【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水蒸气和二氧化碳混合气体的分离提纯系统及方法，属于超临界水中煤气化制氢热力发电系统与热能动力及工业生产碳捕集。
技术介绍
1、温室气体co2减排问题已成为全球重大环境问题，二氧化碳减排及其资源化利用对未来经济发展，实现“碳达峰”和“碳中和”至关重要。目前能源系统中，超临界水中煤气化制氢热力发电系统与热能动力及工业生产碳捕集系统等排放气体大都为水蒸气和二氧化碳混合气体（以下简称co2/h2o混合气体）。目前现有技术中对于co2/h2o混合气体的分离提纯采用冷凝-压缩-冷凝和真空变压吸附方法，该技术采用变压吸附，一方面能耗较高，增加了运行成本，且造成大量低温热能浪费排放；另一方面无法实现高效分离，使co2纯度无法满足工业生产的需要；同时由于二氧化碳中含有部分水蒸气，容易生成碳酸、碳酸盐等物质，容易引起管线、阀门和仪表等设备的腐蚀或堵塞，严重时会导致管道破坏或停产，从而带来巨大的经济损失。
2、综上所述，减少二氧化碳排放，保护环境；提高分离co2/h2o混合气体中的co2纯度，满足工业生产的需求，降低运行成本是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的系统及方法，使其能够进一步提高分离co2/h2o混合气体中的co2纯度，满足工业生产的需求；同时回收利用co2/h2o混合气体的低温热能，减少低温热能浪费排放的问题，提高能源的综合利用效率，最大限度地降低运行成本。
2、为达到上述目的，本
3、一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，含有压缩机和冷凝器，其特征在于：所述系统包括装有吸附材料的吸附塔、一个或两个吸收式热泵；所述冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述压缩机包括第一压缩机和第二压缩机；所述第一冷凝器、第一压缩机、第二冷凝器和吸附塔通过气体管路依次连接，吸附塔的气体出口和第二压缩机的气体进口连接；
4、当采用一个吸收式热泵时，所述吸收式热泵与第一冷凝器或第二冷凝换器分别通过冷凝换热管连接，且每个吸收式热泵的出水管分别与用户供水管连接；当采用两个吸收式热泵时，第一吸收式热泵与第一冷凝器通过冷凝换热管连接，第二吸收式热泵与第二冷凝器通过冷凝换热管连接，且第一吸收式热泵的出水管与第二吸收式热泵的进水管相连，第二吸收式热泵的出水管与用户供水管连接。
5、进一步地，所述系统包括再生塔和干燥塔，所述吸附塔、再生塔和干燥塔通过吸附材料输送管道依次相连。
6、进一步地，所述分离系统含有对吸附材料进行活化再生的气体回路，该气体回路的一端与再生塔的上部连接，另一端通过气体管道依次与第一冷凝器的进口、第一压缩机出口和再生塔的下部入口连接。
7、进一步地，所述系统含有吸附材料循环使用回路，该循环回路的一端通过吸附材料输送管道与干燥塔顶部连接，另一端与吸附塔的底部连接。
8、本专利技术提供的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，当采用一个吸收式热泵时，该方法包括如下步骤：
9、1）含水蒸气和二氧化碳混合气体的原料气进入第一冷凝器，冷凝后的混合气体经第一压缩机(3) 压缩，温度升高后进入第二冷凝器中；
10、2）第一吸收式热泵吸收第一冷凝器的循环冷却水的热量，使第一吸收式热泵的进水温度升高后直接作为用户供水；或第二吸收式热泵吸收第二冷凝器的循环冷却水的热量，使第二吸收式热泵的进水温度升高后直接作为用户供水；
11、3）从第二冷凝器出来的混合气体进入吸附塔中，进入吸附塔的混合气体被吸附材料吸附后分离提纯，排出二氧化碳，经第二压缩机压缩后，得到纯净的适于工业应用的二氧化碳。
12、本专利技术提供的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，当采用两个吸收式热泵时，该方法包括如下步骤：
13、1）含水蒸气和二氧化碳混合气体的原料气进入第一冷凝器，冷凝后的混合气体经第一压缩机压缩，温度升高后进入第二冷凝器中；
14、2）第一吸收式热泵吸收第一冷凝器的循环冷却水的热量，使第一吸收式热泵的进水温度升高，升高后的热水作为第二吸收式热泵的进水，使第二吸收式热泵吸收第二冷凝器的循环冷却水的热量，水温升高后作为用户供水；
15、3）从第二冷凝器出来的混合气体进入吸附塔中，进入吸附塔的混合气体被吸附材料吸附分离，排出二氧化碳，经第二压缩机压缩后，得到纯净的适于工业应用的二氧化碳。
16、优选地，步骤1）中经第一压缩机压缩后混合气体的温度为80-100℃，该混合气体分为两部分，其中大部分混合气体进入第二冷凝器后参与分离吸附，小部分混合气体通过气体管路进入再生塔对吸附材料进行再生，然后从再生塔的上部排出，并与原料气混合后进入分离系统。
17、优选地，所述吸附材料采用三氧化二铝、活性炭、沸石3a和沸石13x中的一种或几种。
18、优选地，将再生后的吸附材料送入干燥塔中进行干燥，然后通过吸附材料输送管道返回吸附塔中，使吸附材料循环使用。
19、优选地，在干燥塔中对吸附材料进行干燥的气体采用从第二压缩机中排出的纯净二氧化碳作为干燥介质。
20、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本专利技术采用两级冷凝-压缩和装有吸附材料的吸附塔进行吸附分离，并采用吸收式热泵将冷凝后的大量低温热能进行回收利用，不仅有效克服了现有技术中存在的能耗高、运行成本高的问题，而且有效回收了低温热能，为生产生活供应热水提供了有利条件；②本专利技术增加了再生塔和干燥塔，采用部分混合气体作为再生气体源，且采用吸附材料循环使用的技术方案，使其不仅系统结构紧凑，而且减少了吸附材料的使用量和储存成本，故在很大程度上降低了设备的运行费用，从而显著提高了经济效率；③本专利技术有效解决了高效分离提纯二氧化碳的技术问题，使co2 的提纯率高达95%以上，既可满足工业生产的需求，而且能防止因混合气体中的co2存在而引起管线、阀门和仪表等设备的腐蚀或堵塞，进而导致管道破坏或停产的严重后果，不但能够避免co2排放，还能够解决传统热力循环过程中的资源回收问题，在很大程度上提高了能源的综合利用率，在能源形势日趋紧张的今天具有非常重要的意义。
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1.一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，含有压缩机和冷凝器，其特征在于，所述系统包括装有吸附材料的吸附塔（5）、一个或两个吸收式热泵；所述冷凝器包括第一冷凝器（2）和第二冷凝器（4）；所述压缩机包括第一压缩机（3）和第二压缩机（6）；第一冷凝器（2）、第一压缩机（3）、第二冷凝器（4）和吸附塔（5）通过气体管路依次连接，吸附塔（5）的气体出口和第二压缩机（6）的气体进口连接；
2.如权利要求1所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，其特征在于：所述系统包括再生塔（8）和干燥塔（9），所述吸附塔（5）、再生塔（8）和干燥塔（9）通过吸附材料输送管道依次相连。
3.如权利要求2所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，其特征在于：所述分离系统含有对吸附材料进行活化再生的气体回路，该气体回路的一端与再生塔（8）的上部连接，另一端通过气体管道依次与第一冷凝器的进口、第一压缩机出口和再生塔（8）的下部入口连接。
4.如权利要求2或3所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，其特征在于，所述系统含有吸附材料
5.如权利要求1-4任一权利要求所述系统的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，当采用一个吸收式热泵时，该方法包括如下步骤：
6.如权利要求1-4任一权利要求所述系统的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，当采用两个吸收式热泵时，该方法包括如下步骤：
7.如利要求5或6所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，步骤1）中经第一压缩机压缩后混合气体的温度为80-100℃，该混合气体分为两部分，其中大部分混合气体进入第二冷凝器后参与分离吸附，小部分混合气体通过气体管路进入再生塔（8）对吸附材料进行再生，然后从再生塔的上部排出，并与原料气（1）混合后进入分离系统。
8.如权利要求7所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，将再生后的吸附材料送入干燥塔（9）中进行干燥，然后通过吸附材料输送管道返回吸附塔（5）中，使吸附材料循环使用。
9.如权利要求5或6 所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，所述吸附材料采用三氧化二铝、活性炭、沸石3A和沸石13X中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离方法，其特征在于，在干燥塔中对吸附材料进行干燥的气体采用从第二压缩机（6）中排出的纯净二氧化碳作为干燥介质。
...【技术特征摘要】
1.一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，含有压缩机和冷凝器，其特征在于，所述系统包括装有吸附材料的吸附塔（5）、一个或两个吸收式热泵；所述冷凝器包括第一冷凝器（2）和第二冷凝器（4）；所述压缩机包括第一压缩机（3）和第二压缩机（6）；第一冷凝器（2）、第一压缩机（3）、第二冷凝器（4）和吸附塔（5）通过气体管路依次连接，吸附塔（5）的气体出口和第二压缩机（6）的气体进口连接；
2.如权利要求1所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，其特征在于：所述系统包括再生塔（8）和干燥塔（9），所述吸附塔（5）、再生塔（8）和干燥塔（9）通过吸附材料输送管道依次相连。
3.如权利要求2所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，其特征在于：所述分离系统含有对吸附材料进行活化再生的气体回路，该气体回路的一端与再生塔（8）的上部连接，另一端通过气体管道依次与第一冷凝器的进口、第一压缩机出口和再生塔（8）的下部入口连接。
4.如权利要求2或3所述的一种用于分离水蒸气和二氧化碳混合气体的分离系统，其特征在于，所述系统含有吸附材料循环使用回路，该循环回路的一端通过吸附材料输送管道与干燥塔（9）的顶部连接，另一端与吸附塔（5）的底部连接。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述系统的一种用于分离...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁军辉，王随林，穆连波，曹凤岩，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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