【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体吸附分离，具体涉及一种烟气中二氧化碳捕集、分离与精制一体化系统和方法。
技术介绍
1、co2是主要的温室气体之一，近年来，研究者们围绕co2的减排和利用开展了大量的研究工作。一方面通过优化能源结构，发展清洁能源，提高能源利用率，达到减排和控制co2增量的目的；另一方面则通过co2的捕集和资源化利用，减少大气中co2的含量。
2、在工业生产中，大量的co2被当作废气排放，这不仅破坏生态环境，给人类的生存带来恶劣的影响，也同时浪费了co2这一宝贵资源，捕集开发利用好co2这一资源，变废为宝，具有很好的经济效益和社会效益，市场前景将会是无比广阔。在co2捕集利用领域中，co2捕集、利用与封存技术(ccus)为减少co2排放、实现co2资源化和规模化利用提供了有力的技术支撑，ccus可以从炼化、水泥、燃煤火力发电、炼钢等企业的废气中，大规模回收co2加以利用。
3、ccus技术中捕集回收co2的方法主要包括：化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法、膜分离法和低温蒸馏法等。化学吸收法捕集co2因其吸收速率快、吸收效率高、技术较为成熟而被广泛使用。但化学吸收法捕集co2技术的主要不足之处是流程复杂、捕集系统能耗过高，为了减少co2捕集能耗，降低co2捕集成本，国内外学者正不断对现有流程进行优化与开发，开发新的co2捕集纯化工艺。
4、化学吸收法是利用co2的酸性特征，通常采用碱性溶液吸收co2，然后借助逆反应实现吸收剂的再生，从而实现co2的富集。在此过程中，富集得到的co2中，通常还含有少
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种烟气中二氧化碳捕集、分离与精制一体化系统和方法，大大的优化了工艺流程，有效降低了系统捕集能耗，实现了co2的资源化利用，对环境更加友好，节省了投资和运行成本。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种烟气中二氧化碳捕集、分离与精制一体化系统，包括两级膜分离提纯单元、复合硅胶变温吸附单元、活性炭吸附除杂单元、低温精馏液化分离单元，以及烟气入口、液态水出口、液态co2出口和管道；
4、所述两级膜分离提纯单元包括一级co2分离膜、二级co2分离膜、第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机和缓冲罐；其中，所述烟气入口通过管道依次连接第一压缩机、一级co2分离膜、第二压缩机、二级co2分离膜和第三压缩机；所述一级co2分离膜另设管道通往后续工段，所述二级co2分离膜另设管道连接至缓冲罐；所述缓冲罐另设管道回连至第一压缩机；所述第三压缩机通过管道连接至复合硅胶变温吸附单元；
5、所述复合硅胶变温吸附单元包括预吸附塔、第一吸附塔、再生塔、再生气加热器、再生气冷却器和再生气水分离罐；其中，所述第三压缩机通过管道分别连接至预吸附塔和第一吸附塔；所述预吸附塔通过管道连接至再生气加热器，所述再生气加热器通过管道分别连接至第一吸附塔和再生塔；所述第一吸附塔和再生塔均通过管道依次连接再生气冷却器和再生气水分离罐；所述再生气水分离罐通过管道分别回连至预吸附塔、第一吸附塔和再生塔，并另设管道连接至液态水出口；所述第一吸附塔和再生塔均另设管道连接至活性炭吸附除杂单元；
6、所述活性炭吸附除杂单元包括第二吸附塔和第三吸附塔；其中，所述第一吸附塔和再生塔均另设管道分别连接至第二吸附塔和第三吸附塔；所述第二吸附塔和第三吸附塔均通过管道连接至低温精馏液化分离单元；
7、所述低温精馏液化分离单元包括精馏塔、预冷器、液化器、冷却器和再沸器；其中，所述第二吸附塔和第三吸附塔均通过管道分别连接至预冷器和再沸器；所述预冷器通过管道连接至液化器；所述精馏塔通过管道连接至再沸器；所述液化器通过管道分别连接至冷却器和精馏塔，所述冷却器通过管道回连至液化器；所述再沸器通过管道连接至两级膜分离提纯单元的缓冲罐，并另设管道回连至精馏塔；所述精馏塔另设管道分别连接至液态co2出口和预冷器；所述预冷器另设管道通往发电厂。
8、基于上述系统的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，包括以下步骤：
9、步骤1)两级膜分离初步提纯：待处理烟气由烟气入口进入两级膜分离提纯单元，首先通过第一压缩机加压，然后通入一级co2分离膜，使烟气中co2浓度从14％提升到37％；从一级co2分离膜出来的烟气再通过第二压缩机加压，然后通入二级co2分离膜，使co2浓度提升到95％；未渗透完全的烟气进入缓冲罐与从低温精馏液化分离单元输送来的co2混合以后，重新进入一级co2分离膜进行分离提纯；经过两级膜分离提纯单元处理以后，烟气得到初步分离，烟气中co2浓度达到95％，至此烟气通过第三压缩机通往复合硅胶变温吸附单元；
10、步骤2)复合硅胶变温吸附：
11、步骤2-1)吸附：由第三压缩机输送的烟气分为两部分处理，其中占总气量85％的一部分烟气自下而上进入第一吸附塔，干燥后的气体由上方出口阀流出送至活性炭吸附除杂单元，此时再生塔内的吸附剂处于再生状态；
12、步骤2-2)加热：另一部分占总气量15％的烟气经过预吸附塔干燥后进入再生气加热器进行加热，然后逆吸附方向进入第一吸附塔冲冼其内的吸附剂；脱附的水分随气流排出经过再生气冷却器、再生气水分离罐分离出水分后，重新进入第一吸附塔进行干燥，此时再生塔内的吸附剂再生完成；由再生气水分离罐分离出的水分经液态水出口排出，回收利用；
13、步骤2-3)冷却：为了能让吸附剂重复使用，需对吸附剂进行冷却，即通过分配占总气量15％的烟气并顺着吸附的方向冲洗再生塔内的吸附剂，使之基本冷却至环境温度；
14、步骤3)活性炭吸附除杂：来自复合硅胶变温吸附单元的co2气体自下而上通入第二吸附塔和第三吸附塔，烟气中的杂质被其内的改性粉煤灰so2吸附剂吸附，得到高浓度co2气体，进而通往低温精馏液化分离单元；
15、步骤4)经过吸附除杂的高浓度co2分为两部分处理，占总气量95％的一部分co2先通入预冷器，利用从精馏塔顶采出的低温气体进行初步降温，然后将预冷以后的co2气体通入液化器，利用冷却器循环冷却降温到-20℃，对co2进行液化处理；将占总气量5％的另一部分co2通入精馏塔底的再沸器，对精馏塔进行再沸加热；加热完成以后，将co2引入两级膜分离提纯单元的缓冲罐中，与未渗透完全的烟气混合以后，重新进行提纯分离，从而实现系统能量的最大化利用；最后将液化后的co2通入精馏塔进行低温精馏，从精馏塔顶采出废气供给发电厂进一步使用，从精馏塔底采出工业级液态co2，由液态co2出口排出，回收利用。
16、优选地，步骤3)所述改性粉煤灰so2吸附剂的制备方法如下：
17、步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种烟气中二氧化碳捕集、分离与精制一体化系统，其特征在于，包括两级膜分离提纯单元、复合硅胶变温吸附单元、活性炭吸附除杂单元、低温精馏液化分离单元，以及烟气入口、液态水出口、液态CO2出口和管道；
2.基于权利要求1所述系统的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3)所述改性粉煤灰SO2吸附剂的制备方法如下：
4.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3-1)所述硝酸镍、硝酸锰、氟化氨、尿素、粉煤灰的质量比为4:1:1:2～4:2:1:2。
5.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3-1)所述硝酸镍与水及粉煤灰的质量比为1:80:80～1:120:100。
6.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3-1)所述水热反应温度为150～180℃。
7.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精
8.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3-2)所述高温热处理的温度为500～800℃。
9.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，所述改性粉煤灰SO2吸附剂为表面覆盖有多孔炭-微量金属的粉煤灰吸附剂。
10.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，所述改性粉煤灰SO2吸附剂的表面积为40～60m2/g。
...【技术特征摘要】
1.一种烟气中二氧化碳捕集、分离与精制一体化系统，其特征在于，包括两级膜分离提纯单元、复合硅胶变温吸附单元、活性炭吸附除杂单元、低温精馏液化分离单元，以及烟气入口、液态水出口、液态co2出口和管道；
2.基于权利要求1所述系统的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3)所述改性粉煤灰so2吸附剂的制备方法如下：
4.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3-1)所述硝酸镍、硝酸锰、氟化氨、尿素、粉煤灰的质量比为4:1:1:2～4:2:1:2。
5.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集、分离与精制的方法，其特征在于，步骤3-1)所述硝酸镍与水及粉煤灰的质量比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆诗建，刘玲，康国俊，倪中海，闫新龙，朱佳媚，赵云，李国玲，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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