本发明专利技术公开了一种气体分离系统以及使用该系统分离气体的方法，所述系统包括至少一个吸附塔和至少一个吸附-脱附塔，二者经管道相连通，吸附-脱附介质在吸附塔和吸附-脱附塔之间循环，其中所述吸附-脱附介质在达到吸附饱和前，吸附-脱附塔作为吸附塔对吸附气体进行吸附；而在所述吸附-脱附介质达到吸附饱和或接近饱和后，吸附-脱附塔作为脱附塔对吸附的气体进行脱附。本发明专利技术分离系统有效地延长了吸附-脱附介质的吸附时间，缩短了其脱附时间，从而大大地提高了吸附和脱附效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是，涉及一种吸附和脱附特定气体的分离系统以及使用该系统从废气或气体混合物中分离上述特定气体的方法。
技术介绍
随着在工业、生活领域中广泛使用石油、天然气、煤等燃料，这些燃料在燃烧过程中产生的废气排放问题作为全球规模的环境问题长期受到关注。上述废气中含有大量二氧化碳，而地球温室化的一个主要原因是由于大气中二氧化碳浓度增加。又如，许多工业上排放的废气中还可能包含除二氧化碳之外的成分、例如硫氧化物(SOx)，而硫氧化物有助于酸雨的形成。由于今后对上述燃料的需求仍然可观，因此怎样处理产生的废气或混合气中的二氧化碳或其他有毒气体将是一个严峻的问题。实际上，废气或混合气中的某些气体在一些工业过程中是需要供给的原材料，例如C02、CO、CH4, NH4等都可以被分离提纯后用作产品材料回收利用。比如，在碳捕获及储存(CCS)和提高原油采收(EOR)领域中二氧化碳是必不可少的原材料，为了获得高浓度二氧化碳或降低购买二氧化碳的成本，能够从混合气中便利地分离和回收二氧化碳是解决上述问题的一个重要途径。在过去的几十年中，关于从燃烧后的废气或混合气中分离和回收一些特定的气体一直是若干研究的课题，其中变温吸附(TSA)方法是利用吸附剂的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱附的操作方法。因为在燃料燃烧后的废气或混合气中二氧化碳的量较多，很多研究是从怎样回收利用废气中的二氧化碳开始的，这些研究早期针对的是所谓的二氧化碳的“湿”分离和回收方法，即基于用能够选择性吸附二氧化碳的合适溶液或溶剂洗涤混合气，并通过加热吸附溶液或溶剂来回收所吸附的二氧化碳的方法。但是，此方法遇到的问题在于洗涤溶液易受到其组分氧化现象的影响，而且，废气或混合气中通常还包含硫和氮氧化物(SOx和NOx)，与洗涤溶液中的某些组分反应，会产生稳定的盐和难以清除和处理的其他有害化合物，因此需要经常替换洗涤溶液。近年来，国内外研究主要集中在用固体吸附剂分离和回收二氧化碳的系统和方法上，例如US6，387，337公开了一种从混合气中分离二氧化碳的工艺，其中吸附反应器中使用了经脱附二氧化碳而还原成可以反复使用的碱金属或碱土金属的吸附剂，在一个双床式反应器之间移动。此工艺包括:第一反应器为填装有还原的吸附剂的吸附塔，将含有二氧化碳的混合气通入第一反应器中，从而将二氧化碳吸附在所述吸附剂上；将吸附有二氧化碳的用过的吸附剂移至第二反应器以便还原，用于脱附吸附剂上的二氧化碳的气体可包括天然气、甲烷、一氧化碳、氢气和一氧化碳与氢气的合成气；而后，将还原的吸附剂移至第一反应器，使其继续进行吸附过程。此工艺的流程和操作简单、高效，但是外源性还原气体的引入将直接导致分离后的二氧化碳纯度降低，进而需要进行额外的气体分离操作。US6, 755，892公开了一种从废气中分离二氧化碳的系统，该系统包括:填装含胺和腈官能团的吸附剂的二氧化碳吸附床；连通含二氧化碳的废气源和所述吸附床的管道；所述吸附床的出口管道；从所述吸附塔中释放出二氧化碳的再生装置；和至少一个可以控制所述吸附床的进出气的调节阀。此系统通过上述调节阀或加设的控制装置转换系统中的气流方向，从而进行吸附过程和脱附过程。而上述用于脱附二氧化碳的再生装置为加热器，系统中利用外设加热器加热所述吸附床，以便达到脱附二氧化碳的温度。另外，此专利技术中也提到可用通入蒸汽的方法达到脱附二氧化碳目的。此专利技术系统进行二氧化碳分离和回收所需的设备复杂、昂贵、难以操作，因而意味着需要高投资和高维护费用。此外，还存在外设性热源传热效率问题、分离后二氧化碳纯度、高压热蒸汽对吸附剂的磨损等问题。事实上，US6, 755，892所公开的二氧化碳分离系统包括了至少两个二氧化碳吸附剂床，其中当一个吸附剂床在吸附时，另一个吸附剂床在脱附，但由于脱附速度通常要比吸附速度快得多，两个吸附剂床无法同时达到满负荷，因此，该分离系统的吸附效率和脱附效率并不高。US7，153，344公开了一种从燃烧的氧化物废气中分离和回收二氧化碳的方法。该方法包括:将废气通入半渗透材料中，通过气体半渗透材料从所述废气中分离包括高浓度二氧化碳的气流，其中将至少一部分包括高浓度二氧化碳的气流用作工业生产的原料入料和/或储存至少一部分包括高浓度二氧化碳的气流。实际上，在US7，153，344所公开的分离系统中，一部分作为产物气体的包括高浓度二氧化碳的气流经加热后作为解吸气体回流又重新进入系统中，用于加热所述半渗透材料，以使其吸附的二氧化碳脱附。上述所有专利文献的公开内容在此全文引入以作参考。显然，对废气或混合气中的其它特定气体、例如C0、CH4、S0x、N0x、H2S或順4等进行吸附-脱附处理的系统和方法与二氧化碳的吸附-脱附系统和方法的原理是相同的。毫无疑问，在变更合适的吸附剂的情况下，吸附和脱附二氧化碳的系统及其分离二氧化碳的方法同样适用于其它气体的分离或提纯。尽管现有技术中公开了很多通过吸附-脱附机理分离气体的系统和方法，但普通存在由于低温吸附和高温脱附的速度不一致导致的吸附设备尺寸过大或分离效率低下的问题，如何解决这一问题以减小吸附设备尺寸或提高分离效率是气体分离与回收领域中亟待解决的问题。为解决上述现有技术中所面临的问题，本专利技术提供一种从气体混合物中分离某些特定气体的系统和方法，系统操作简单、成本低、效率高，可在低温吸附条件下对这些特定气体进行连续性快速吸附，并且可在未引入外源性脱附气体的条件下提高脱附效果，从而可分离得到高纯度的特定气体。此外，本专利技术系统和方法通过巧妙的构思，在不改变吸附剂种类和分离系统结构的情况下，延长了吸附剂的吸附时间，缩短了气体脱附的时间，从而通过同时提高吸附效率和脱附效率而使得吸附设备尺寸减小和气体分离效率大大提高，进而克服了现有技术中的上述技术难题。
技术实现思路
根据本专利技术第一个方面，提供一种气体分离系统，其包括至少一个吸附塔和至少一个吸附-脱附塔，二者通过管道相连通，以使吸附-脱附介质在吸附塔和吸附-脱附塔之间循环；其区别于现有技术的特征是:所述吸附-脱附介质在达到吸附饱和前，吸附-脱附塔作为吸附塔对气体混合物中的气体进行吸附处，以便充分吸附气体提高吸附效率；而在所述吸附-脱附介质达到吸附饱和或吸附接近饱和后，吸附-脱附塔作为脱附塔对吸附的气体进行脱附，以便提高气体脱附效率。任选地，可用直接加热或间接加热的方式对达到吸附饱和或吸附接近饱和的所述吸附-脱附介质进行加热，以使被吸附在所述吸附-脱附介质中的吸附气体脱附，直接加热指用热交换器、电加热、微波加热、和/或辐射加热等方式直接加热所述吸附-脱附介质；而间接加热指先加热解吸气体，而后将解吸气体作为热载体使之与所述吸附-脱附介质接触进行加热，其中热交换器优选地是热交换介质流经其中的盘管式热交换器，所述热交换介质例如是高压水蒸汽，氢气、二氧化碳和/或高温惰性气体等等。在所述吸附-脱附介质达到吸附饱和或吸附接近饱和后，吸附塔对混合物中的气体继续进行吸附，同时吸附-脱附塔作为托附塔对吸附到吸附-脱附介质中的气体进行脱附，优选地，可将在所述吸附-脱附塔中脱附的至少一部分产物气体作为解吸气体回流至吸附-脱附塔中。在对吸附气体进行上述吸附和脱附时，所述气体混合物与所述吸附-脱附介质的接触方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气体分离系统，包括：至少一个吸附塔和至少一个吸附?脱附塔，二者通过管道相连通，以使吸附?脱附介质在所述吸附塔和吸附?脱附塔之间循环，其特征在于：所述吸附?脱附介质在达到吸附饱和前，吸附?脱附塔作为吸附塔对气体混合物中的气体进行吸附，以便充分吸附气体提高吸附效率；而在所述吸附?脱附介质达到吸附饱和或接近饱和后，吸附?脱附塔作为脱附塔对吸附的气体进行脱附，以便提高气体脱附效率。
【技术特征摘要】
1.一种气体分离系统，包括: 至少一个吸附塔和至少一个吸附-脱附塔，二者通过管道相连通，以使吸附-脱附介质在所述吸附塔和吸附-脱附塔之间循环， 其特征在于:所述吸附-脱附介质在达到吸附饱和前，吸附-脱附塔作为吸附塔对气体混合物中的气体进行吸附，以便充分吸附气体提高吸附效率；而在所述吸附-脱附介质达到吸附饱和或接近饱和后，吸附-脱附塔作为脱附塔对吸附的气体进行脱附，以便提高气体脱附效率。2.根据权利要求1所述的系统，其中用直接加热或间接加热的方式对达到吸附饱和或吸附接近饱和的所述吸附-脱附介质进行加热，以使被吸附在所述吸附-脱附介质中的吸附气体脱附。3.根据权利要求2所述的系统，其中直接加热指用热交换器、电加热、微波加热、和/或辐射加热的方式直接加热所述吸附-脱附介质；而间接加热指先加热解吸气体，而后将解吸气体作为热载体使之与所述吸附-脱附介质接触进行加热。4.根据权利要求3所述的系统，其中热交换器指热交换介质流经其中的盘管式热交换器。5.根据权利要求1所述的系统，其中经所述吸附-脱附塔脱附的至少一部分产物气体作为解吸气体回流至吸附-脱附塔中。6.根据权利要求1所述的系统，其中在吸附和/或脱附气体时使所述气体混合物与所述吸附-脱附介质进行顺流或逆流接触和/或使吸附饱和或接近饱和的吸附-脱附介质与解吸气体进行顺流或逆流接触 。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸附塔之间以及所述吸附-脱附塔之间的连接方式为串联或并联。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸附气体为C02、CO、CH4,SOx, NOx, H2S或NH4中的一种或多种气体。9.根据权利要求1所述的系统，其中从所述系统外部通入所述吸附-脱附塔中的解吸气体是与所述产物气体相同的气体。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸附-脱附介质是选自以下物质中的一种或多种吸附剂:氧化钙、氧化镁、氧化铝、硅胶、活性炭、纳米碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宝冬，孙琦，苗强，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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