双塔低压补获烟气中CO₂的方法

专利名称：双塔低压补获烟气中CO₂的方法
技术领域：
本发明属于烟气浄化技术领域，特别涉及一种双塔低压补获烟气中CO2的方法。
背景技术：
ニ氧化碳是主要的温室气体，是造成全球气侯变暧的主要原因之一。我国的能源供应目前仍以燃煤为主，其中80%用于火电、冶金、建材等行业。随着“京都议定书”和“后京都议定书”出台，我国积极应对气侯变化和温室气体减排问题，在“十一五”期间把温室气体控制排放作为国家目标，2007年发布了《中国应对气侯变化国家方案》，明确提出了控制ニ氧化碳等温室气体排放的任务。
目前主要的CO2捕集分离方法主要有吸收/吸附法、膜分离法、烟气循环燃烧法、改变煤气化联合循环法等几类，エ业上采用较多的是胺基化学吸收剂，如一こ醇胺(MEA)，ニこ醇胺(DEA)，三こ醇胺(TEA)，甲基ニこ醇胺(MEDA)等，其中一こ醇胺MEA被认为最合适燃煤烟气CO2分离，其优势为“分子量小、吸收酸性气体能力强”对捕集燃烧后烟气中低浓度的CO2最具优势；其缺点为CO2负荷能力低，设备腐蚀率高，胺类会被其他烟气成分降解、吸收剂再生时能耗高，这样造成CO2分离成本高。W02009/073928, CN101301562A, CN102448578A, CN101274752A 等专利中都涉及到烟气中CO2的补获。但目前的方法采用加压后进入吸附塔、吸附塔个数较多(个数>3)，经过多次均压过程需要更多的自动控制阀门，这样ー来不仅增加了电耗成本，更增加了设备投入。也有采用多级膜分离与变压吸附(PSA)组合进行烟气脱碳的报道，虽然效果较好，但运行成本和投入更高，不易接受。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷而提供一种设备简单、投资少、能耗低、吸附剂性能好的双塔低压补获烟气中CO2的方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是—种双塔低压补获烟气中CO2的方法，包括下述步骤(I)将除尘过滤后含有10 20% (Vol)CO2浓度的烟气，直接通过管道输送至装有特殊吸附剂的浄化塔底部，烟气中的CO2被选择性地吸附在吸附剂孔表面上，烟气中的氮气直接从吸附剂孔径中或吸附剂颗粒之间通过床层，从净化塔顶部排出，浄化塔压カ为3 50Kpa，吸附时间为5 10分钟；当任一净化塔中的CO2浓度接近饱和时停止对该净化塔进气;(2)关阀吸附饱和的浄化塔顶部出ロ阀门，同时烟气切换到另一个净化塔中继续进行吸附，打开吸附饱和的浄化塔底部与真空泵进ロ连接的阀ロ，进行抽真空解吸吸附剂上面吸附的CO2,以使吸附剂再生，循环使用；(3)完成再生的吸附塔压カ为-O. 01 -O. IMpa，在另ー净化塔快结束吸附过程前关阀与真空泵连接的阀门，打开完成再生的吸附塔顶部阀门，使两个净化塔项相连通，完成再生的吸附塔压力回升至常压，进入第二次操作过程。 所述净化塔个数为2-4个，最低不少于2个。所述的特殊吸附剂，包括载体、活性组份和助剂，其载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的ー种或多种；活性组分为一こ醇胺、ニこ醇胺、四亚こ基五胺、五亚こ基六胺中的ー种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的ー种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80. I 88. 8%，活性组份10· I 17. 6%，助剂L O 4. 5%。该吸附剂的制备过程包括下述步骤I)选择载本称取8. O 10. Og活性炭，要求活性碳烧失率50 70%，比表面积> 800m2/g,以中孔为王；2)配制溶液用IOOOml的量筒量取600 800ml的去离子水倒入2000ml的烧杯、中，加入200 300ml 一こ醇胺，然后称取K2CO3 35. 2 39. 2g、CNTs :3. 8 7. 6g，一起加入到烧杯中，并将烧杯放入恒温水浴中，控制温度为65 75°C ；3)浸溃过程待烧杯中的温度达到70°C吋，将⑴中称取的载体加入到烧杯中，间隔手动搅拌即可，浸溃时间为I 2小时；4)过滤干燥将浸溃后的活性炭经滤去溶液后，放入氢气氛围条件下于110 130°C条件下干燥4 6小吋，即得产品吸附剂；本方法补获烟气中的ニ氧化碳可进ー步加压、净化、换热、提纯制备エ业ニ氧化碳或者食品级ニ氧化碳，也可进行液态封存作为它用，浄化塔顶部排出的气体可进ー步处理制备エ业氮气或高纯度氮气。与现有的技术相比，本发明的有益效果是I、采用本发明方法，在低压条件下5 50Kpa，完成烟气中CO2的补获过程，不需要增压，降低了生产能耗。2、该方法采用两个净化塔交错吸附-解吸，即ー个塔在吸附C02，另外ー个塔解吸CO2，当吸附饱和时，两个塔互換，如此循环进行，节约了设备的投入。3、该方法采用专用吸附剂，对烟气中的CO2与N2系离系数大，可将烟气中98%以上的CO2进行补获回收，些外该吸附剂对烟气中微量的硫化物和氮氧化合物也有吸附作用，对于环保和节能减排效果显著。4、该方法补获的气体中，CO2含量大于90% (干气)。


图I是本发明双塔低压补获烟气中CO2的方法エ艺流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进ー步的详细描述，但本发明的实施方式不仅限于下述实施例。实施例I(I)、除尘过滤后的烟气组份(mol% )为=CO2 13. 75、H2O 13. 64、N2 72. 61、总硫52mg/Nm3、氮氧化合物< 40mg/Nm3,气量 2233kmol/h,常温,压为 7Kpa ；(2)烟气直接通过程序控制阀Ia进入装有吸附剂的浄化塔A底部，烟气中的CO2和微量的酸性气体被选择性地吸附在吸附剂孔表面上，烟气中的氮气直接从吸附剂孔径中或吸附剂颗粒之间通过床层，浄化后的烟气从浄化塔顶部排出，此时顶部压カ为2Kpa，气体组份(mol% )为=N2 99. 61，CO2 O. 39，气量为1595Kmol/h，吸附时间为7分钟；；(3)A塔吸附时间结束后，打开程序控制阀Ib和2b，同时关闭程序控制阀Ia和2a，烟气进入B塔开始吸附；(4)打开程序控制阀3a，真空泵Pl开始对A塔进行抽真空再生，将吸附在吸附剂上面的C02、H20、小量的N2和微量的硫化物、氮氧化合物进行解吸出来，A塔再生后的压力-0. 085Mpa，再生气体组份(干气 mol% ) =CO2 90. 27，N2 9. 73，气量(干气)333Kmol/h0(5) A塔再生完成后，关阀程序控制阀3a，打开2a，使B塔顶出ロ气经过2a阀进入到A塔，使A塔压カ回升至常压，以使A塔进入第二次吸附过程，如此循环完成烟气中CO2的补获。步骤(2)中所用的吸附剂包括载体、活性组份和助剂，其载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的ー种或多种；活性组分为一こ醇胺、ニこ醇胺、四亚こ基五胺、五亚こ基六胺中的ー种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的ー种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80. I 88. 8%，活性组份10. I 17. 6%，助剂1. O 4. 5%0エ艺过程中的能耗为真空泵工作时的电耗，其消耗为450Kw/h，ニ氧化碳的收率98%。实施例2(I)、除尘过滤后的烟气组份(mol% )为=CO2 14. 23、H2O 11. 73、N2 74. 04、总硫38mg/Nm3、氮氧化合物< 42mg/Nm3,气量 1785kmol/h,常温,压为 21Kpa ；(2)烟气直接通过程序控制阀Ia进入装有吸附剂的浄化塔A底部，烟气中的CO2和微量的酸性气体被选择性地吸附在吸附剂孔表面上，烟气中的氮气直接从吸附剂孔径中或吸附剂颗粒之间通过床层，浄化后的烟气从浄化塔顶部排出，此时顶部压カ为lOKpa，气体组份(mol% )为=N2 99. 71，CO2 O. 29，气量为1298Kmol/h，吸附时间为6. 5分钟；；(3)A塔吸附时间结束后，打开程序控制阀Ib和2b，同时关闭程序控制阀Ia和2a，烟气进入B塔开始吸附；(4)打开程序控制阀3a，真空泵Pl开始对A塔进行抽真空再生，将吸附在吸附剂上面的C02、H20、小量的N2和微量的硫化物、氮氧化合物进行解吸出来，A塔再生后的压力:-0. 085Mpa，再生气体组份(干气 mol% ) =CO2 90.45, N29. 55，气量(干气)277Kmol/h0(5) A塔再生完成后，关阀程序控制阀3a，打开2a，使B塔顶出ロ气经过2a阀进入到A塔，使A塔压カ回升至常压，以使A塔进入第二次吸附过程，如此循环完成烟气中CO2的补获。
步骤(2)中所用的吸附剂包括载体、活性组份和助剂，其载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的ー种或多种；活性组分为一こ醇胺、ニこ醇胺、四亚こ基五胺、五亚こ基六胺中的ー种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的ー种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80. I 88. 8%，活性组份10. I 17. 6%，助剂1. O 4· 5%οエ艺过程中的能耗为真空泵工作时的电耗，其消耗为315Kw/h，ニ氧化碳的收率98. 5%。实施例3(I)、除尘过滤后的烟气组份(mol% )为=CO2 17. 23、H2O 10. 56、N2 72. 21、总硫38mg/Nm3、氮氧化合物< 42mg/Nm3,气量 1785kmol/h,常温,压为 32Kpa ；(2)烟气直接通过程序控制阀Ia进入装有吸附剂的浄化塔A底部，烟气中的CO2和微量的酸性气体被选择性地吸附在吸附剂孔表面上 ，烟气中的氮气直接从吸附剂孔径中或吸附剂颗粒之间通过床层，浄化后的烟气从浄化塔顶部排出，此时顶部压カ为23Kpa，气体组份(mol% )为=N2 99. 61，CO2 O. 39，气量为:941Kmol/h，吸附时间为6分钟；；(3)A塔吸附时间结束后，打开程序控制阀Ib和2b，同时关闭程序控制阀Ia和2a，烟气进入B塔开始吸附；(4)打开程序控制阀3a，真空泵Pl开始对A塔进行抽真空再生，将吸附在吸附剂上面的C02、H20、小量的N2和微量的硫化物、氮氧化合物进行解吸出来，A塔再生后的压力-0. 085Mpa，再生气体组份(干气 mol% ) =CO2 92. 15，N2 7. 85，气量(干气)243Kmol/h0(5) A塔再生完成后，关阀程序控制阀3a，打开2a，使B塔顶出ロ气经过2a阀进入到A塔，使A塔压カ回升至常压，以使A塔进入第二次吸附过程，如此循环完成烟气中CO2的补获。步骤(2)中所用的吸附剂包括载体、活性组份和助剂，其载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的ー种或多种；活性组分为一こ醇胺、ニこ醇胺、四亚こ基五胺、五亚こ基六胺中的ー种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的ー种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80. I 88. 8%，活性组份10. I 17. 6%，助剂1. O 4. 5%0エ艺过程中的能耗为真空泵工作时的电耗，其消耗为250Kw/h，ニ氧化碳的收率98. 4%。如上所述，便可较好的实现本发明。
权利要求
1.一种双塔低压补获烟气中CO2的方法，其特征在于该方法包括下述步骤 (1)将除尘过滤后含有10 20%(Vol)CO2浓度的烟气，直接通过管道输送至装有特殊吸附剂的净化塔底部，烟气中的CO2被选择性地吸附在吸附剂孔表面上，烟气中的氮气直接从吸附剂孔径中或吸附剂颗粒之间通过床层，从净化塔顶部排出，浄化塔压カ为3 50Kpa，吸附时间为5 10分钟；当任一净化塔中的CO2浓度接近饱和时停止对该净化塔进气； (2)关阀吸附饱和的浄化塔顶部出口阀门，同时烟气切换到另一个净化塔中继续进行吸附，打开吸附饱和的浄化塔底部与真空泵进ロ连接的阀ロ，进行抽真空解吸吸附剂上面吸附的CO2,以使吸附剂再生，循环使用； (3)完成再生的吸附塔压カ为-O.01 -O. IMpa，在另ー净化塔快结束吸附过程前关阀与真空泵连接的阀门，打开完成再生的吸附塔顶部阀门，使两个净化塔项相连通，完成再生的吸附塔压力回升至常压，进入第二次操作过程。
2.根据权利要求I所述的双塔低压补获烟气中CO2的方法，其特征在于所述净化塔个数为2-4个，最低不少于2个。
3.根据权利要求I所述的双塔低压补获烟气中CO2的方法，其特征在于所述的特殊吸附剂，包括载体、活性组份和助剂，其载体为焦炭、活性炭、炭纤维(CMS)、木炭、含碳固体材料中的ー种或多种；活性组分为一こ醇胺、ニこ醇胺、四亚こ基五胺、五亚こ基六胺中的一种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的ー种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为载体80· I 88. 8%，活性组份10· I 17. 6%，助剂L O 4. 5%。
4.根据权利要求1-3所述的双塔低压补获烟气中的CO2的方法，其特征在于净化塔顶部排出的气体可进ー步处理制备エ业氮气或高纯度氮气，浄化塔底排解吸出的ニ氧化碳气体可进ー步加压、净化、换热、提纯制备エ业ニ氧化碳或者食品级ニ氧化碳，也可进行液态封存作为它用。
全文摘要
本发明属于烟气净化技术领域，涉及一种双塔低压补获烟气中CO2的方法。该方法包括烟气中的CO2吸附、真空解吸、升压等工程，本方法能耗低，设备投资少，烟气中二氧化碳收率高以及解吸出的二氧化碳浓度高等优点。
文档编号B01D53/04GK102657996SQ20121016785
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者曾启明, 蔡跃明, 钟娅令, 钟雨明, 陈天洪 申请人:四川亚连科技有限责任公司