CN102657996A - 双塔低压补获烟气中co2的方法 - Google Patents

双塔低压补获烟气中co2的方法 Download PDF

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曾启明
钟雨明
陈天洪
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Abstract

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。

Description

双塔低压补获烟气中CO2的方法
技术领域
本发明属于烟气净化技术领域，特别涉及一种双塔低压补获烟气中CO2的方法。
背景技术
二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》，明确提出了控制二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，工业上采用较多的是胺基化学吸收剂，如一乙醇胺(MEA)，二乙醇胺(DEA)，三乙醇胺(TEA)，甲基二乙醇胺(MEDA)等，其中一乙醇胺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。
WO2009/073928，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，这样一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：
一种双塔低压补获烟气中CO2的方法，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，净化塔压力为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)关阀吸附饱和的净化塔顶部出口阀门，同时烟气切换到另一个净化塔中继续进行吸附，打开吸附饱和的净化塔底部与真空泵进口连接的阀口，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力为-0.01～～-0.1Mpa，在另一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、含碳固体材料中的一种或多种；活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为：载体：80.1～88.8％，活性组份：10.1～17.6％，助剂：1.0～4.5％。
该吸附剂的制备过程包括下述步骤：
1)选择载本：称取8.0～10.0g活性炭，要求活性碳烧失率：50～70％，比表面积＞800m2/g，以中孔为主；
2)配制溶液：用1000ml的量筒量取600～800ml的去离子水倒入2000ml的烧杯中，加入200～300ml一乙醇胺，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℃；
3)浸渍过程：待烧杯中的温度达到70℃时，将(1)中称取的载体加入到烧杯中，间隔手动搅拌即可，浸渍时间为1～2小时；
4)过滤干燥：将浸渍后的活性炭经滤去溶液后，放入氢气氛围条件下于110～130℃条件下干燥4～6小时，即得产品吸附剂；
本方法补获烟气中的二氧化碳可进一步加压、净化、换热、提纯制备工业二氧化碳或者食品级二氧化碳，也可进行液态封存作为它用，净化塔顶部排出的气体可进一步处理制备工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：
1、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，即一个塔在吸附CO2，另外一个塔解吸CO2，当吸附饱和时，两个塔互换，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)。
附图说明
图1是本发明双塔低压补获烟气中CO2的方法工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不仅限于下述实施例。
实施例1
(1)、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1a进入装有吸附剂的净化塔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，净化后的烟气从净化塔顶部排出，此时顶部压力为2Kpa，气体组份(mol％)为：N2 99.61，CO2 0.39，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1b和2b，同时关闭程序控制阀1a和2a，烟气进入B塔开始吸附；
(4)打开程序控制阀3a，真空泵P1开始对A塔进行抽真空再生，将吸附在吸附剂上面的CO2、H2O、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/h。
(5)A塔再生完成后，关阀程序控制阀3a，打开2a，使B塔顶出口气经过2a阀进入到A塔，使A塔压力回升至常压，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、含碳固体材料中的一种或多种；活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为：载体：80.1～88.8％，活性组份：10.1～17.6％，助剂：1.0～4.5％。
工艺过程中的能耗为真空泵工作时的电耗，其消耗为：450Kw/h，二氧化碳的收率：98％。
实施例2
(1)、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1a进入装有吸附剂的净化塔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，净化后的烟气从净化塔顶部排出，此时顶部压力为10Kpa，气体组份(mol％)为：N2 99.71，CO2 0.29，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1b和2b，同时关闭程序控制阀1a和2a，烟气进入B塔开始吸附；
(4)打开程序控制阀3a，真空泵P1开始对A塔进行抽真空再生，将吸附在吸附剂上面的CO2、H2O、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/h。
(5)A塔再生完成后，关阀程序控制阀3a，打开2a，使B塔顶出口气经过2a阀进入到A塔，使A塔压力回升至常压，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、含碳固体材料中的一种或多种；活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为：载体：80.1～88.8％，活性组份：10.1～17.6％，助剂：1.0～4.5％。
工艺过程中的能耗为真空泵工作时的电耗，其消耗为：315Kw/h，二氧化碳的收率：98.5％。
实施例3
(1)、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1a进入装有吸附剂的净化塔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，净化后的烟气从净化塔顶部排出，此时顶部压力为23Kpa，气体组份(mol％)为：N2 99.61，CO2 0.39，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1b和2b，同时关闭程序控制阀1a和2a，烟气进入B塔开始吸附；
(4)打开程序控制阀3a，真空泵P1开始对A塔进行抽真空再生，将吸附在吸附剂上面的CO2、H2O、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/h。
(5)A塔再生完成后，关阀程序控制阀3a，打开2a，使B塔顶出口气经过2a阀进入到A塔，使A塔压力回升至常压，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、含碳固体材料中的一种或多种；活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为：载体：80.1～88.8％，活性组份：10.1～17.6％，助剂：1.0～4.5％。
工艺过程中的能耗为真空泵工作时的电耗，其消耗为：250Kw/h，二氧化碳的收率：98.4％。
如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims (4)

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，净化塔压力为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)关阀吸附饱和的净化塔顶部出口阀门，同时烟气切换到另一个净化塔中继续进行吸附，打开吸附饱和的净化塔底部与真空泵进口连接的阀口，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力为-0.01～-0.1Mpa，在另一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1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1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、含碳固体材料中的一种或多种；活性组分为一乙醇胺、二乙醇胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺中的一种或多种；助剂为K2CO3和碳纳米管(CNTs)中的一种或多种，该吸附剂中各组分及其质量百分比为：载体：80.1～88.8％，活性组份：10.1～17.6％，助剂：1.0～4.5％。
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一步处理制备工业氮气或高纯度氮气，净化塔底排解吸出的二氧化碳气体可进一步加压、净化、换热、提纯制备工业二氧化碳或者食品级二氧化碳，也可进行液态封存作为它用。
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