本發(fā)明專利技術涉及一種多級捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)和方法，其中系統(tǒng)包括至少兩組變壓吸附裝置；每一組變壓吸附裝置含有至少一個吸附床；第一級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級以后的各級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料；而方法為將煙道氣通過上述系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術利用簡單的循環(huán)步驟設計了多級VSA工藝。在第一級步驟中，采用疏水性吸附劑材料，可以使12%的CO2濃縮至濃度至40–60%，并且保證高于90%的CO2回收率。第一級操作結束后，大部分水蒸氣直接穿透吸附床而被排除。在第一級以后的各級操作中，采用13X作為吸附劑，可以使40–60%的CO2很容易被提純至濃度為95%以上。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，尤其涉及一種利用多級真空變壓吸附技術捕集煙道氣中的高濕二氧化碳的系統(tǒng)和方法。
技術介紹
在真空變壓吸附(vacuum swing adsorption, VSA)分離煙道氣中CO2的工藝中，活性炭和13X沸石分子篩一直都是最廣泛應用的吸附劑材料。如果對比活性炭和13X分子篩的分離效果，由于13X具有較高的CO2吸附量和較高的吸附選擇性，13X分子篩具有更好的分離CO2的效果。但是水蒸氣的存在會使13X被污染而失去活性。除了以上兩種吸附劑外，類滑石材料及金屬有機框架類材料(MOF)等吸附劑由于具有特殊的孔結構也是近年來研究的熱點。然而，這些材料也才僅僅處在研究的起步階段，離工業(yè)化階段還需要十幾年或者更長時間。實際煙道氣中含有5 - 10%的飽和水蒸氣不能被除去，13X會被水蒸氣嚴重污染。如果分離CO2之前通過干燥設備除去水蒸氣也會大大增加分離CO2的運行成本。反過來，雖然活性炭對水蒸氣并不敏感，但是由于較低的分離選擇性，活性炭分離CO2的純度相對較低。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是利用二級變壓吸附的原理，當煙道氣通過第一級疏水性吸附劑材料時，大部分水蒸氣穿過吸附床吸附床而被除去。從第一級吸附裝置解吸下來首次濃縮的CO2作為第二級吸附裝置的進氣，高濃度的進氣可以在很簡單操作步驟條件下得到高純度的CO2，最終達到僅用簡單吸附裝置在解決水蒸氣問題的同時，高效捕集co2。本專利技術所述的二級真空變壓吸附工藝，詳細內容如下首先進氣中含有12%C02和50° C下飽和水蒸氣的煙道氣由第一級VSA分離。第一級VSA中采用的吸附劑為活性炭，原因是水蒸氣對活性炭對分離CO2的影響很小。操作過程中控制進氣時間，從而保證很高的(90%以上)CO2回收率。但是由于活性炭較差的C02/N2選擇性，第一級VSA中分離的CO2純度較低(40-60%)。由吸附床中解吸下來的產品氣混有高于飽和蒸汽壓下濃度的水蒸氣，經過減壓裝置后會大部分凝聚成液態(tài)水。產品氣流經存儲罐后由于溫度的下降與會使水蒸氣進一步凝聚成液態(tài)水。經過兩次凝聚后，CO2的純度因為水蒸氣濃度的減小會相應地提高，并且此時產品氣中只含有少量的水蒸氣。煙道氣進入第一級吸附裝置的量有兩種選擇，一種是要保證控制體積濃度小于3%以內的CO2穿過吸附床；另一種情況使穿過吸附床的二氧化碳最高含量與進氣中二氧化碳含量相當，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到進氣口與進氣混合。不保證CO2通過第一組裝置的回收率達90% (體積百分比)以上。在第二級步驟中，以第一級VSA中濃縮的40 - 60%的CO2為進氣，很容易被提純至濃度為95%以上。由于較大的P/F (沖洗/進氣)比率，痕量的水蒸氣不會污染13X而被很容易解吸出來或者保證在吸附床內很低的濃度鋒面而不上升。穿過第二級吸附床的進氣有三種選擇，一種為控制小于3%以內的CO2穿過吸附床；另一種情況使穿過吸附床的二氧化碳最高含量與煙道中二氧化碳含量相當，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到第一組裝置的進氣口與煙道氣混合；第三種情況是使穿過吸附床的二氧化碳最高含量與第二級進氣中二氧化碳含量相當，這種情況下使CO2濃度大于一定值(2-10%)后的那部分排出廢氣重新送到第二組裝置的進氣口與進氣混合。第一級裝置的兩種選擇與第二級選擇的兩種選擇可以根據實際需要隨意組合。本吸附裝置設計的進氣方向為從下往上，這樣煙道氣就由吸附床下方流進，而未被吸附的廢氣(主要含有氮氣和水蒸氣)由吸附床上方流走。解吸的方向為從上至下,這樣被解吸下來的CO2及H2O和少量N2就會由吸附床下方流出被減壓裝置并打進產品罐。從吸附床上解吸下來的濃縮的二氧化碳氣體被減壓裝置打進產品罐。其中，濕度傳感器被安裝在吸附床的下端入口處，監(jiān)測進氣及被解吸氣體的濕度，本專利技術中煙道氣中水蒸氣的體積濃度為5-20%。不同濃度范圍內的CO2濃度傳感器被分別安裝在進氣口處、出氣口處和產品罐處，隨時監(jiān)測進氣、廢氣和產品氣中CO2的瞬時濃度。其中煙道氣中CO2所占的體積百分比為5-30%溫度傳感器、流速計和壓力傳感器分別安裝在不同的單元內監(jiān)測不同循環(huán)條件下的氣體溫度、流速和氣體的壓力值。其中煙道氣的溫度為20-150° C，進氣流量為50-500L/min，變壓操作的正壓范圍之內運行的絕對壓力值為100-300kPa，變壓操作的在負壓范圍之內運行的絕對壓力值為0-100kPa。通過減壓裝置獲取用來解吸的負壓。為了實現各種步驟的循環(huán)操作，在吸附床兩頭都各安裝了氣動轉換閥。通過程序控制下的轉化閥的閉合可以實現不同操作步驟間的互相轉換。操作程序通過GEFANUC PLC操作系統(tǒng)控制，電腦顯示界面由Citect/SCADA控制。疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合。吸CO2的吸附劑主要選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、娃膠、活性氧化招、金屬有機框架類材料(M0F)、水滑石類材料(Hydrotalcite-l ikecompounds)及其組合。二氧化碳的捕集發(fā)生在煙道氣除塵、煙氣脫硫脫銷之后。本專利技術提供的，包含如下技術方案如下(I) 一種多級捕集煙道氣中二氧化碳的方法，將煙道氣通過至少兩組變壓吸附裝置；每一組吸附裝置含有至少一個吸附床；第一級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級以后的各級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。(2)根據(I)所述的方法，在每一組變壓吸附裝置中進行氣體吸附步驟和氣體解吸步驟；所述氣體吸附步驟為將煙道氣通過變壓吸附裝置，將二氧化碳吸附在所述變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料上，而未被吸附的廢氣流出所述吸附床；所述氣體解吸步驟為減小所述吸附床中的壓力使二氧化碳從吸附材料上解吸出來。(3)根據(I) - (2)任一項所述的方法，通過減壓裝置實現減小所述吸附床中的壓力。(4)根據(I) - (3)任一項所述的方法，煙道氣首先通過含有疏水吸附劑材料的第一級裝置。(5)根據(I) - (4)任一項所述的方法，含高濕水蒸氣的煙道氣經疏水材料吸附床后，大部分水蒸氣穿過吸附床被廢氣帶走，小部分水蒸氣被吸附在吸附劑表面，這部分水蒸氣在解析過程中同產品氣一起被解析下來；含有二氧化碳吸附劑的吸附床中吸附的少量水蒸氣也可以隨產品氣一起被解析下來。(6)根據(I) - (5)任一項所述的方法，從每級吸附裝置解吸下來的飽和水蒸氣因為解析后的溫度低于吸附床內時的溫度，經冷凝后排除。(7)根據(I)- (6)任一項所述的方法，不回收第一級變壓吸附裝置中產生的尾氣，將第一級以后的變壓吸附裝置產生的尾氣送回進氣口，與煙道氣混合。(8)根據(I) - (7)任一項所述的方法，將各級變壓吸附裝置產生的尾氣送回進氣口，與煙道氣混合。(9)根據(I)- (8)任一項所述的方法，所述變壓吸附裝置的進氣方向為從下往上，煙道氣由吸附床下方流進，而未被吸附的廢氣由吸附床上方流出；解吸的方向為從上至下，被解吸出來的氣體由吸附床下方流出。( 10)根據(I) - (9)任一項所述的方法，所述疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合；所述二氧化碳吸附材料選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種多級捕集煙道氣中二氧化碳的方法，其特征在于：將煙道氣通過至少兩組變壓吸附裝置；每一組吸附裝置含有至少一個吸附床；第一級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級以后的各級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。
【技術特征摘要】
1.一種多級捕集煙道氣中二氧化碳的方法，其特征在于:將煙道氣通過至少兩組變壓吸附裝置；每一組吸附裝置含有至少一個吸附床；第一級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級以后的各級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:在每一組變壓吸附裝置中進行氣體吸附步驟和氣體解吸步驟；所述氣體吸附步驟為將煙道氣通過變壓吸附裝置，將二氧化碳吸附在所述變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料上，而未被吸附的廢氣流出所述吸附床；所述氣體解吸步驟為減小所述吸附床中的壓力使二氧化碳從吸附材料上解吸出來。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于:通過減壓裝置實現減小所述吸附床中的壓力。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:煙道氣首先通過含有疏水吸附劑材料的第一級裝置。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:含高濕水蒸氣的煙道氣經疏水材料吸附床后，大部分水蒸氣穿過吸附床被廢氣帶走，小部分水蒸氣被吸附在吸附劑表面，這部分水蒸氣在解析過程中同產品氣一起被解析下來；含有二氧化碳吸附劑的吸附床中吸附的少量水蒸氣也可以隨產品氣一起被解析下來。6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:從每級吸附裝置解吸下來的飽和水蒸氣因為解析后的溫度低于吸附床內時的溫度，經冷凝后排除。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:不回收第一級變壓吸附裝置中產生的尾氣，將第一級以后的變壓吸附裝置產生的尾氣送回進氣口，與煙道氣混合。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:將各級變壓吸附裝置產生的尾氣送回進氣口，與煙道氣混合。9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述變壓吸附裝置的進氣方向為從下往上，煙道氣由吸附床下方流進，而未被吸附的廢氣由吸附床上方流出；解吸的方向為從上至下，被解吸出來的氣體由吸附床下方流出。10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合；所述二氧化碳吸附材料選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁、金屬有機框架類材料、水滑石類材料及其組合。11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:第一級變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為活性炭，吸附時間為10-20S，解吸時間為10-20S ;第一級以后的變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為13X沸石分子篩，吸附時間為10-20s，解吸時間為10-20s ;吸附壓力最高為150kPa，最低真空解析壓力為2kPa。12.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:將煙道氣通過兩組變壓吸附裝置。13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于:當中煙道氣進入含有疏水吸附材料第一組吸附裝置的量有兩 種選擇，一種是要保證控制體積濃度小于3%以內的二氧化碳穿過吸附床；另一種情況使穿過吸附床的二氧化碳最高含量與進氣中二氧化碳含量相當，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到進氣口與進氣混合。14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于:從第一組變壓吸附裝置中解吸下來的部分水蒸氣和二氧化碳...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：徐冬，郭樺，彭妮·肖，保羅·韋伯利，翟玉春，
申請(專利權)人：國電新能源技術研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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