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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