一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法。所述装置包括：旋转式吸附单元、供排气单元、动力单元、换热单元和二氧化碳(CO2)回收单元；所述旋转式吸附单元吸附烟气中的二氧化碳；所述供排气单元控制装置中的气流流量及方向；所述动力单元为所述旋转式吸附单元提供动力；所述换热单元为所述旋转式吸附单元提供冷量和解吸热量；所述二氧化碳(CO2)回收单元用于处理并回收所述旋转式吸附单元解吸后的富集气。本发明专利技术提所述装置及方法，能实现大规模低能耗的烟气CO2捕集。捕集。捕集。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集
，具体涉及一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法。

技术介绍

[0002]碳捕集封存与利用(CCUS)的强劲需求推动了烟气CO2捕集技术的发展，基于吸收法和吸附法的烟气CO2捕集技术已得到广泛的应用，在电力、水泥、钢铁等行业中进行了广泛的中试和商业运行，国内外诸多学者和公司在新型吸收/吸附剂开发、设备改造、工艺改进等方面进行了大量研究。数据显示基于吸附法的碳捕工艺的再生能耗约占总成本的70％，基于吸收法的碳捕工艺的再生能耗约占总成本的50％。当前基于溶剂吸收法和固体吸附法的烟气CO2捕集技术尚处于商业运行、工业示范的发展阶段，过高的捕集能耗吸附法与吸收法过高的单位捕集能耗限制了大部分当前烟气CO2捕集与回收技术的大规模商业化应用。吸收法与吸附法捕集烟气中CO2的高能耗主要是由三个方面共同决定的，首先是材料本身的再生解吸消耗，吸收/吸附材料本身的性质和扩散特性决定了再生温度与再生能耗；烟气处理的特性(低浓度大流量)使得化学吸收液或吸附剂固定床带来了过高的压阻，导致了动力损耗；当前吸收/吸附工艺的非连续特点使得系统需要间断切换操作，使得带来了额外的内部热量损耗。目前吸收法的单位捕集能耗在2.3
‑
3.7MJ/kg，吸附法的单位捕集能耗在2.0
‑
4.7MJ/kg范围内，烟气CO2捕集的需求促使国内外对烟气CO2捕集技术进行了大量研究，但能耗过高问题尚未得到很好的解决，在实际应用中仍存在局限性。
[0003]转轮吸附技术作为一种成熟的技术在污染治理、空气调节等多个领域得到了广泛的应用，在处理大流量气流时具备独特的优势。对于基于转轮吸附的气体分离技术，在材料方面，整体式吸附床吸脱附动力学快、再生温度与再生能耗低、比表面积高、稳定性好、压阻低(处理大流量气流时优势明显)、环境友好；在工艺方面，工艺在无阀门切换条件下保障工艺连续，解吸热利用率及回收率高、预处理要求低、流体力学特性与机械结构易于大型化。综上所述，转轮吸附技术的优势使其在一定程度上避免了当前吸附法和吸收法存在的高能耗与环境问题，与未来大流量烟气CO2捕集的需求更为契合。目前应用最广泛的转轮吸附技术是在VOCs(挥发性有机化合物)治理领域，其需要250℃以上的再生温度(可由富集的VOCs燃烧自行提供热量)，同时工作原理决定了其难以实现解吸气的浓度在90％以上的目标。不同于VOCs转轮吸附捕集工艺，CO2捕集需要实现较高的富集浓度才具备商业化和环保价值，同时由于CO2捕集的超大规模，必须要考虑到能耗问题，所以要在保证捕集能力的基础上尽可能的降低再生温度。所以对于一般的转轮工艺而言，应用于烟气CO2捕集领域存在着瓶颈，首先是工艺的富集浓度难以达到目标要求；其次在于脱附温度过高而使得低品位余热难以得到利用，致使整体运行能耗较高。
[0004]现有技术之一提出一种VOCs蜂窝转轮吸附浓缩装置。该装置利用转轮的转动连续浓缩VOCs,将大流量低浓度废气浓缩为小流量较高浓度的废气，适用于较大流量的VOCs废气处理。但该装置存在两个关键问题，使其无法简单用于烟气CO2的处理，其一在于其脱附
温度高，能耗较高；其二为其浓缩气的浓度不高，对于CO2捕集而言，回收浓度之间关系到技术是否具备商业化的价值。故该技术未能在烟气CO2捕集领域受到重视。
[0005]现有技术之二提出一种基于回转式固定床的二氧化碳高温循环脱除方法。其采用两区式的固定床用于CO2的脱除，固定床采用钙基吸附剂填充，在吸附区CO2烟气中CO2被钙基吸收剂填料脱除并形成CaCO3，脱除CO2后烟气排出，CaO则通过碳酸化反应转化为CaCO3；固定床转子继续携带已转化为CaCO3的填料旋转至燃料气侧通道，燃料气与纯氧通入该区域发生燃烧并放出热量为CaCO3分解供热，释放出高浓度CO2，随后CO2由该反应区排出并被封存或作他用，CaCO3分解再生为CaO。通过两区循环实现烟气CO2捕集。该技术存在五个主要的问题，首先是由于没有冷却区，固定床整体温度较高，吸附效果不佳；其二在于需要燃料气提供高温来进行吸附剂的再生，能耗较高；其三在于采用填充床的形式使得床层的压阻过高，动力消耗大；其四在于吸附剂颗粒易受到磨损损坏和高温加热使结构受损，需要频繁更换吸附剂；其五该技术也存在捕集的CO2浓度不够高的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提出一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法，实现大规模低能耗的烟气CO2捕集。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置，所述装置包括：
[0009]旋转式吸附单元、供排气单元、动力单元、换热单元和二氧化碳(CO2)回收单元；
[0010]所述旋转式吸附单元吸附烟气中的二氧化碳；
[0011]所述供排气单元控制装置中的气流流量及方向；
[0012]所述动力单元为所述旋转式吸附单元提供动力；
[0013]所述换热单元为所述旋转式吸附单元提供冷量和解吸热量；
[0014]所述二氧化碳(CO2)回收单元用于处理并回收所述旋转式吸附单元解吸后的富集气；
[0015]所述供排气单元、动力单元、换热单元和二氧化碳回收单元均与所述旋转式吸附单元连接。
[0016]进一步地，所述旋转式吸附单元包括：整体式吸附床、机械安装架、转轴、若干密封辐条和三对挡板；
[0017]整体式吸附床位于机械安装架内部；转轴插入所述机械安装架的转轴孔，固定所述整体式吸附床；
[0018]所述挡板成对设置在所述机械安装架上下内壁，不与所述整体式吸附床接触，并与机械安装架密封(焊接)；三对所述挡板将所述机械安装架分隔为三个区域；所述三个区域分别为吸附区、脱附区和冷却区，所述吸附区、脱附区和冷却区所占区域面积之比为10：1
‑
5：1
‑
5，根据实际的烟气处理量、现场条件(烟气成分，现场余热)和装置规模进行调整；
[0019]所述密封辐条设置位置包括：挡板和整体式吸附床之间缝隙、整体式吸附床与所述机械安装架之间的缝隙，用于实现各区域之间的动态密封。
[0020]进一步地，所述整体式吸附床是通过动力单元将动力传至转轴带动所述整体式吸附床转动。
[0021]进一步地，为保证密封，所述三个区域的挡板与整体式吸附床之间、整体式吸附床的圆周、转轴与机械安装架之间均设置所述密封辐条，所述密封辐条为耐高温、耐溶剂的氟橡胶密封材料。
[0022]进一步地，整体式吸附床是技术的核心，提供吸附富集能力；整体式吸附床的主体是蜂窝状的陶瓷纤维骨架，吸附剂负载于陶瓷纤维骨架上形成整体式吸附床，其具备吸脱附动力学快、再生温度与再生能耗低、比表面积高、稳定性好、压阻低(处理大流量气流时优势明显)的优点。
[0023]进一步地，所述吸附区用于吸附烟气中的二氧化碳；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述装置包括：旋转式吸附单元、供排气单元、换热单元和二氧化碳回收单元；所述旋转式吸附单元吸附烟气中的二氧化碳；所述供排气单元控制气流流量及方向；所述换热单元为所述旋转式吸附单元提供冷量和解吸热量；所述二氧化碳回收单元用于处理并回收所述旋转式吸附单元解吸后的富集气；所述供排气单元、换热单元和二氧化碳回收单元均与所述旋转式吸附单元连接。2.根据权利要求1所述的一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述旋转式吸附单元包括：整体式吸附床、机械安装架、转轴、若干密封辐条和三对挡板；整体式吸附床位于机械安装架内部；转轴插入所述机械安装架的转轴孔，固定所述整体式吸附床；所述挡板成对设置在所述机械安装架上下内壁，不与所述整体式吸附床接触；三对所述挡板将所述机械安装架分隔为三个区域；所述密封辐条设置位置包括：挡板和整体式吸附床之间缝隙、整体式吸附床与所述机械安装架之间的缝隙。3.根据权利要求2所述的一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述三个区域分别为吸附区、脱附区和冷却区，所述吸附区、脱附区和冷却区所占区域面积之比为10：1
‑
5：1
‑
5。4.根据权利要求2所述的一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述整体式吸附床包括陶瓷纤维骨架和吸附剂，所述吸附剂负载于陶瓷纤维骨架上。5.根据权利要求2所述的一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述旋转式吸附单元还包括吸附区进气管道、吸附区脱碳后烟气排气管道、脱附区解吸气进气管道、脱附区富集气排气管道、冷却区冷空气进气管道和冷却区热空气排气管道；所述吸附区进气管道、吸附区脱碳后烟气排气管道分别设置在所述机械安装架的吸附区上下位置；所述脱附区解吸气进气管道、脱附区富集气排气管道分别设置在所述机械安装架的脱附区上下位置；所述冷却区冷空气进气管道、冷却区热空气排气管道分别设置在所述机械安装架的冷却区上下位置；所述转轴孔设置在所述机械安装架中心上下位置。6.一种旋转式低...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子宜，肖金，刘应书，周子浩，杨雄，刘文海，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：