一种捕集烟道气中二氧化碳系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种捕集烟道气中二氧化碳的系统和方法，其中方法包括先进行气体吸附步骤，然后进行气体解吸步骤；系统包括多层变压吸附装置，所述多层变压吸附装置含有至少一个吸附床，每个吸附床含有至少一层水蒸气吸附层和至少一层二氧化碳吸附层；所述水蒸气吸附层在所述二氧化碳吸附层的下方，使烟道气先通过水蒸气吸附层，然后通过二氧化碳吸附层。本发明专利技术提供的一种捕集烟道气中二氧化碳的系统和方法，在分离烟道气中的二氧化碳的同时也除去烟道气中的水蒸气。其优势在于：不必再事先多装一个干燥设备就可以在捕获二氧化碳的同时也可以一起把水蒸气除掉的方法，可大大降低变压吸附捕获二氧化碳的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种捕集烟道气中二氧化碳的系统和方法，尤其涉及一种利用多层真空变压吸附技术捕集烟道气中的高湿二氧化碳的系统和方法。
技术介绍
变压吸附分离提纯CO2的技术可以从多种含CO2的气源中捕获提纯CO2，满足CO2的多种工业用途。具有能耗低、吸附剂使用周期长、工艺流程简单、自动化程度高、环境效益好、无污染产生等优点。关于利用真空变压吸附捕集CO2技术中吸附剂的选择，目前最常用也是最具有优势的吸附剂是13X沸石分子筛。不过目前的大多数研究几乎都集中在假设工业废气为干燥气体的如提下。但是真正的烟道气中含有10%左右的饱和水蒸气、微量硫化物、氮化物以及颗粒物等杂质。然而，当13X吸附床通过含有高湿烟道气时(>5%H20)，13X的的吸附能力会大大降低。传统的方法是利用干燥设备在废气通过吸附床之前除去烟道气中的饱和水蒸气，而高湿的水蒸气处理量很大，干燥剂的及时活化和更新也是问题，这也会大大增加捕集CO2的成本。中国专利申请号200680033169.0的专利技术专利申请公布说明书公开了，一种纯化二氧化碳的方法，该方法包括使要进行处理的低纯度气流通过至少一个吸附床，所述吸附床含有至少两层选自以下的吸附层干燥剂、沸石或其离子交换形式的沸石、和活性碳。但该方法只包括了气体吸附步骤，而且该气体吸附步骤吸附的是其它杂质气体而不是二氧化碳。目前，大多数关于多层变压吸附去除水蒸气的研究也仅限于空气提纯系统中微量级(ppm I eve I)饱和水蒸气含量的研究，而在本专利技术中，使用的烟道气中水蒸气的含量在520%之间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是利用多层变压吸附的原理，在同一个吸附床内先用强亲水性并易解吸的吸附剂截留住烟道气中的水蒸气，保护主CO2吸附层。CO2吸附层选用对于CO2具有最高吸附选择性的吸附剂。最终达到仅用一套吸附装置同时分离水蒸气和CO2,最终实现高浓度捕集CO2的方法。本专利技术包括下列步骤(I)吸附装置设计的进气方向为从下往上，烟道气就由吸附床下方流进，而未被吸附的废气(主要含有氮气)由吸附床上方流出。(2)解吸的方向为从上至下，被解吸下来的CO2及H2O和少量N2由吸附床下方流出。(3)从吸附床上解析下来的浓缩的二氧化碳气体被减压装置打进产品罐。其中，湿度传感器被安装在吸附床的下端入口处，监测进气及被解吸气体的湿度，本专利技术中烟道气中水蒸气的体积浓度为5-20%。不同浓度范围内的CO2浓度传感器被分别安装在进气口处、出气口处和产品罐处，随时监测进气、废气和产品气中CO2的瞬时浓度。其中烟道气中CO2所占的体积百分比为5-30%温度传感器、流速计和压力传感器分别安装在不同的单元内监测不同循环条件下的气体温度、流速和气体的压力值。其中烟道气的温度为20-150° C，进气流量为50-500L/min，变压操作的正压范围之内运行的绝对压力值为100-300kPa，变压操作的在负压范围之内运行的绝对压力值为l-100kPa。通过减压装置获取用来解吸的负压。为了实现各种步骤的循环操作，在吸附床两头都各安装了气动转换阀。通过程序控制下的转化阀的闭合可以实现不同操作步骤间的互相转换。操作程序通过GEFANUC PLC操作系统控制，电脑显示界面由Citect/SCADA控制。本专利技术中的吸水材料选自活性氧化铝，活性氧化硅铝材料、硅胶及其组合。本专利技术中其吸CO2的吸附材料选自选自13X沸石分子筛、LiX沸石分子筛、CaX沸石分子筛、活性炭、金属有机框架类材料(M0F)、水滑石类材料(Hydrotalcite-1ikecompounds)及其组合。本专利技术中吸附剂的比表面积、孔体积和孔径大小都通过吸附测试仪ASAP2010(Micromeritics, USA)在液氮温度下(77K)测定。测试前,样品在350° C真空条件下活化12h，除去样品之前所吸附的水蒸气和其他杂质，保证测试前样品的孔径干净。BET法被用来计算样品在P/P。为O. 05 - O. 25条件下的比表面积SBET。基于孔径集合因素的DensityFunctional Theory(DFT)模型被用来计算样品的孔分布。烟道气首先通过至少一层吸水材料层，然后通过至少一层吸CO2材料层。本专利技术中吸附装置按照两步、三步、四步法、六步、或九步法操作。本专利技术中二氧化碳的捕集发生在烟道气除尘和脱硫脱硝之后。本专利技术中吸附床末端出气口处废气中CO2浓度范围在体积百分比0. 1_10%。本专利技术提供的一种捕集烟道气中二氧化碳的方法和体统包含如下技术方案如下(I) 一种捕集烟道气中二氧化碳的方法，包括气体吸附步骤和气体解吸步骤；所述气体吸附步骤为将烟道气通过多层变压吸附装置，在所述多层变压吸附装置的吸附床中将水蒸气和二氧化碳吸附在吸附层上，而未被吸附的废气流出所述吸附床；所述气体解吸步骤为减小所述吸附床中的压力使二氧化碳从吸附层上解吸出来。(2)根据(I)所述的方法，通过减压装置实现减小所述吸附床中的压力。(3)根据(I) - (2)任一项所述的方法，所述多层变压吸附装置含有至少一个吸附床，每个吸附床含有至少一层水蒸气吸附层和至少一层二氧化碳吸附层；烟道气先通过水蒸气吸附层，然后通过二氧化碳吸附层。(4)根据(I) - (3)任一项所述的方法，所述水蒸气吸附层含有吸水材料，选自活性氧化铝，活性氧化硅铝材料、硅胶及其组合；所述二氧化碳吸附层含有吸附材料，选自选自13X沸石分子筛、LiX沸石分子筛、CaX沸石分子筛、活性炭、金属有机框架类材料、水滑石类材料及其组合。(5)根据(I) - (4)任一项所述的方法，所述多层变压吸附装置的进气方向为从下往上，烟道气由吸附床下方流进，而未被吸附的废气由吸附床上方流出；解吸的方向为从上至下，被解吸出来的气体由吸附床下方流出。(6)根据(I) - (5)任一项所述的方法，在气体吸附步骤之后、气体解吸步骤之前还包括产品气冲洗步骤。(7)根据(I) - (6)任一项所述的方法，所述多层变压吸附装置含有至少两个吸附床，一个吸附床进行气体吸附步骤或者气体解吸步骤，其它的吸附床进行压力均衡步骤。(8)根据(I) - (7)任一项所述的方法，所述烟道气含有占总体积5-30%的二氧化碳和5-20%的水蒸气；所述烟道气的温度为20-150° C，流量为50-500L/min。( 9 )根据(I) - ( 8 )任一项所述的方法，在气体吸附步骤之前还包括烟道气除尘步骤和脱硫脱硝步骤。( 10)根据(I) - (9)任一项所述的方法，变压操作是在正压范围之内运行，其绝对压力值为100-300kPa。(11)根据(I) - (10)任一项所述的方法，变压操作是在负压范围之内运行，其绝对压力值为l-100kPa。(12)—种捕集烟道气中二氧化碳的系统，包括多层变压吸附装置，所述多层变压吸附装置含有至少一个吸附床，每个吸附床含有至少一层水蒸气吸附层和至少一层二氧化碳吸附层；所述水蒸气吸附层在所述二氧化碳吸附层的下方，使烟道气先通过水蒸气吸附层，然后通过二氧化碳吸附层。(13)根据(12)所述的系统，所述多层变压吸附装置的进气方向为从下往上，烟道气由吸附床下方流进，而未被吸附的废气由吸附床上方流出；解吸的方向为从上至下，被解吸出来的气体由吸附床下方流出。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捕集烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于：包括气体吸附步骤和气体解吸步骤；所述气体吸附步骤为将烟道气通过多层变压吸附装置，在所述多层变压吸附装置的吸附床中将水蒸气和二氧化碳吸附在吸附层上，而未被吸附的废气流出所述吸附床；所述气体解吸步骤为减小所述吸附床中的压力使二氧化碳从吸附层上解吸出来。

【技术特征摘要】
1.一种捕集烟道气中二氧化碳的方法，其特征在于包括气体吸附步骤和气体解吸步骤；所述气体吸附步骤为将烟道气通过多层变压吸附装置，在所述多层变压吸附装置的吸附床中将水蒸气和二氧化碳吸附在吸附层上，而未被吸附的废气流出所述吸附床；所述气体解吸步骤为减小所述吸附床中的压力使二氧化碳从吸附层上解吸出来。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过减压装置实现减小所述吸附床中的压力。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述多层变压吸附装置含有至少一个吸附床，每个吸附床含有至少一层水蒸气吸附层和至少一层二氧化碳吸附层；烟道气先通过水蒸气吸附层，然后通过二氧化碳吸附层。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述水蒸气吸附层含有吸水材料，选自活性氧化铝，活性氧化硅铝材料、硅胶及其组合；所述二氧化碳吸附层含有吸附材料，选自选自13X沸石分子筛、LiX沸石分子筛、CaX沸石分子筛、活性炭、金属有机框架类材料、水滑石类材料及其组合。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述多层变压吸附装置的进气方向为从下往上，烟道气由吸附床下方流进，而未被吸附的废气由吸附床上方流出；解吸的方向为从上至下，被解吸出来的气体由吸附床下方流出。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于在气体吸附步骤之后、气体解吸步骤之前还包括产品气冲洗步骤。7.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于所述多层变压吸附装置含有至少两个吸附床，一个吸附床进行气体吸附步骤或者气体解吸步骤，其它的吸附床进行压力均衡步骤。8.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于所述烟道气含有占总体积5-30%的二氧化碳和5-20%的水蒸气；所述烟道气的温度为20-150° C，流量为50-500L/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐冬，郭桦，张军，保罗·韦伯利，翟玉春，
申请(专利权)人：国电新能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：