2024年5月5日发(作者：闭又晴)
第
47
卷第
4
期
2021年4月Resources and Environment
资源与环境
Chemical Engineering Design Communications
化 工 设 计 通 讯
燃煤锅炉烟气中二氧化碳回收工艺
刘 然
（河北正元化工工程设计有限公司，河北石家庄 050061）
摘 要：近年来，国家下定决心推动达成应对气候变化的《巴黎协定》，采取更加有力的政策和措施提高我国的自主贡献力度。
作为二氧化碳最大单一来源的热电行业，回收利用这部分二氧化碳，将是践行《巴黎协定》的最好体现。
关键词：二氧化碳；MEA；液化；精制
中图分类号：X701 文献标志码：A 文章编号：1003–6490（2021）04–0144–02
Recovery Process of Carbon
Dioxide in Flue Gas of Coal-fired Boiler
Liu Ran
Abstract：In recent years，the country has made up its mind to promote the conclusion of the “Paris Agreement” to address
climate change and adopt more powerful policies and measures to increase my country’s independent the largest single
source of carbon dioxide in the thermal power industry，recycling this part of good carbon dioxide will be the best embodiment of the
implementation of the Paris Agreement.
Key words：carbon dioxide；MEA；liquefaction ； refining
二氧化碳是形成温室效应的主要气体，其过度排放造成
的气候变暖、冰川的融化、海平的面升高等一系列问题已经
严重影响了人们的生产和生活。近年来随着石油、化工行业
迅速的发展，装置产能的不断扩大，我国二氧化碳排放量逐
年增长，数据显示，我国2010年二氧化碳排放量为0.248 6亿
t，2018年二氧化碳排放量迅速增长至94.287 1亿t，增长率为
37 827%。在2020年气候雄心峰会上， 主席指出，到
2030年我国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降
65%以上。
在2018年我国主要行业二氧化碳排放占比情况中，火力
发电占43%，为碳排放最大单一来源。火力发电（含其他燃煤
锅炉）排放烟气中二氧化碳的碳捕集和回收技术将是降低碳
排放强度的重要技术路径之一。
我国火力发电厂和其他燃煤锅炉烟气经干法脱硫或湿法
脱硫达标后直接排放至大气中，烟气中仍含有11%~14%的
CO
2
。根据不同脱硫方法，烟气中CO
2
含量有所不同，一般采
用湿法脱硫吸收SO
2
过程中会吸收一部分CO
2
，故湿法脱硫
烟气中CO
2
含量比干法脱硫低1%~3%。这部分CO
2
含量非常
的巨大，这部分CO
2
的回收再利用不仅能降低CO
2
排放总量，
降低碳排放强度，改善周边环境，同时还能产生一定的经济
效益。
二氧化碳的用途十分广泛，广泛应用于化工、石油开采、
采煤运煤、食品等行业。不同行业的应用对二氧化碳纯度的
要求不同，应用于食品行业的二氧化碳纯度必须达到《食品
添加剂液体二氧化碳》标准。主要用于食品或果蔬的储存、
饮料的增压和起泡等。随着啤酒、饮料行业的不断发展壮大，
装置产能的不断提升，对液体二氧化碳需求量也在逐年增长，
由此可见食品级液体二氧化碳具有十分广阔的市场前景。
1 二氧化碳回收工艺技术
该工艺流程具有流程短、设备少、运行稳定、性能可靠、
经验成熟等特点，非常适合一些将二氧化碳作为废气直接排
放的企业，如火力发电厂、供热锅炉、石油化工企业自备电厂、
收稿日期：2021–02–25
作者简介：刘然（1981—） ，女，河北安国人，工程师，主要研究方
向为化工工程设计。
自备燃煤锅炉的其他企业等。
以某热电厂年产10万t食品级液体二氧化碳为例介绍CO
2
回收工艺。CO
2
回收单元正常处理烟气量54 000m
3
/h，回收二
氧化碳7 200m
3
/h，生产负荷为额定生产能力的70%-130%，年
操作时间7 920h。
1.1 烟气温度及组成
烟气温度55℃，烟气组成见表1。
表1 烟气组成
主要成分
CO
2
O
2
N
2
C
6
单位
%
φ
%
φ
%
φ
×10
×10
×10
×10
－
6
－
6
－
6
－
6
组成
13.8
7.0
78.9
2 423
90.4
—
＜0.1
121
烃
COS
H
2
S
SO
2
氮氧化物
×10
－
6
产品液体二氧化碳达到GB10621—2006《食品添加剂液
体二氧化碳》标准。
1.2 工艺技术方案
（1）CO
2
捕集回收流程
目前，CO
2
捕集回收多采用MEA和MDEA法，其中
MEA法更适合较低压力、低浓度的、硫化氢分压小的气源。
MEA法工艺流程简单、占地小、设备投资少，非常适合改造
项目。
烟道气经罗茨风机C5401增压后进入吸收塔T5401，CO
2
吸收采用贫液工艺，吸收塔采用2段吸收，1段洗涤，1段吸附
回收CO
2
和回收烟气夹带的MEA、活化剂。吸收塔顶底的富
液经富液增压泵P5401增压后进入贫富液换热器E5402升温后
进入CO
2
解析塔T5402。CO
2
解析塔再沸器E5403以0.5~0.6MPa
低压蒸汽为CO
2
解析塔提供热量。CO
2
解析塔顶的CO
2
-H
2
O
蒸汽经CO
2
水冷器E5404降温，降温介质为循环水，经CO
2
气液分离器V5401分离凝液后得到纯净CO
2
，CO
2
解析塔底贫
液经贫富液换热器降温后再经贫液增压泵P5402增压，返回吸
收塔循环使用。吸收塔顶气体返回烟囱高空排放。流程见图1。
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化 工 设 计 通 讯
Resources and Environment
资源与环境
第
47
卷第
4
期
2021年4月
图1 CO
2
捕集回收流程图
（2）CO
2
液化、精制流程
纯净的CO
2
气经二氧化碳压缩机C5402增压后进入脱硫
塔T5403除去原料气中少量的含硫物质等杂质，脱硫后的CO
2
进入预冷器E5405预冷，与塔顶冷凝器E5407出口的不凝气进
行冷量交换。预冷后的CO
2
进入干燥器T5404进行干燥，除
去CO
2
气中携带的少量水分，然后进入主液化器E5406进行
液化，主液化器由氟利昂提供冷量，液体二氧化碳进入精馏
塔T5405精馏，液体二氧化碳从精馏塔底部经深冷器T5409深
冷后送至液体二氧化碳储罐。塔顶不凝气经塔顶冷凝器E5407
再次冷凝回收部分二氧化碳，不凝气经预冷器与CO
2
冷量交
换后返回二氧化碳压缩机入口循环利用。流程见图2。
图2 CO
2
液化、精制流程图
（3）制冷系统流程
制冷工艺采用氟利昂制冷工艺，氟利昂（R134a）是一种
新型制冷剂，标准蒸发温度为-26.5℃，在常温下冷凝压力一
般为0.7~0.8MPa，R134a在-25℃蒸发38℃冷凝时制冷系数
为1.88。R134a为透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸和化
学性稳定的制冷剂，臭氧层破坏系数为“0”，为环保制冷剂，
R134a在危险化学品分类中为戊类危险品。
本项目采用氟利昂（R134a）制冷工艺，既可以降低危险性，
同时也可以达到环保要求。
1.3 工艺流程简图
1.4 主要原辅材料消耗
主要原辅材料消耗见表2。
表2 主要原辅材料消耗
序号名称规格单位年需用量备注
1电6 000V/380V万kW·h2661.12
2蒸汽0.5MPa万t15.84
3除盐水0.6MPa万t15.84
续表
序号名称规格单位年需用量备注
4一次水0.4MPa万t
23.76
5活性炭m
3
158.4
6干燥剂m
3
7.2每3a更换一次
7MEAt105
2 经济性分析
年产10万t食品级液体二氧化碳产品项目总投资约3 620
万元，其中包括设备费、安装费、土建费和其他费用。运营
费用的测算范围为项目投资范围内直接发生的收入与费用，
包括因本次投资活动形成的新增收入和成本费用支出。项目
原料来自高空排放的烟气，原料成本几乎为零，运营费用主
要包括水、电、汽等公用工程物料的消耗、人工成本和设备
折旧等。每年运行成本约3 200万元。详细计算如下：
1）每年回收食品级二氧化碳的收益
年可回收二氧化碳的量为10万t
年回收二氧化碳收益：5 000万元（食品级液体二氧化碳
按500元/t计算）
2）主要消耗费用
（1）电消耗费用：1 064.448万元（电价格按0.4元/
kW·h）。
（2）水消耗费用：213.84万元（脱盐水价格按6元/t，一
次水按5元/t）。
（3）蒸汽消耗费用：1 584万元（蒸汽价格按100元/t）。
（4）活性炭和添加剂费用：130.32万元（活性炭价格按
8 000元/m
3
，干燥剂价格按15 000元/m
3
）。
（5）维修费用：由于该系统工艺简单，静止设备均采用
不锈钢材质，工艺介质的腐蚀性相对较小，且运转设备少，
需投入的维护费用也会较少，故取维修费用10万元/a。
（6）人工费用：项目新增劳动定员38人，人员工资按6
万元/a计取，人工费用：228万元。
（7）设备折旧（从投运当年开始计提）设备投资费用约
为2 000万，按10a时间计提全部折旧，每年分摊的折旧费用
为200万元。
（8）年净收益（不考虑资金成本）：年净收益1 569万元。
3 结束语
1）选择国内最先进、成熟的二氧化碳捕集回收、液化工艺，
在技术上是可行的。
2）通过经济性分析来看，本项目在经济上是可行的。
3）在环境治理、降低碳排放强度方面，符合国家环境保
护和可持续发展战略。
4）大量二氧化碳的回收利用，有效地改善了周围环境，
使企业生产达到了国家环保标准，为国家控制了污染，通过
废气回收，变废为宝，提高了社会经济效益。
5）产品执行液体二氧化碳新国家标准，对企业资源利用，
优化产品结构，改善环境提升企业市场竞争力，起到了较大
作用。从经济分析结果看，经济上是可行的。
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化 工 设 计 通 讯
燃煤锅炉烟气中二氧化碳回收工艺
刘 然
（河北正元化工工程设计有限公司，河北石家庄 050061）
摘 要：近年来，国家下定决心推动达成应对气候变化的《巴黎协定》，采取更加有力的政策和措施提高我国的自主贡献力度。
作为二氧化碳最大单一来源的热电行业，回收利用这部分二氧化碳，将是践行《巴黎协定》的最好体现。
关键词：二氧化碳；MEA；液化；精制
中图分类号：X701 文献标志码：A 文章编号：1003–6490（2021）04–0144–02
Recovery Process of Carbon
Dioxide in Flue Gas of Coal-fired Boiler
Liu Ran
Abstract：In recent years，the country has made up its mind to promote the conclusion of the “Paris Agreement” to address
climate change and adopt more powerful policies and measures to increase my country’s independent the largest single
source of carbon dioxide in the thermal power industry，recycling this part of good carbon dioxide will be the best embodiment of the
implementation of the Paris Agreement.
Key words：carbon dioxide；MEA；liquefaction ； refining
二氧化碳是形成温室效应的主要气体，其过度排放造成
的气候变暖、冰川的融化、海平的面升高等一系列问题已经
严重影响了人们的生产和生活。近年来随着石油、化工行业
迅速的发展，装置产能的不断扩大，我国二氧化碳排放量逐
年增长，数据显示，我国2010年二氧化碳排放量为0.248 6亿
t，2018年二氧化碳排放量迅速增长至94.287 1亿t，增长率为
37 827%。在2020年气候雄心峰会上， 主席指出，到
2030年我国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降
65%以上。
在2018年我国主要行业二氧化碳排放占比情况中，火力
发电占43%，为碳排放最大单一来源。火力发电（含其他燃煤
锅炉）排放烟气中二氧化碳的碳捕集和回收技术将是降低碳
排放强度的重要技术路径之一。
我国火力发电厂和其他燃煤锅炉烟气经干法脱硫或湿法
脱硫达标后直接排放至大气中，烟气中仍含有11%~14%的
CO
2
。根据不同脱硫方法，烟气中CO
2
含量有所不同，一般采
用湿法脱硫吸收SO
2
过程中会吸收一部分CO
2
，故湿法脱硫
烟气中CO
2
含量比干法脱硫低1%~3%。这部分CO
2
含量非常
的巨大，这部分CO
2
的回收再利用不仅能降低CO
2
排放总量，
降低碳排放强度，改善周边环境，同时还能产生一定的经济
效益。
二氧化碳的用途十分广泛，广泛应用于化工、石油开采、
采煤运煤、食品等行业。不同行业的应用对二氧化碳纯度的
要求不同，应用于食品行业的二氧化碳纯度必须达到《食品
添加剂液体二氧化碳》标准。主要用于食品或果蔬的储存、
饮料的增压和起泡等。随着啤酒、饮料行业的不断发展壮大，
装置产能的不断提升，对液体二氧化碳需求量也在逐年增长，
由此可见食品级液体二氧化碳具有十分广阔的市场前景。
1 二氧化碳回收工艺技术
该工艺流程具有流程短、设备少、运行稳定、性能可靠、
经验成熟等特点，非常适合一些将二氧化碳作为废气直接排
放的企业，如火力发电厂、供热锅炉、石油化工企业自备电厂、
收稿日期：2021–02–25
作者简介：刘然（1981—） ，女，河北安国人，工程师，主要研究方
向为化工工程设计。
自备燃煤锅炉的其他企业等。
以某热电厂年产10万t食品级液体二氧化碳为例介绍CO
2
回收工艺。CO
2
回收单元正常处理烟气量54 000m
3
/h，回收二
氧化碳7 200m
3
/h，生产负荷为额定生产能力的70%-130%，年
操作时间7 920h。
1.1 烟气温度及组成
烟气温度55℃，烟气组成见表1。
表1 烟气组成
主要成分
CO
2
O
2
N
2
C
6
单位
%
φ
%
φ
%
φ
×10
×10
×10
×10
－
6
－
6
－
6
－
6
组成
13.8
7.0
78.9
2 423
90.4
—
＜0.1
121
烃
COS
H
2
S
SO
2
氮氧化物
×10
－
6
产品液体二氧化碳达到GB10621—2006《食品添加剂液
体二氧化碳》标准。
1.2 工艺技术方案
（1）CO
2
捕集回收流程
目前，CO
2
捕集回收多采用MEA和MDEA法，其中
MEA法更适合较低压力、低浓度的、硫化氢分压小的气源。
MEA法工艺流程简单、占地小、设备投资少，非常适合改造
项目。
烟道气经罗茨风机C5401增压后进入吸收塔T5401，CO
2
吸收采用贫液工艺，吸收塔采用2段吸收，1段洗涤，1段吸附
回收CO
2
和回收烟气夹带的MEA、活化剂。吸收塔顶底的富
液经富液增压泵P5401增压后进入贫富液换热器E5402升温后
进入CO
2
解析塔T5402。CO
2
解析塔再沸器E5403以0.5~0.6MPa
低压蒸汽为CO
2
解析塔提供热量。CO
2
解析塔顶的CO
2
-H
2
O
蒸汽经CO
2
水冷器E5404降温，降温介质为循环水，经CO
2
气液分离器V5401分离凝液后得到纯净CO
2
，CO
2
解析塔底贫
液经贫富液换热器降温后再经贫液增压泵P5402增压，返回吸
收塔循环使用。吸收塔顶气体返回烟囱高空排放。流程见图1。
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Chemical Engineering Design Communications
化 工 设 计 通 讯
Resources and Environment
资源与环境
第
47
卷第
4
期
2021年4月
图1 CO
2
捕集回收流程图
（2）CO
2
液化、精制流程
纯净的CO
2
气经二氧化碳压缩机C5402增压后进入脱硫
塔T5403除去原料气中少量的含硫物质等杂质，脱硫后的CO
2
进入预冷器E5405预冷，与塔顶冷凝器E5407出口的不凝气进
行冷量交换。预冷后的CO
2
进入干燥器T5404进行干燥，除
去CO
2
气中携带的少量水分，然后进入主液化器E5406进行
液化，主液化器由氟利昂提供冷量，液体二氧化碳进入精馏
塔T5405精馏，液体二氧化碳从精馏塔底部经深冷器T5409深
冷后送至液体二氧化碳储罐。塔顶不凝气经塔顶冷凝器E5407
再次冷凝回收部分二氧化碳，不凝气经预冷器与CO
2
冷量交
换后返回二氧化碳压缩机入口循环利用。流程见图2。
图2 CO
2
液化、精制流程图
（3）制冷系统流程
制冷工艺采用氟利昂制冷工艺，氟利昂（R134a）是一种
新型制冷剂，标准蒸发温度为-26.5℃，在常温下冷凝压力一
般为0.7~0.8MPa，R134a在-25℃蒸发38℃冷凝时制冷系数
为1.88。R134a为透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸和化
学性稳定的制冷剂，臭氧层破坏系数为“0”，为环保制冷剂，
R134a在危险化学品分类中为戊类危险品。
本项目采用氟利昂（R134a）制冷工艺，既可以降低危险性，
同时也可以达到环保要求。
1.3 工艺流程简图
1.4 主要原辅材料消耗
主要原辅材料消耗见表2。
表2 主要原辅材料消耗
序号名称规格单位年需用量备注
1电6 000V/380V万kW·h2661.12
2蒸汽0.5MPa万t15.84
3除盐水0.6MPa万t15.84
续表
序号名称规格单位年需用量备注
4一次水0.4MPa万t
23.76
5活性炭m
3
158.4
6干燥剂m
3
7.2每3a更换一次
7MEAt105
2 经济性分析
年产10万t食品级液体二氧化碳产品项目总投资约3 620
万元，其中包括设备费、安装费、土建费和其他费用。运营
费用的测算范围为项目投资范围内直接发生的收入与费用，
包括因本次投资活动形成的新增收入和成本费用支出。项目
原料来自高空排放的烟气，原料成本几乎为零，运营费用主
要包括水、电、汽等公用工程物料的消耗、人工成本和设备
折旧等。每年运行成本约3 200万元。详细计算如下：
1）每年回收食品级二氧化碳的收益
年可回收二氧化碳的量为10万t
年回收二氧化碳收益：5 000万元（食品级液体二氧化碳
按500元/t计算）
2）主要消耗费用
（1）电消耗费用：1 064.448万元（电价格按0.4元/
kW·h）。
（2）水消耗费用：213.84万元（脱盐水价格按6元/t，一
次水按5元/t）。
（3）蒸汽消耗费用：1 584万元（蒸汽价格按100元/t）。
（4）活性炭和添加剂费用：130.32万元（活性炭价格按
8 000元/m
3
，干燥剂价格按15 000元/m
3
）。
（5）维修费用：由于该系统工艺简单，静止设备均采用
不锈钢材质，工艺介质的腐蚀性相对较小，且运转设备少，
需投入的维护费用也会较少，故取维修费用10万元/a。
（6）人工费用：项目新增劳动定员38人，人员工资按6
万元/a计取，人工费用：228万元。
（7）设备折旧（从投运当年开始计提）设备投资费用约
为2 000万，按10a时间计提全部折旧，每年分摊的折旧费用
为200万元。
（8）年净收益（不考虑资金成本）：年净收益1 569万元。
3 结束语
1）选择国内最先进、成熟的二氧化碳捕集回收、液化工艺，
在技术上是可行的。
2）通过经济性分析来看，本项目在经济上是可行的。
3）在环境治理、降低碳排放强度方面，符合国家环境保
护和可持续发展战略。
4）大量二氧化碳的回收利用，有效地改善了周围环境，
使企业生产达到了国家环保标准，为国家控制了污染，通过
废气回收，变废为宝，提高了社会经济效益。
5）产品执行液体二氧化碳新国家标准，对企业资源利用，
优化产品结构，改善环境提升企业市场竞争力，起到了较大
作用。从经济分析结果看，经济上是可行的。
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