反应速率和效率。
②水合反应器前设置有预冷器和增压器，用于提供气体水合物生成所需的温度、压力条件，进而实现气体水合物的快速生成，进一步提高了水合反应效率。
③两套水合反应器采用并联连接方式，增强了系统的稳定性、安全性和可靠性，进一步实现了烟气中co2气体的连续分离，提高了烟气中co2气体的分离效率。
④设置两套水合反应器并通过三通阀并联连接，利用两回路及时切换的方式来实现水合反应过程的有效控制和精准调节；同时，反应器后设置有缓冲罐和高压储罐，实现水合反应系统的稳压排气和co2气体的高效储存，进一步提高了系统的稳定性、可靠性和可操作性。
⑤烟气经过除尘器、洗涤塔除去固体颗粒物和酸性气体(so2和hcl)后，将co2气体以水合物的形式进行存储，进一步缩减了co2气体的储气体积和储气成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：第一截止阀1、气固分离器2、第二截止阀3、循环泵4、换热器5、冷却塔6、第三截止阀7、洗涤塔8、第四截止阀9、预冷器10、水合剂储罐11、增压器12、第一高压泵13、第一三通阀14、第二三通阀15、第一喷雾装置16、第一水合反应器17、第二喷雾装置18、第二水合反应器19、第三三通阀20、第二高压泵21、第四三通阀22、高压储罐23、缓冲罐24、第五截止阀25。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：本发明包括烟气预处理系统、水合反应系统和烟气后处理系统，烟气进入所述烟气预处理系统，所述烟气预处理系统的输出端与所述水合反应系统的输入端通过管路和阀门连接，所述水合反应系统的输出端与所述烟气后处理系统的输入端通过管路和阀门连接，所述烟气后处理系统的输出端为净气排放端。
进一步，所述烟气预处理系统由气固分离器2、循环泵4、换热器5、冷却塔6和洗涤塔8组成，所述气固分离器2的入口为烟气进口，所述气固分离器2的出口与所述换热器5的烟气入口连接，所述换热器5的烟气出口与所述洗涤塔8的烟气入口连接，所述洗涤塔8的出口连接所述水合反应系统，所述换热器5的冷却出水口与所述冷却塔6的冷却水入口连接，所述冷却塔6的冷却水出口通过所述循环泵4与所述换热器5的冷却水进口连接。当烟气温度过高时启动循环泵4进行循环换热，控制温度不至于过高而使洗涤设备不受控制。
进一步，所述水合反应系统由预冷器10、水合剂储罐11、增压器12和水合反应器组成，所述预冷器10的入口与所述烟气预处理系统的出口连接，所述预冷器10的出口与所述增压器12的入口连接，所述增压器12的出口与所述水合反应器的入口连接，所述水合剂储罐11的出口与所述水合反应器的水合剂入口连接。烟气在预冷器10中进行冷却降温后进入水合反应器中，以提供水合反应所需的低温环境。
进一步，所述水合反应器为两组，两组所述水合反应器分别由第一喷雾装置16、第一水合反应器17和第二喷雾装置18、第二水合反应器19组成，所述增压器12的出口通过第一三通阀14分别与所述第一水合反应器17和所述第二水合反应器19的烟气入口连接，所述第一喷雾装置16设置于所述第一水合反应器17内的上方，所述第二喷雾装置18设置于所述第二水合反应器19内的上方，所述水合剂储罐11通过第一高压泵13和第二三通阀15分别与所述第一喷雾装置16和所述第二喷雾装置18连接。增压器12对烟气进行升压，使其达到水合反应所需压力条件；第一水合反应器17和第二水合反应器19内设置第二水合反应器19、第二喷雾装置18，以使水合剂溶液雾化，增大气液接触面积，促进气体水合反应过程。喷雾装置在水合反应器中采用盘管式布置方式，整体平面垂直悬挂于反应器顶部，外接高压泵并与水合剂溶液储罐连通，形成整个喷雾系统。
水合反应器采用两套并联式，通过三向切换的三通阀连接，构成两回路水合反应系统；三通阀用于控制反应回路，实现一回路反应的同时，另一回路进行产物导出和烟气排放，从而保证烟气处理过程的连续性和高效性。
进一步，所述烟气后处理系统由第二高压泵21、高压储罐23和缓冲罐24组成，所述水合反应系统的水合剂出口通过所述第二高压泵21与所述高压储罐23的入口连接，所述水合反应系统的排气口与所述缓冲罐24的气体入口连接，所述缓冲罐24的出口为净气出口。
第二高压泵21和高压储罐23用于及时收集生成的水合物并进行储存；缓冲罐24用于平衡反应器排气压力，以避免因排气降压导致生成的气体水合物分解。
优选的，所述水合反应系统包含第一水合反应器17和第二水合反应器19，所述第一水合反应器17和所述第二水合反应器19的水合剂出口通过第三三通阀20与所述第二高压泵21的入口连接，所述第一水合反应器17和所述第二水合反应器19的气体出口通过第四三通阀22与所述缓冲罐24的入口连接。
优选的，所述气固分离器2的入口设置有第一截止阀1，所述气固分离器2与所述换热器5之间的管道上设置有第二截止阀3，所述换热器5与所述洗涤塔8之间的管道上设置有第三截止阀7。
优选的，所述预冷器10的入口管道上设置有第四截止阀9，所述预冷器10的入口通过所述第四截止阀9与所述烟气预处理系统的出口连接。
本发明工作过程如下：
①如图1所示，打开第一截止阀1，烟气经过气固分离器2除去固体颗粒物及杂质后，打开第二截止阀3使烟气经过换热器5，让循环冷却水回收烟气余热，进一步降低烟气温度，为洗涤塔提供合适的温度条件，同时又为水合反应过程提供了所需的低温环境。
②打开第三截止阀7使除去固体杂质的烟气进入洗涤塔8，在洗涤塔内将烟气中的酸性气体so2和hcl，同时进一步除去残余的灰尘；接着打开第四截止阀9，使烟气进入预冷器10降温至水合反应温度，再通过增压器12使烟气升压至水合反应温度所对应的相平衡压力之上，接着将烟气导入到水合反应器中生成co2水合物。
③将经过预冷处理后的水合剂加入到水合反应器，通过第一高压泵13将水合剂储罐11中的水合剂溶液通过第一水合反应器17内的第一喷雾装置16喷淋在反应器空间，使其与烟气中co2充分接触并进行水合反应，用于生成二氧化碳水合物。
④水合反应部分设置两套水合反应器分别为第一水合反应器17和第二水合反应器19，通过第一三通阀14并联连接，形成两回路反应系统；通过第一三通阀14和第二三通阀15切换至一回路，使降温升压后的烟气进入第一水合反应器17进行反应。
⑤待反应一段时间后，通过第一三通阀14和第二三通阀15切换至二回路，使其在第二水合反应器19进行反应；同时，开启第三三通阀20接入一回路，启动第二高压泵21将一回路第一水合反应器17中的水合物浆液抽出存于高压储罐23中。
⑥当水合反应完成之后，开启第四三通阀22接入一回路，将处理完的烟气排入缓冲罐24中，然后经缓冲罐24排出；启动第二高压泵21将二回路第二水合反应器19中的水合物浆液抽出至高压储罐23中并进行水合物法储存。
⑦经过一定时间之后，再通过第一三通阀14和第二三通阀15切入二回路进行反应，同时将第三三通阀20和第四三通阀22切换至二回路，将一回路第一水合反应器17中的水合物浆液抽出至高高压储罐23中进行储存，气体经缓冲罐24排出。
通过上述步骤，选择合适的水合物生成条件进行处理，实现烟气中co2气体的高效分离和储存，将烟气中的co2以水合物的形式回收和储存，从而实现了大气中co2气体的减排处理，进一步提高了烟气中co2气体的高效利用，降低了储气成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种水合物法回收和储存烟气中co2的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①烟气经过气固分离器(2)除去固体颗粒物及杂质后，使烟气经过换热器(5)，让循环冷却水回收烟气余热，进一步降低烟气温度；
②除去固体杂质的烟气进入洗涤塔(8)，在洗涤塔内将烟气中的酸性气体so2和hcl，同时进一步除去残余的灰尘；接着使烟气进入预冷器(10)降温至水合反应温度，再通过增压器(12)使烟气升压至水合反应温度所对应的相平衡压力之上，接着将烟气导入到水合反应器中生成co2水合物；
③将经过预冷处理后的水合剂加入到水合反应器，将水合剂储罐(11)中的水合剂溶液通过第一水合反应器(17)内的第一喷雾装置(16)喷淋在反应器空间，使其与烟气中co2充分接触并进行水合反应，用于生成二氧化碳水合物；
④水合反应部分设置两套水合反应器分别为第一水合反应器(17)和第二水合反应器(19)，形成两回路反应系统；切换至一回路，使降温升压后的烟气进入第一水合反应器(17)进行反应；
⑤待反应一段时间后，切换至二回路，使其在第二水合反应器(19)进行反应；同时，接入一回路，启动第二高压泵(21)将一回路第一水合反应器(17)中的水合物浆液抽出存于高压储罐(23)中；
⑥当水合反应完成之后，接入一回路，将处理完的烟气排入缓冲罐(24)中，然后经缓冲罐(24)排出；启动第二高压泵(21)将二回路第二水合反应器(19)中的水合物浆液抽出至高压储罐(23)中并进行水合物法储存；
⑦经过一定时间之后，再切入二回路进行反应，同时切换至二回路，将一回路第一水合反应器(17)中的水合物浆液抽出至高高压储罐(23)中进行储存，气体经缓冲罐(24)排出。
技术总结