CN101721878A - 一种降温吸附低压电脱附捕获co2的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法及系统，它涉及一种采用吸附脱附手段捕获CO2的方法及系统。以解决电厂对CO2进行脱附捕集，采用变温和变压脱附方法不利于控制，消耗能量大及化学吸附方法捕集CO2产生有毒有害气体问题。方法：烟气降温；第一吸附脱附塔通气吸附；第二吸附脱附塔通气吸附及第一吸附脱附塔通电升温脱附、净化与降温；第二吸附脱附塔CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温以及第一吸附脱附塔进入下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附。系统是：第一、二吸附脱附塔通过第一、二开关与交流电源连接，交流电源与第一、二吸附脱附塔连接。本发明采用物理吸附方法，避免了化学方法产生其他有毒有害气体；本发明用于捕获燃煤电厂烟气中的CO2。

Description

一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种采用吸附脱附手段捕获CO2的方法及系统。
背景技术
CO2是最主要的温室气体，是造成温室效应的最主要的原因。而在CO2的来源中，火力发电厂是重要的CO2集中排放源，世界上大约有1/3的CO2是从电厂排放出来的。因此，控制和减缓电力生产中CO2的排放对于解决全球变暖、温室效应问题具有重要意义。因此，控制火力发电厂特别是燃煤电厂烟气中的CO2排放是减缓温室效应的有效措施。
电厂燃烧产生的烟气主要成分有N2、O2、CO2、SO2和NOX，烟气脱硫脱氮之后的主要成分有N2、O2和CO2，而根据电厂燃料的不同，烟气中各组分的含量也不尽相同。而我国大约80％的电厂是以燃煤为主的，燃煤电厂烟气中，CO2的摩尔百分含量为13％-18％、O2的摩尔百分含量为5％-10％、N2的摩尔百分含量为70％-75％。其中CO2的摩尔百分含量远远大于空气中的CO2气体的摩尔百分含量，因此，必须对其进行控制。
捕获分离电厂烟气中的CO2气体，目前有溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温分离法、O2/CO2循环燃烧法，这些方法在经济性、选择性以及适用性等方而都存在各自的特点，但是目前在工业上应用最为适用的主要是溶剂吸收法和变压吸附法。
北京热电厂与澳大利亚于2008年合作建造了国内首座燃煤电厂烟气CO2捕集示范工程。采用乙醇胺吸收法，通过脱析分解分离出CO2气体的同时对溶剂进行再生。整个装置CO2的捕集率达到80％-85％，单位千瓦时供电所排放的CO2减少了80％-90％。但单位千瓦的投资增加了47％-87％，发电成本增加了42％-81％，再生耗能大。此外，胺溶液成本高，对CO2原料气适应性不强，需要复杂的预处理系统，设备腐蚀和环境污染问题比较严重。
变压吸附法是利用吸附体在不同的分压下对CO2进行选择性地吸附，然后通过减压脱附将CO2解析，使吸附剂获得再生，从而达到分离CO2的目的。在石油、化工、环境保护等方面得到了广泛的应用，该技术具有产品纯度高，可灵活调节，工艺流程简单，装置可靠等优点。
电厂烟气中CO2气体分离的过程，不同于常规工业应用，具有气体流量大、CO2分压低、原料气温度较高等特点，分离难度和能耗大大增加，目前的研究表明变压吸附技术不适于低浓度烟气中的CO2分离。
发明内容
本发明的目的是提供一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法及系统，以解决现有部分电厂对CO2进行脱附捕集，采用变温脱附和变压脱附的方法，由于需要变压变温，不利于控制，能量消耗大，且控制比较困难以及采用化学吸附的方法捕集CO2势必产生一些有毒有害气体，对大气造成二次污染的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法包括以下步骤：
步骤一、烟气降温：燃煤电厂中烟气通过脱除SO2及NOX之后，温度降为50℃-60℃之间，将上述降温后的烟气通入换热器中并与低温的自来水换热，使通入换热器内的烟气温度降到20℃-30℃之间；
步骤二、第一吸附脱附塔通气吸附：将温度为20℃-30℃的烟气通入到第一吸附脱附塔内，利用第一吸附脱附塔内的吸附剂对通入到第一吸附脱附塔内的烟气进行吸附，同时，开启安装在第七烟气管上的第十九阀门和安装在自来水管上的第二十一阀门，低温的自来水及时地将吸附过程中放出的热量带走，以确保第一吸附脱附塔吸附温度控制在20℃-30℃之间，当第一气体分析仪测得第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，第一吸附脱附塔吸附过程结束；
步骤三、第二吸附脱附塔通气吸附及第一吸附脱附塔通电升温脱附、净化与降温：将经步骤一降温处理后的温度为20℃-30℃的烟气通入到第二吸附脱附塔内，利用第二吸附脱附塔内的吸附剂对通入到第二吸附脱附塔内的烟气进行吸附，同时，开启安装在第八烟气管上的第二十阀门，低温的自来水及时地将吸附过程中放出的热量带走，以确保第二吸附脱附塔吸附温度控制在20℃-30℃之间，当第二气体分析仪测得第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，第二吸附脱附塔吸附过程结束；在第二吸附脱附塔进行通气吸附这个时间段的同时，对第一吸附脱附塔通电，当第一气体分析仪显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，关闭第十九阀门，打开第七阀门、第十阀门和第十一阀门，由于第一吸附脱附塔内温度的升高，第一吸附脱附塔内的吸附剂对CO2和N2的吸附量迅速下降，使得第一吸附脱附塔内的吸附相的CO2变成气相，直接将脱附出的气体存入集气罐内，当第一吸附脱附塔的温度升高到150℃-160℃时，第一吸附脱附塔通电升温脱附过程结束，此时，存储于缓冲罐内的CO2的摩尔百分含量达到90％-95％；关闭第十阀门，打开第九阀门及真空泵，对第一吸附脱附塔进行抽气，将抽出的气体放入缓冲罐内，当第一吸附脱附塔内的压力降到5KPa-6KPa时，第一吸附脱附塔净化过程结束，此时，存储于缓冲罐内的CO2的摩尔百分含量达到80％-85％；打开安装在自来水管上的第二十一阀门及安装在第一吸附脱附塔的进水口与自来水管之间的进水管上的第二阀门，利用低温的自来水对第一吸附脱附塔降温，将其温度降低到20℃-30℃之间，第一吸附脱附塔降温过程完成；至此，第一吸附脱附塔完成一个吸附脱附循环过程，并进入下一个吸附脱附循环过程；
步骤四：第二吸附脱附塔CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温以及第一吸附脱附塔进入下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附；将存储于缓冲罐内的摩尔百分含量达到80％-85％的CO2自下而上通入到第二吸附脱附塔内，并置换出第二吸附脱附塔内自由空间中的部分N2，当第二气体分析仪显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，第二吸附脱附塔CO2气体吹扫过程结束；对第二吸附脱附塔通电，当第二气体分析仪显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，关闭第二十阀门，打开第八阀门、第十阀门和第十一阀门，由于第二吸附脱附塔内温度的升高，第二吸附脱附塔内的吸附剂对CO2和N2的吸附量迅速下降，使得第二吸附脱附塔内的吸附相的CO2变成气相，直接将脱附出的气体存入集气罐内，当第二吸附脱附塔的温度升高到150℃-160℃时，第二吸附脱附塔通电升温脱附过程结束，此时，存储于缓冲罐内的CO2的摩尔百分含量达到90％-95％；关闭第十阀门，打开第九阀门及真空泵，对第二吸附脱附塔进行抽气，将抽出的气体放入缓冲罐内，当第二吸附脱附塔内的压力降到5KPa-6KPa时，第二吸附脱附塔净化过程结束，此时，存储于缓冲罐内的CO2的摩尔百分含量达到80％-85％；打开安装在自来水管上的第二十一阀门及安装在第二吸附脱附塔的进水口与自来水管之间的进水管上的第三阀门，利用低温的自来水对第二吸附脱附塔降温，将其温度降低到20℃-30℃之间，第二吸附脱附塔降温过程完成；至此，第二吸附脱附塔完成一个吸附脱附循环过程，并进入下一个吸附脱附循环过程的通气吸附，即步骤三；在第二吸附脱附塔进行CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温这个时间段的同时，第一吸附脱附塔完成了下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附，即步骤二。
本发明的一种降温吸附低压电脱附捕获CO2系统由换热器、第一吸附脱附塔、第二吸附脱附塔、集气罐、缓冲罐、第一气体分析仪、第二气体分析仪、真空泵、交流电源、第一开关、第二开关、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门、第十六阀门、第十七阀门、第十八阀门、第十九阀门、第二十阀门、三根进水管、三根出水支管、出水总管、第一烟气管、第二烟气管、第三烟气管、第四烟气管、第五烟气管、第六烟气管、第七烟气管、第八烟气管、第九烟气管、第十烟气管、第十一烟气管、第十二烟气管、第十三烟气管和第十四烟气管组成；
换热器的进水口、第一吸附脱附塔的进水口及第二吸附脱附塔的进水口各通过一根进水管与自来水管连通，位于换热器的进水口与自来水管之间的进水管上安装有第一阀门，位于第一吸附脱附塔的进水口与自来水管之间的进水管上安装有第二阀门，位于第二吸附脱附塔的进水口与自来水管之间的进水管上安装有第三阀门；换热器的出水口、第一吸附脱附塔的出水口及第二吸附脱附塔的出水口各通过一根出水支管与出水总管连通，出水总管与锅炉补给水泵连接，位于换热器的出水口与出水总管之间的出水支管上安装有第四阀门，位于第一吸附脱附塔的出水口与出水总管之间的出水支管上安装有第五阀门，位于第二吸附脱附塔的出水口与出水总管之间的出水支管上安装有第六阀门；换热器的上端设有换热器烟气出口，换热器的下端设有换热器烟气进口，第一吸附脱附塔的上端设有两个第一吸附脱附塔烟气出口，第二吸附脱附塔的上端设有两个第二吸附脱附塔烟气出口，第一烟气管和第二烟气管的一端并联后与第三烟气管和第四烟气管并联的一端连通，第三烟气管和第四烟气管的另一端并联后与第五烟气管和第六烟气管并联的一端连通，第五烟气管的另一端与集气罐连通，第六烟气管的另一端与缓冲罐连通，第一烟气管的另一端与两个第一吸附脱附塔烟气出口中的任意一个连通，第二烟气管的另一端与两个第二吸附脱附塔烟气出口中的任意一个连通，第七烟气管的一端与两个第一吸附脱附塔烟气出口中的剩余一个连通，第七烟气管的另一端与大气相通，第八烟气管的一端与两个第二吸附脱附塔烟气出口中的剩余一个连通，第八烟气管的另一端与大气相通，第一气体分析仪设置在第一烟气管和第七烟气管之间，且分别与第一烟气管和第七烟气管连通，第二气体分析仪设置在第二烟气管和第八烟气管之间，且分别与第二烟气管和第八烟气管连通；第一烟气管上安装有第七阀门，第二烟气管上安装有第八阀门，第三烟气管上安装有第九阀门和真空泵，第九阀门靠近真空泵的入口处设置，第四烟气管上安装有第十阀门，第五烟气管上安装有第十一阀门，第六烟气管上安装有第十二阀门，换热器的上端设有换热器烟气出口，换热器烟气出口与第九烟气管连通，第十烟气管和第十一氧气管的另一端均与第九烟气管连通，第一吸附脱附塔的下端设有第一吸附脱附塔烟气进口，第二吸附脱附塔的下端设有第二吸附脱附塔烟气进口，第十二烟气管的一端与第十烟气管的一端并联后与第一吸附脱附塔烟气进口连通，第十一烟气管的一端与第十三烟气管的一端并联后与第二吸附脱附塔烟气进口连通，十二烟气管的另一端与第十三烟气管的另一端均与第十四烟气管连通，第十四烟气管与缓冲罐连通，第十烟气管上安装有第十三阀门，第九烟气管上安装有第十七阀门，且第十七阀门设置在第十三阀门与换热器烟气出口之间，第十二烟气管上安装有第十四阀门，第十一烟气管上安装有第十五阀门，第十三烟气管上安装有第十六阀门，第十四烟气管上安装有第十八阀门，且第十八阀门设置在缓冲罐与第十三烟气管之间，第七烟气管上安装有第十九阀门，第八烟气管上安装有第二十阀门；第一吸附脱附塔和第二吸附脱附塔内均设有吸附剂；第一吸附脱附塔的一个接电端与第一开关的一端连接，第一开关的另一端与交流电源的一端连接，交流电源的另一端与第一吸附脱附塔的另一个接电端连接，第二吸附脱附塔的一个接电端与第二开关的一端连接，第二开关的另一端与交流电源的一端连接，交流电源的另一端与第二吸附脱附塔的另一个接电端连接。
本发明的有益效果是：本发明采用物理吸附的方法，避免了化学方法产生其他有毒有害气体；同时，吸附过程在低温下进行，使烟气中的热量通过冷却的自来水重新带回锅炉，提高了能量的利用率，并且在低温下，活性炭纤维对CO2的吸附更有利，提高了活性炭纤维的吸附量；脱附过程中采用通电加热的方法使吸附床升温，便于控制，并且由于活性炭纤维具有良好的导电性和导热性，缩短了升温时间，即缩短了脱附时间；在脱附结束后，用自来水进行冷却降温，使这部分热量带入锅炉系统内，同样提高了能量的利用效率，冷却降温为下而的再吸附做好了准备。本发明的系统结构简单、容易安装、使用安全可靠。
附图说明
图1是本发明的系统的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法包括以下步骤：
步骤一、烟气降温：燃煤电厂中烟气通过脱除SO2及NOX之后，温度降为50℃-60℃之间，将上述降温后的烟气通入换热器1中并与低温的自来水换热，使通入换热器1内的烟气温度降到20℃-30℃之间(因为CO2的临界温度在31℃以下，吸附剂对其吸附较大，并且温度越低，对CO2的吸附量越大，但同时低温对吸附剂吸附N2也有利，所以为了得到高浓度的CO2，将吸附温度确定在20℃-30℃之间。此时，吸附剂对CO2的吸附量较大，而对N2的吸附相对较小)；
步骤二、第一吸附脱附塔通气吸附：将温度为20℃-30℃的烟气通入到第一吸附脱附塔2内，利用第一吸附脱附塔2内的吸附剂对通入到第一吸附脱附塔2内的烟气进行吸附，同时，开启安装在第七烟气管19上的第十九阀门A5和安装在自来水管27上的第二十一阀门V1，低温的自来水及时地将吸附过程中放出的热量带走，以确保第一吸附脱附塔2吸附温度控制在20℃-30℃之间(为的是增大对CO2的吸附量)，当第一气体分析仪6测得第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，第一吸附脱附塔2吸附过程结束；
步骤三、第二吸附脱附塔通气吸附及第一吸附脱附塔通电升温脱附、净化与降温：将经步骤一降温处理后的温度为20℃-30℃的烟气通入到第二吸附脱附塔3内，利用第二吸附脱附塔3内的吸附剂对通入到第二吸附脱附塔3内的烟气进行吸附，同时，开启安装在第八烟气管20上的第二十阀门B5，低温的自来水及时地将吸附过程中放出的热量带走，以确保第二吸附脱附塔3吸附温度控制在20℃-30℃之间，当第二气体分析仪7测得第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，第二吸附脱附塔3吸附过程结束；在第二吸附脱附塔3进行通气吸附这个时间段的同时，对第一吸附脱附塔2通电，当第一气体分析仪6显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，关闭第十九阀门A5，打开第七阀门A4、第十阀门V4和第十一阀门V5，由于第一吸附脱附塔2内温度的升高，第一吸附脱附塔2内的吸附剂对CO2和N2的吸附量迅速下降，使得第一吸附脱附塔2内的吸附相的CO2变成气相，直接将脱附出的气体存入集气罐4内，当第一吸附脱附塔2的温度升高到150℃-160℃时，第一吸附脱附塔2通电升温脱附过程结束，此时，存储于缓冲罐5内的CO2的摩尔百分含量达到90％-95％；关闭第十阀门V4，打开第九阀门V3及真空泵8，对第一吸附脱附塔2进行抽气，将抽出的气体放入缓冲罐5内，当第一吸附脱附塔2内的压力降到5KPa-6KPa时，第一吸附脱附塔2净化过程结束，此时，存储于缓冲罐5内的CO2的摩尔百分含量达到80％-85％(该气体的温度较高，并且该气体中CO2的浓度较高。该部分气体用于CO2吹扫过程中。此外，压力越低，吸附过程中吸附的N2也开始逐渐脱附，导致此时CO2含量降低)；打开安装在自来水管27上的第二十一阀门V1及安装在第一吸附脱附塔2的进水口与自来水管27之间的进水管10上的第二阀门A6，利用低温的自来水对第一吸附脱附塔2降温，将其温度降低到20℃-30℃之间，第一吸附脱附塔2降温过程完成；至此，第一吸附脱附塔2完成一个吸附脱附循环过程，并进入下一个吸附脱附循环过程；
步骤四：第二吸附脱附塔CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温以及第一吸附脱附塔进入下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附；将存储于缓冲罐5内的摩尔百分含量达到80％-85％的CO2自下而上通入到第二吸附脱附塔3内，并置换出第二吸附脱附塔3内自由空间中的部分N2，当第二气体分析仪7显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，第二吸附脱附塔CO2气体吹扫过程结束；对第二吸附脱附塔3通电，当第二气体分析仪7显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，关闭第二十阀门B5，打开第八阀门B4、第十阀门V4和第十一阀门V5，由于第二吸附脱附塔3内温度的升高，第二吸附脱附塔3内的吸附剂对CO2和N2的吸附量迅速下降，使得第二吸附脱附塔3内的吸附相的CO2变成气相，直接将脱附出的气体存入集气罐4内，当第二吸附脱附塔3的温度升高到150℃-160℃时，第二吸附脱附塔3通电升温脱附过程结束，此时，存储于缓冲罐5内的CO2的摩尔百分含量达到90％-95％；关闭第十阀门V4，打开第九阀门V3及真空泵8，对第二吸附脱附塔3进行抽气，将抽出的气体放入缓冲罐5内，当第二吸附脱附塔3内的压力降到5KPa-6KPa时，第二吸附脱附塔3净化过程结束，此时，存储于缓冲罐5内的CO2的摩尔百分含量达到80％-85％(该气体的温度较高，并且该气体中CO2的浓度较高。该部分气体用于CO2吹扫过程中。此外，压力越低，吸附过程中吸附的N2也开始逐渐脱附，导致此时CO2含量降低)；打开安装在自来水管27上的第二十一阀门V1及安装在第二吸附脱附塔3的进水口与自来水管27之间的进水管10上的第三阀门B6，利用低温的自来水对第二吸附脱附塔3降温，将其温度降低到20℃-30℃之间，第二吸附脱附塔3降温过程完成；至此，第二吸附脱附塔3完成一个吸附脱附循环过程，并进入下一个吸附脱附循环过程的通气吸附，即步骤三；在第二吸附脱附塔3进行CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温这个时间段的同时，第一吸附脱附塔2完成了下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附，即步骤二。
本实施方式中的第一吸附脱附塔2和第二吸附脱附塔3内的吸附剂均为活性炭纤维。本实施方式中采用的冷却自来水的温度在20℃以下。
第一吸附脱附塔2脱附过程结束之后，第一吸附脱附塔2的温度较高，高温不利于气体的吸附，所以，第一吸附脱附塔2在下一个吸附脱附循环过程之前，需要对第一吸附脱附塔2降温。
本发明中，用活性炭纤维作为吸附剂吸附烟气中的CO2，然后通电加热脱附出吸附床中的CO2再生。吸附脱附CO2的能耗较低，吸附床的再生效率高。
本发明用自来水冷却脱硫脱氮后的烟气和通电时升温的吸附床，升温后的自来水进入锅炉补水系统中。本发明将烟气的热量通过出水总管重新带回锅炉水系统中，节约了能量；并且在脱附时，通电加热操作方便、控制简单，同时脱附效率较现有的脱附方法有了很大的提高，利于在电厂推广使用。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式在第一吸附脱附塔2进行下一个吸附脱附循环过程中的步骤二和步骤三之间还包括步骤二一：即CO2吹扫步骤：将上一个吸附脱附循环过程中存储于缓冲罐5内的摩尔百分含量达到80％-85％的CO2自下而上通入到第一吸附脱附塔2内，并置换出第一吸附脱附塔2内自由空间中的部分N2，当第一气体分析仪6显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，该过程结束，进行下一个步骤，即步骤三。
在第一吸附脱附塔2吸附过程中，第一吸附脱附塔2内不仅有吸附相的CO2，在吸附剂的空隙之间还有着一定的自由空间，自由空间内含有一定的CO2和N2的混合气体，为了提高CO2的纯度，在吸附脱附循环过程中增加CO2吹扫过程，目的是将第一吸附脱附塔2内自由空间中的N2置换出第一吸附脱附塔2，提高第一吸附脱附塔2内CO2的纯度，另外，该CO2的温度较高，将
一定的热量带入第一吸附脱附塔2内，为下一步通电升温节约能量。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的系统由换热器1、第一吸附脱附塔2、第二吸附脱附塔3、集气罐4、缓冲罐5、第一气体分析仪6、第二气体分析仪7、真空泵8、交流电源9、第一开关S1、第二开关S2、第一阀门C3、第二阀门A6、第三阀门B6、第四阀门C2、第五阀门A1、第六阀门B1、第七阀门A4、第八阀门B4、第九阀门V3、第十阀门V4、第十一阀门V5、第十二阀门V6、第十三阀门A3、第十四阀门A2、第十五阀门B3、第十六阀门B2、第十七阀门C4、第十八阀门V7、第十九阀门A5、第二十阀门B5、三根进水管10、三根出水支管11、出水总管12、第一烟气管13、第二烟气管14、第三烟气管15、第四烟气管16、第五烟气管17、第六烟气管18、第七烟气管19、第八烟气管20、第九烟气管21、第十烟气管22、第十一烟气管23、第十二烟气管24、第十三烟气管25和第十四烟气管26组成；
换热器1的进水口、第一吸附脱附塔2的进水口及第二吸附脱附塔3的进水口各通过一根进水管10与自来水管27连通，位于换热器1的进水口与自来水管27之间的进水管10上安装有第一阀门C3，位于第一吸附脱附塔2的进水口与自来水管27之间的进水管10上安装有第二阀门A6，位于第二吸附脱附塔3的进水口与自来水管27之间的进水管10上安装有第三阀门B6；换热器1的出水口、第一吸附脱附塔2的出水口及第二吸附脱附塔3的出水口各通过一根出水支管11与出水总管12连通，出水总管12与锅炉补给水泵28连接，位于换热器1的出水口与出水总管12之间的出水支管11上安装有第四阀门C2，位于第一吸附脱附塔2的出水口与出水总管12之间的出水支管11上安装有第五阀门A1，位于第二吸附脱附塔3的出水口与出水总管12之间的出水支管11上安装有第六阀门B1；换热器1的上端设有换热器烟气出口，换热器1的下端设有换热器烟气进口，第一吸附脱附塔2的上端设有两个第一吸附脱附塔烟气出口，第二吸附脱附塔3的上端设有两个第二吸附脱附塔烟气出口，第一烟气管13和第二烟气管14的一端并联后与第三烟气管15和第四烟气管16并联的一端连通，第三烟气管15和第四烟气管16的另一端并联后与第五烟气管17和第六烟气管18并联的一端连通，第五烟气管17的另一端与集气罐4连通，第六烟气管18的另一端与缓冲罐5连通，第一烟气管13的另一端与两个第一吸附脱附塔烟气出口中的任意一个连通，第二烟气管14的另一端与两个第二吸附脱附塔烟气出口中的任意一个连通，第七烟气管19的一端与两个第一吸附脱附塔烟气出口中的剩余一个连通，第七烟气管19的另一端与大气相通，第八烟气管20的一端与两个第二吸附脱附塔烟气出口中的剩余一个连通，第八烟气管20的另一端与大气相通，第一气体分析仪6设置在第一烟气管13和第七烟气管19之间，且分别与第一烟气管13和第七烟气管19连通，第二气体分析仪7设置在第二烟气管14和第八烟气管20之间，且分别与第二烟气管14和第八烟气管20连通；第一烟气管13上安装有第七阀门A4，第二烟气管14上安装有第八阀门B4，第三烟气管15上安装有第九阀门V3和真空泵8，第九阀门V3靠近真空泵8的入口处设置，第四烟气管16上安装有第十阀门V4，第五烟气管17上安装有第十一阀门V5，第六烟气管18上安装有第十二阀门V6，换热器1的上端设有换热器烟气出口，换热器烟气出口与第九烟气管21连通，第十烟气管22和第十一氧气管23的另一端均与第九烟气管21连通，第一吸附脱附塔2的下端设有第一吸附脱附塔烟气进口，第二吸附脱附塔3的下端设有第二吸附脱附塔烟气进口，第十二烟气管24的一端与第十烟气管22的一端并联后与第一吸附脱附塔烟气进口连通，第十一烟气管23的一端与第十三烟气管24的一端并联后与第二吸附脱附塔烟气进口连通，十二烟气管24的另一端与第十三烟气管25的另一端均与第十四烟气管26连通，第十四烟气管26与缓冲罐5连通，第十烟气管22上安装有第十三阀门A3，第九烟气管21上安装有第十七阀门C4，且第十七阀门C4设置在第十三阀门A3与换热器烟气出口之间，第十二烟气管24上安装有第十四阀门A2，第十一烟气管23上安装有第十五阀门B3，第十三烟气管25上安装有第十六阀门B2，第十四烟气管26上安装有第十八阀门V7，且第十八阀门V7设置在缓冲罐5与第十三烟气管25之间，第七烟气管上安装有第十九阀门A5，第八烟气管上安装有第二十阀门B5；第一吸附脱附塔2和第二吸附脱附塔3内均设有吸附剂；第一吸附脱附塔2的一个接电端与第一开关S1的一端连接，第一开关S1的另一端与交流电源9的一端连接，交流电源9的另一端与第一吸附脱附塔2的另一个接电端连接，第二吸附脱附塔3的一个接电端与第二开关S2的一端连接，第二开关S2的另一端与交流电源9的一端连接，交流电源9的另一端与第二吸附脱附塔3的另一个接电端连接；第一吸附脱附塔2和第二吸附脱附塔3内的吸附剂均为活性炭纤维。
本实施方式中，换热器烟气进口与输送烟气管道29连通，输送烟气管道29上安装有第二十二阀门C1，控制烟气的输送和停止；在出水总管12上靠近锅炉补给水泵28的入水口处安装有第二十三阀门V2。
工作过程：
本系统设置两个吸附脱附塔，同一时间，当第一吸附脱附塔2处于吸附阶段时，第二吸附脱附塔3处于脱附阶段。两塔交替进行，增加了设备的使用效率，提高了生产率。
第一吸附脱附塔的工作过程是：低于20℃的低温自来水经过第一阀门C3进入换热器1(气水换热)，将脱SO2及NOX的50℃-60℃的烟气冷却到20℃-30℃之间，升温后的水通过锅炉补给水泵28送入锅炉水系统中。当第一吸附脱附塔2处于冷却阶段时，低温的自来水通过第二阀门A6进入第一吸附脱附塔2内将高温的活性炭纤维温度冷却到20℃-30℃之间，升温之后的水与换热器的出水口的水汇合，通过锅炉补给水泵28送入锅炉水系统中。
第一吸附脱附塔2在头一个吸附脱附循环过程中，当第一吸附脱附塔2处于吸附阶段时，此时第二吸附脱附塔3尚未工作。打开第五阀门A1、第十三阀门A3、第十九阀门A5和第二阀门A6，第一吸附脱附塔2对烟气进行吸附，同时打开第二十一阀门V1，低温的自来水将吸附过程中放出的热量带出，以保证吸附过程在20℃-30℃之间进行。当第一气体分析仪6测得第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔2烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，关闭第十三阀门A3及第二阀门A6，闭合第一开关S1，对第一吸附脱附塔2通电升温，此时，第十九阀门A5是开启的(因为第一吸附脱附塔2的自由空间内可能还存有一定量的N2，不利于得到高纯度的CO2)。当第一气体分析仪6显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，闭合第十九阀门A5，对第一吸附脱附塔2进行快速升温脱附，同时打开第七阀门A4、第十阀门V4及第十一阀门V5，使第一吸附脱附塔2内脱附出来的CO2进入集气罐4内，当第一吸附脱附塔2的温度达到150℃-160℃时，断开电源，通电过程结束。当第一吸附脱附塔2内压力降到环境压力的时候，关闭第十阀门V4和第十一阀门V5，打开第九阀门V3和第十二阀门V6，通过真空泵8将第一吸附脱附塔2内残留的CO2暂存在缓冲罐5中，以待气体冲扫时使用。抽气过程结束后，打开第五阀门A1和第二阀门A6，用低温的自来水对高温的第一吸附脱附塔2降温，当第一吸附脱附塔2内的温度降到20℃-30℃之间时，第一吸附脱附塔2的一个吸附脱附过程结束。第一吸附脱附塔2在下一个吸附脱附过程中，在第一吸附脱附塔2通电脱附之前，打开第十八阀门V7和第十四阀门A2，让上一吸附脱附过程中脱附出的高纯度的CO2自下而上通过第一吸附脱附塔2，置换出第一吸附脱附塔2内自由空间中的部分N2，当第一气体分析仪6显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，进行第一吸附脱附塔通电升温脱附、净化与降温步骤。
第二吸附脱附塔的工作过程是：在第一吸附脱附塔通电升温脱附、净化与降温时间段内，第二吸附脱附塔3通气吸附。打开第六阀门B1、第十五阀门B3、第二十阀门B5和第三阀门B6，第二吸附脱附塔3对烟气进行吸附，同时打开第二十一阀门V1，低温的自来水将吸附过程中放出的热量带出，以保证吸附过程在20℃-30℃之间进行。当第二气体分析仪7测得第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2气体浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，关闭第十五阀门B3及第三阀门B6，打开第十八阀门V7和第十六阀门B2，让高纯度的CO2自下而上通过第二吸附脱附塔3，置换出第二吸附脱附塔3内自由空间中的部分N2，当第二气体分析仪7显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，闭合第二开关S2，对第二吸附脱附塔3通电升温，此时，第二十阀门B5是开启的(因为第二吸附脱附塔3的自由空间内可能还存有少量的N2，不利于得到高纯度的CO2)。当第二气体分析仪7显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，闭合第二十阀门B5，对第二吸附脱附塔3进行快速升温脱附，同时打开第八阀门B4、第十阀门V4及第十一阀门V5，使第二吸附脱附塔3内的CO2进入集气罐4内，当第二吸附脱附塔3的温度达到150℃-160℃时，断开电源，通电过程结束。当第二吸附脱附塔3内压力降到环境压力的时候，关闭第十阀门V4和第十一阀门V5，打开第九阀门V3和第十二阀门V6，通过真空泵8将第二吸附脱附塔3内残留的CO2暂存在缓冲罐5中，以待气体冲扫时使用。抽气过程结束后，打开第六阀门B1和第三阀门B6，用低温的自来水对高温的第二吸附脱附塔3降温，当第二吸附脱附塔3内的温度降到20℃-30℃之间时，第二吸附脱附塔3的一个吸附脱附过程结束。
在整个过程中，对热量得到了最大限度的使用，将烟气和两个吸附脱附塔内的热量通过出水总管12及锅炉补给水泵28送入锅炉水系统中。

Claims (5)

1.一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、烟气降温：燃煤电厂中烟气通过脱除SO2及NOx之后，温度降为50℃-60℃之间，将上述降温后的烟气通入换热器(1)中并与低温的自来水换热，使通入换热器(1)内的烟气温度降到20℃-30℃之间；
步骤二、第一吸附脱附塔通气吸附：将温度为20℃-30℃的烟气通入到第一吸附脱附塔(2)内，利用第一吸附脱附塔(2)内的吸附剂对通入到第一吸附脱附塔(2)内的烟气进行吸附，同时，开启安装在第七烟气管(19)上的第十九阀门(A5)和安装在自来水管(27)上的第二十一阀门(V1)，低温的自来水及时地将吸附过程中放出的热量带走，以确保第一吸附脱附塔(2)吸附温度控制在20℃-30℃之间，当第一气体分析仪(6)测得第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，第一吸附脱附塔(2)吸附过程结束；
步骤三、第二吸附脱附塔通气吸附及第一吸附脱附塔通电升温脱附、净化与降温：将经步骤一降温处理后的温度为20℃-30℃的烟气通入到第二吸附脱附塔(3)内，利用第二吸附脱附塔(3)内的吸附剂对通入到第二吸附脱附塔(3)内的烟气进行吸附，同时，开启安装在第八烟气管(20)上的第二十阀门(B5)，低温的自来水及时地将吸附过程中放出的热量带走，以确保第二吸附脱附塔(3)吸附温度控制在20℃-30℃之间，当第二气体分析仪(7)测得第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-80％时，第二吸附脱附塔(3)吸附过程结束；在第二吸附脱附塔(3)进行通气吸附这个时间段的同时，对第一吸附脱附塔(2)通电，当第一气体分析仪(6)显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，关闭第十九阀门(A5)，打开第七阀门(A4)、第十阀门(V4)和第十一阀门(V5)，由于第一吸附脱附塔(2)内温度的升高，第一吸附脱附塔(2)内的吸附剂对CO2和N2的吸附量迅速下降，使得第一吸附脱附塔(2)内的吸附相的CO2变成气相，直接将脱附出的气体存入集气罐(4)内，当第一吸附脱附塔(2)的温度升高到150℃-160℃时，第一吸附脱附塔(2)通电升温脱附过程结束，此时，存储于缓冲罐(5)内的CO2的摩尔百分含量达到90％-95％；关闭第十阀门(V4)，打开第九阀门(V3)及真空泵(8)，对第一吸附脱附塔(2)进行抽气，将抽出的气体放入缓冲罐(5)内，当第一吸附脱附塔(2)内的压力降到5KPa-6KPa时，第一吸附脱附塔(2)净化过程结束，此时，存储于缓冲罐(5)内的CO2的摩尔百分含量达到80％-85％；打开安装在自来水管(27)上的第二十一阀门(V1)及安装在第一吸附脱附塔(2)的进水口与自来水管(27)之间的进水管(10)上的第二阀门(A6)，利用低温的自来水对第一吸附脱附塔(2)降温，将其温度降低到20℃-30℃之间，第一吸附脱附塔(2)降温过程完成；至此，第一吸附脱附塔(2)完成一个吸附脱附循环过程，并进入下一个吸附脱附循环过程；
步骤四：第二吸附脱附塔CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温以及第一吸附脱附塔进入下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附；将存储于缓冲罐(5)内的摩尔百分含量达到80％-85％的CO2自下而上通入到第二吸附脱附塔(3)内，并置换出第二吸附脱附塔(3)内自由空间中的部分N2，当第二气体分析仪(7)显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，第二吸附脱附塔CO2气体吹扫过程结束；对第二吸附脱附塔(3)通电，当第二气体分析仪(7)显示第二吸附脱附塔烟气出口处的CO2浓度达到第二吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的70％-75％时，关闭第二十阀门(B5)，打开第八阀门(B4)、第十阀门(V4)和第十一阀门(V5)，由于第二吸附脱附塔(3)内温度的升高，第二吸附脱附塔(3)内的吸附剂对CO2和N2的吸附量迅速下降，使得第二吸附脱附塔(3)内的吸附相的CO2变成气相，直接将脱附出的气体存入集气罐(4)内，当第二吸附脱附塔(3)的温度升高到150℃-160℃时，第二吸附脱附塔(3)通电升温脱附过程结束，此时，存储于缓冲罐(5)内的CO2的摩尔百分含量达到90％-95％；关闭第十阀门(V4)，打开第九阀门(V3)及真空泵(8)，对第二吸附脱附塔(3)进行抽气，将抽出的气体放入缓冲罐(5)内，当第二吸附脱附塔(3)内的压力降到5KPa-6KPa时，第二吸附脱附塔(3)净化过程结束，此时，存储于缓冲罐(5)内的CO2的摩尔百分含量达到80％-85％；打开安装在自来水管(27)上的第二十一阀门(V1)及安装在第二吸附脱附塔(3)的进水口与自来水管(27)之间的进水管(10)上的第三阀门(B6)，利用低温的自来水对第二吸附脱附塔(3)降温，将其温度降低到20℃-30℃之间，第二吸附脱附塔(3)降温过程完成；至此，第二吸附脱附塔(3)完成一个吸附脱附循环过程，并进入下一个吸附脱附循环过程的通气吸附，即步骤三；在第二吸附脱附塔(3)进行CO2气体吹扫、通电升温脱附、净化与降温这个时间段的同时，第一吸附脱附塔(2)完成了下一个吸附脱附循环过程中的通气吸附，即步骤二。
2.根据权利要求1所述一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法，其特征在于：在第一吸附脱附塔(2)进行下一个吸附脱附循环过程中的步骤二和步骤三之间还包括步骤二一：即CO2吹扫步骤：将上一个吸附脱附循环过程中存储于缓冲罐(5)内的摩尔百分含量达到80％-85％的CO2自下而上通入到第一吸附脱附塔(2)内，并置换出第一吸附脱附塔(2)内自由空间中的部分N2，当第一气体分析仪(6)显示第一吸附脱附塔烟气出口处的CO2摩尔百分含量达到第一吸附脱附塔烟气进口处的CO2浓度的40％-50％时，该过程结束，进行下一个步骤，即步骤三。
3.根据权利要求1或2所述一种降温吸附低压电脱附捕获CO2的方法，其特征在于：第一吸附脱附塔(2)内和第二吸附脱附塔(3)内的吸附剂均为活性炭纤维。
4.一种实现权利要求1所述方法的系统，其特征在于：所述系统由换热器(1)、第一吸附脱附塔(2)、第二吸附脱附塔(3)、集气罐(4)、缓冲罐(5)、第一气体分析仪(6)、第二气体分析仪(7)、真空泵(8)、交流电源(9)、第一开关(S1)、第二开关(S2)、第一阀门(C3)、第二阀门(A6)、第三阀门(B6)、第四阀门(C2)、第五阀门(A1)、第六阀门(B1)、第七阀门(A4)、第八阀门(B4)、第九阀门(V3)、第十阀门(V4)、第十一阀门(V5)、第十二阀门(V6)、第十三阀门(A3)、第十四阀门(A2)、第十五阀门(B3)、第十六阀门(B2)、第十七阀门(C4)、第十八阀门(V7)、第十九阀门(A5)、第二十阀门(B5)、三根进水管(10)、三根出水支管(11)、出水总管(12)、第一烟气管(13)、第二烟气管(14)、第三烟气管(15)、第四烟气管(16)、第五烟气管(17)、第六烟气管(18)、第七烟气管(19)、第八烟气管(20)、第九烟气管(21)、第十烟气管(22)、第十一烟气管(23)、第十二烟气管(24)、第十三烟气管(25)和第十四烟气管(26)组成；
换热器(1)的进水口、第一吸附脱附塔(2)的进水口及第二吸附脱附塔(3)的进水口各通过一根进水管(10)与自来水管(27)连通，位于换热器(1)的进水口与自来水管(27)之间的进水管(10)上安装有第一阀门(C3)，位于第一吸附脱附塔(2)的进水口与自来水管(27)之间的进水管(10)上安装有第二阀门(A6)，位于第二吸附脱附塔(3)的进水口与自来水管(27)之间的进水管(10)上安装有第三阀门(B6)；换热器(1)的出水口、第一吸附脱附塔(2)的出水口及第二吸附脱附塔(3)的出水口各通过一根出水支管(11)与出水总管(12)连通，出水总管(12)与锅炉补给水泵(28)连接，位于换热器(1)的出水口与出水总管(12)之间的出水支管(11)上安装有第四阀门(C2)，位于第一吸附脱附塔(2)的出水口与出水总管(12)之间的出水支管(11)上安装有第五阀门(A1)，位于第二吸附脱附塔(3)的出水口与出水总管(12)之间的出水支管(11)上安装有第六阀门(B1)；换热器(1)的上端设有换热器烟气出口，换热器(1)的下端设有换热器烟气进口，第一吸附脱附塔(2)的上端设有两个第一吸附脱附塔烟气出口，第二吸附脱附塔(3)的上端设有两个第二吸附脱附塔烟气出口，第一烟气管(13)和第二烟气管(14)的一端并联后与第三烟气管(15)和第四烟气管(16)并联的一端连通，第三烟气管(15)和第四烟气管(16)的另一端并联后与第五烟气管(17)和第六烟气管(18)并联的一端连通，第五烟气管(17)的另一端与集气罐(4)连通，第六烟气管(18)的另一端与缓冲罐(5)连通，第一烟气管(13)的另一端与两个第一吸附脱附塔烟气出口中的任意一个连通，第二烟气管(14)的另一端与两个第二吸附脱附塔烟气出口中的任意一个连通，第七烟气管(19)的一端与两个第一吸附脱附塔烟气出口中的剩余一个连通，第七烟气管(19)的另一端与大气相通，第八烟气管(20)的一端与两个第二吸附脱附塔烟气出口中的剩余一个连通，第八烟气管(20)的另一端与大气相通，第一气体分析仪(6)设置在第一烟气管(13)和第七烟气管(19)之间，且分别与第一烟气管(13)和第七烟气管(19)连通，第二气体分析仪(7)设置在第二烟气管(14)和第八烟气管(20)之间，且分别与第二烟气管(14)和第八烟气管(20)连通；第一烟气管(13)上安装有第七阀门(A4)，第二烟气管(14)上安装有第八阀门(B4)，第三烟气管(15)上安装有第九阀门(V3)和真空泵(8)，第九阀门(V3)靠近真空泵(8)的入口处设置，第四烟气管(16)上安装有第十阀门(V4)，第五烟气管(17)上安装有第十一阀门(V5)，第六烟气管(18)上安装有第十二阀门(V6)，换热器(1)的上端设有换热器烟气出口，换热器烟气出口与第九烟气管(21)连通，第十烟气管(22)和第十一氧气管(23)的另一端均与第九烟气管(21)连通，第一吸附脱附塔(2)的下端设有第一吸附脱附塔烟气进口，第二吸附脱附塔(3)的下端设有第二吸附脱附塔烟气进口，第十二烟气管(24)的一端与第十烟气管(22)的一端并联后与第一吸附脱附塔烟气进口连通，第十一烟气管(23)的一端与第十三烟气管(24)的一端并联后与第二吸附脱附塔烟气进口连通，十二烟气管(24)的另一端与第十三烟气管(25)的另一端均与第十四烟气管(26)连通，第十四烟气管(26)与缓冲罐(5)连通，第十烟气管(22)上安装行第十三阀门(A3)，第九烟气管(21)上安装有第十七阀门(C4)，且第十七阀门(C4)设置在第十三阀门(A3)与换热器烟气出口之间，第十二烟气管(24)上安装有第十四阀门(A2)，第十一烟气管(23)上安装有第十五阀门(B3)，第十三烟气管(25)上安装有第十六阀门(B2)，第十四烟气管(26)上安装有第十八阀门(V7)，且第十八阀门(V7)设置在缓冲罐(5)与第十三烟气管(25)之间，第七烟气管上安装有第十九阀门(A5)，第八烟气管上安装有第二十阀门(B5)；第一吸附脱附塔(2)和第二吸附脱附塔(3)内均设有吸附剂；第一吸附脱附塔(2)的一个接电端与第一开关(S1)的一端连接，第一开关(S1)的另一端与交流电源(9)的一端连接，交流电源(9)的另一端与第一吸附脱附塔(2)的另一个接电端连接，第二吸附脱附塔(3)的一个接电端与第二开关(S2)的一端连接，第二开关(S2)的另一端与交流电源(9)的一端连接，交流电源(9)的另一端与第二吸附脱附塔(3)的另一个接电端连接。
5.根据权利要求4所述一种降温吸附低压电脱附捕获CO2系统，其特征在于：第一吸附脱附塔(2)和第二吸附脱附塔(3)内的吸附剂均为活性炭纤维。
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