CN106823684B - 节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统及方法。该系统包括第一吸附床、第二吸附床和第三吸附床，每个吸附床带有相互独立的换热室和吸附室，以及包括：可切换地与每个吸附室或换热室连通的热烟气供给管路、可切换地与每个换热室连通的空气供给管路、可切换地与每个吸附室连通的CO2供给与回收管路。该方法包括三个循环的状态，能够不间断吸附分离烟气中CO2，同时在变温吸附过程中，利用烟气自身热量加热吸附剂使其脱附再生，烟气在此过程中温度降低，节省了吸附和脱附的能源消耗。本发明解决了分离工业中二氧化碳和现有变温吸附技术能耗高的问题，实现了节能和减少二氧化碳排放的目的。

Description

节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统及方法。
背景技术
近年来全球气候变暖以及一系列与其相关的环境问题正日益凸显，CO2是大气中的一种主要的温室气体，其2015年全球排放量已达321亿吨。CO2主要来源于工业排放，尤其燃用化石燃料的工业锅炉通过烟道向大气中排放大量CO2。对工业烟气中的CO2进行分离和捕获的技术亟需进一步发展，来减少温室气体排放和减缓全球气候变暖的问题。
目前在分离工业烟气中CO2的多项技术中，吸收分离法与吸附分离法较为成熟。其中吸附分离法是利用固体吸附剂对混合气体中的CO2进行选择性的可逆吸附来实现烟气中的CO2的分离和捕获，吸附剂在低温或者高压下吸附CO2，升温或降低压力后将吸附剂中的CO2脱附，使吸附剂得到再生。通过周期性的压力、温度变化来达到对混合气体中的CO2进行吸附脱附的目的。吸附分离法具有能耗低、环境污染小、设备简单和无化学腐蚀等特点，因此更有发展前景。
吸附分离法分为变温吸附和变压吸附。变温吸附是利用气体对固体吸附剂的吸附能的差异以吸附容量在不同的温度下的变化实现吸附和分离，从而使固体吸附剂在整个吸附循环中再生。由于物理吸附过程决定了吸附剂在低温吸附和在高温脱附再生，因而在变温吸附过程中需要消耗大量能源来降低烟气温度和提高吸附剂温度，这一问题限制了变温吸附技术的发展。
因此，亟需发明一种节约能源、对环境污染小的分离工业烟气中二氧化碳的系统及方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种在变温吸附过程中，充分利用烟气自身热量的节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统及方法，以解决分离工业中二氧化碳和现有变温吸附技术的能耗高的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统，其包括：第一吸附床、第二吸附床和第三吸附床，所述每个吸附床带有相互独立的换热室和吸附室，所述换热室对所述吸附室加热或冷却；以及包括：可切换地与每个所述吸附室或所述换热室连通的热烟气供给管路、可切换地与每个所述换热室连通的空气供给管路、可切换地与每个所述吸附室连通的CO2供给与回收管路。
根据本发明，热烟气供给管路、空气供给管路、以及CO2供给与回收管路包括三种可依次切换的状态：在第一状态下：热烟气供给管路依次与第三吸附床的换热室、第一吸附床的吸附室、第二吸附床的吸附室连通；空气供给管路同时与第一吸附床和第二吸附床的换热室连通；CO2供给与回收管路与第三吸附床的吸附室连通；在第二状态下：热烟气供给管路依次与第一吸附床的换热室、第二吸附床的吸附室、第三吸附床的吸附室连通；空气供给管路同时与第二吸附床和第三吸附床的换热室连通；CO2供给与回收管路与第一吸附床的吸附室连通；在第三状态下：热烟气供给管路依次与第二吸附床的换热室、第三吸附床的吸附室、第一吸附床的吸附室连通；空气供给管路同时与第一吸附床和第三吸附床的换热室连通；CO2供给与回收管路与第二吸附床的吸附室连通。
根据本发明，该节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统，还包括：CO2输送风机，所述CO2输送风机连接所述CO2供给与回收管路；空气输送风机，所述空气输送风机连接所述空气供给管路；冷烟气排气口管路，所述冷烟气排气口管路连接所述任一吸附床的吸附室；空气排气口管路，所述空气排气口管路连接所述任一吸附床的换热室；CO2缓冲罐，所述CO2缓冲罐连接所述CO2输送风机和所述CO2供给与回收管路；CO2排气口管路，所述CO2排气口管路连接所述CO2缓冲罐；温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器与任一吸附床的吸附室和换热室相连；CO2浓度传感器，所述CO2浓度传感器与任一吸附床的吸附室和热烟气供给管路相连；阀门和管道，所述阀门和管道连接各设备。
根据本发明，温度传感器的数量为12个、所述压力传感器的数量为12个、所述CO2浓度传感器的数量为4个、所述阀门的数量为24个。
根据本发明，吸附室的外壁上设置包括肋片、翅片和鳍片等用于强化换热的结构；吸附室内填充的吸附剂为沸石、活性炭、介孔分子筛、多孔聚合物和金属氧化物等固体吸附剂。
本发明又提供一种采用前述技术方案所述的变温吸附系统的工业烟气二氧化碳分离方法，将所述热烟气供给管路、空气供给管路、以及CO2供给与回收管路切换在第一状态，执行：步骤一：高温的烟气经由所述热烟气供给管路通入第三吸附床的换热室，使第三吸附床的吸附室升温，所述吸附室发生CO2脱附，所述脱附的CO2通过与第三吸附床的吸附室连通的CO2供给和回收管路回收；步骤二：常温空气经由空气供给管路通入所述第二吸附床和第一吸附床的换热室，使第二吸附床和第一吸附床的吸附室保持常温，所述步骤二在步骤一之后进行或与之同时进行；步骤三：所述烟气从所述第三吸附床的换热室离开并继续通入第二吸附床的吸附室，被吸附室的吸附剂吸收；步骤四：所述烟气从所述第二吸附床的吸附室离开并继续通入第一吸附床的吸附室，被吸附室的吸附剂进一步吸收后排放；将所述热烟气供给管路、空气供给管路、以及CO2供给与回收管路依次切换至第二状态、第三状态，进行与上述步骤一至步骤四相应的处理。
根据本发明，在所述第一状态时，第一吸附床为吸附过程，第二吸附床为吹扫过程，第三吸附床为脱附过程；在所述第二状态时，第一吸附床为脱附过程，第二吸附床为吸附过程，第三吸附床为吹扫过程；在所述第三状态时，第一吸附床为吹扫过程，第二吸附床为脱附过程，第三吸附床为吸附过程；第三状态结束时循环至第一状态。
根据本发明，在所述第一状态时，CO2输送风机与CO2供给与回收管路相连，所述CO2供给与回收管路与第三吸附床的吸附室的一侧相连，第三吸附床的吸附室的另一侧与CO2缓冲罐相连，热烟气供给管路与第三吸附床的换热室的一侧相连，第三吸附床的换热室的另一侧与第一吸附床的吸附室的一侧相连，第一吸附床的吸附室的另一侧与第二吸附床的吸附室的一侧相连，第二吸附床的吸附室的另一侧与冷烟气排气口管路相连，空气输送风机分别与第一吸附床和第二吸附床的换热室的一侧相连，第一吸附床和第二吸附床的换热室的另一侧与空气排气口管路相连；在所述第二状态时，CO2输送风机与第一吸附床的吸附室的一侧相连，第一吸附床的吸附室的另一侧与CO2缓冲罐相连，热烟气供给管路与第一吸附床的换热室的一侧相连，第一吸附床的换热室的另一侧与第二吸附床的吸附室的一侧相连，第二吸附床的吸附室的另一侧与第三吸附床的吸附室的一侧相连，第三吸附床的吸附室的另一侧与冷烟气排气口管路相连，空气输送风机分别与第二吸附床和第三吸附床的换热室的一侧相连，第二吸附床和第三吸附床的换热室的另一侧与空气排气口管路相连；在所述第三状态时，CO2输送风机与第二吸附床的吸附室的一侧相连，第二吸附床的吸附室的另一侧与CO2缓冲罐相连，热烟气供给管路与第二吸附床的换热室的一侧相连，第二吸附床的换热室的另一侧与第三吸附床的吸附室的一侧相连，第三吸附床的吸附室的另一侧与第一吸附床的吸附室的一侧相连，第一吸附床的吸附室的另一侧与冷烟气排气口管路相连，空气输送风机分别与第一吸附床和第三吸附床的换热室的一侧相连，第一吸附床和第三吸附床的换热室的另一侧与空气排气口管路相连。
根据本发明，在所述第一状态时，若第一吸附床的吸附室出口的CO2浓度传感器监测到CO2浓度达到设定值时，系统转换为第二状态；在所述第二状态时，若第二吸附床的吸附室出口的CO2浓度传感器监测到CO2浓度达到设定值时，系统转换为第三状态；在所述第三状态时，若第三吸附床的吸附室出口的CO2浓度传感器监测到CO2浓度达到设定值时，系统转换为第一状态。
根据本发明，某个吸附床为吸附过程时，从正在脱附过程的另一个吸附床的换热室而来的经过初步降温的热烟气进入所述正在吸附过程的吸附床的吸附室，空气输送至所述正在吸附过程的吸附床的换热室，经过换热来对所述正在吸附过程的吸附床的吸附室降温，达到在低温环境下吸附烟气中CO2的目的；某个吸附床为脱附过程时，CO2输送至所述正在脱附过程的吸附床的吸附室中，热烟气输送至所述正在脱附过程的吸附床的换热室中，经过换热来对所述正在脱附过程的吸附床的吸附室升温，达到在高温环境下脱附吸附剂中CO2的目的；某个吸附床为吹扫过程时，从正在吸附过程的另一个吸附床的吸附室而来烟气进入所述正在吹扫过程的吸附床的吸附室，空气输送至所述正在吹扫过程的吸附床的换热室，经过换热来对所述正在吹扫过程的吸附床的吸附室降温，达到吹扫吸附剂和降温的目的，为接下来所述吸附床要进行的吸附过程做准备。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
吸附床在脱附过程时，通过换热室和吸附室之间的传热来利用热烟气自身的热量加热吸附剂，节省了因脱附再生而加热吸附剂的能耗。输送至吸附床吸附室中的气体是纯CO2，有利于脱附效果的提高，并且保证了脱附出来的CO2的纯度。
吸附床在吸附过程时，输送至该吸附床吸附室中的烟气是已经经过脱附过程吸附床换热室的烟气，因为经历过热量传递，节约了因冷却吸进口烟气的而消耗的能量。
本发明采用的是三个吸附床的工作状态，因而始终会有一个吸附床处于吹扫状态，在该状态下，不含CO2的烟气输送至该吸附床的吸附室中，并且冷空气持续输送至该吸附床的换热时中，有利于该吸附床处于接下来吸附过程的准备阶段。并且，三个吸附床的流程，有利于整个吸附工艺的连续工作，提高了装置的吸附效率。
附图说明
图1为本发明节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的示意图；
图2为本发明节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统中的吸附床的结构示意图；
图3为本发明节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的分离方法在第一状态的示意图；
图4为本发明节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的分离方法在第二状态的示意图；
图5为本发明节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的分离方法在第三状态的示意图。
【附图标记说明】
1：第一吸附床；
2：第二吸附床；
3：第三吸附床；
4：CO2输送风机；
5：空气输送风机；
6：CO2缓冲罐；
7：CO2排气口管路；
8：热烟气供给管路：
9：冷烟气排气口管路；
10：空气供给管路；
11：空气排气口管路；
12：温度传感器；
13：压力传感器；
14：CO2浓度传感器；
15：阀门；
16：吸附室；
17：换热室；
18：CO2供给与回收管路。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1、图2所示，为本发明的一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统。该系统包括：第一吸附床1、第二吸附床2和第三吸附床3，每个吸附床带有相互独立的换热室17和吸附室16，换热室17对吸附室16加热或冷却；以及包括：可切换地与每个吸附室16或换热室17连通的热烟气供给管路8、可切换地与每个换热室17连通的空气供给管路10、可切换地与每个吸附室16连通的CO2供给与回收管路18。热烟气供给管路8、空气供给管路10、以及CO2供给与回收管路18包括三种可依次切换的状态：
在第一状态下：
热烟气供给管路8依次与第三吸附床3的换热室17、第一吸附床1的吸附室16、第二吸附床2的吸附室16连通；
空气供给管路10同时与第一吸附床1和第二吸附床2的换热室17连通；
CO2供给与回收管路18与第三吸附床3的吸附室16连通；
在第二状态下：
热烟气供给管路8依次与第一吸附床1的换热室17、第二吸附床2的吸附室16、第三吸附床3的吸附室16连通；
空气供给管路10同时与第二吸附床2和第三吸附床3的换热室17连通；
CO2供给与回收管路18与第一吸附床1的吸附室16连通；
在第三状态下：
热烟气供给管路8依次与第二吸附床2的换热室17、第三吸附床3的吸附室16、第一吸附床1的吸附室16连通；
空气供给管路10同时与第一吸附床1和第三吸附床3的换热室17连通；
CO2供给与回收管路18与第二吸附床2的吸附室16连通。
进一步地，该系统还包括CO2输送风机4，CO2输送风机4连接CO2供给与回收管路18；空气输送风机5，空气输送风机5连接空气供给管路10；冷烟气排气口管路9，冷烟气排气口管路9连接任一吸附床的吸附室16；空气排气口管路11，空气排气口管路11连接任一吸附床的换热室17；CO2缓冲罐6，CO2缓冲罐6连接CO2输送风机4和CO2供给与回收管路18；CO2排气口管路7，CO2排气口管路7连接CO2缓冲罐6；温度传感器12和压力传感器13，温度传感器12和压力传感器13与任一吸附床的吸附室16和换热室17相连；CO2浓度传感器14，CO2浓度传感器14与任一吸附床的吸附室16和热烟气供给管路8相连；阀门15和管道，阀门15和管道连接各设备。
具体的，温度传感器12的数量为12个、压力传感器13的数量为12个、CO2浓度传感器14的数量为4个、阀门15的数量为24个。吸附室16的外壁上设置包括肋片、翅片和鳍片等用于强化换热的结构；吸附室16内填充的吸附剂为沸石、活性炭、介孔分子筛、多孔聚合物和金属氧化物等固体吸附剂。
本发明实施例中，24个阀门15组成如下：控制CO2输送风机4至各吸附床的吸附室16的CO2气体输送的阀门15，共3个；控制各吸附床的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15，共3个；控制热烟气供给管路8至各吸附床的换热室17的烟气输送的阀门15，共3个；控制各吸附床的换热室17至相邻吸附床的吸附室16的烟气输送的阀门15，共3个；控制各吸附床的吸附室16至相邻吸附床的吸附室16的烟气输送的阀门15，共3个；控制各吸附床的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15，共3个；控制空气供给管路10至各吸附床的换热室17的空气输送的阀门15，共3个；控制各吸附床的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15，共3个。
需要说明的是，该实施例中的阀门15组合方式为了更好地解释本发明中各工作步骤之间阀门15的开关转换，不限制实现本发明工作过程中各步骤的阀门15组合方式。
如图3所示，为本发明的一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的分离方法在第一状态的示意图。其中，实心的阀门15代表开启状态，空心的阀门15代表关闭状态。控制CO2输送风机4至第三吸附床3的吸附室16的CO2气体输送的阀门15为开启状态，控制CO2输送风机4至第一吸附床1和第二吸附床2各自的吸附室16的CO2气体输送的阀门15为关闭状态；控制第三吸附床的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1和第二吸附床2各自的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15为关闭状态；控制热烟气供给管路8至第三吸附床3的换热室17的烟气输送的阀门15为开启状态，控制热烟气供给管路8至第一吸附床1和第二吸附床2各自的换热室17的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第三吸附床3的换热室17至第一吸附床1的吸附室16的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1的换热室17至第二吸附床2的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态，控制第二吸附床2的换热室17至第三吸附床3的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第一吸附床1的吸附室16至第二吸附床2的吸附室16的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第二吸附床2的吸附室16至第三吸附床3的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态，控制第三吸附床3的吸附室16至第一吸附床1的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第二吸附床2的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1和第三吸附床3各自的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制空气供给管路10至第一吸附床1和第二吸附床2各自的换热室17的空气输送的阀门15为开启状态，控制空气供给管路10至第三吸附床3的换热室17的空气输送的阀门15为关闭状态；控制第一吸附床1和第二吸附床2各自的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15为开启状态，控制第三吸附床3的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15为关闭状态。
由此，CO2输送风机4与CO2供给与回收管路18相连，CO2供给与回收管路18与第三吸附床3的吸附室16的一侧相连，第三吸附床3的吸附室16的另一侧与CO2缓冲罐6相连，热烟气供给管路8与第三吸附床3的换热室17的一侧相连，第三吸附床3的换热室17的另一侧与第一吸附床1的吸附室16的一侧相连，第一吸附床1的吸附室16的另一侧与第二吸附床2的吸附室16的一侧相连，第二吸附床2的吸附室16的另一侧与冷烟气排气口管路9相连，空气输送风机5分别与第一吸附床1和第二吸附床2的换热室17的一侧相连，第一吸附床1和第二吸附床2的换热室17的另一侧与空气排气口管路11相连。
高温的烟气经由热烟气供给管路8通入第三吸附床3的换热室17，使第三吸附床3的吸附室16升温，吸附室16发生CO2脱附，脱附的CO2通过与第三吸附床3的吸附室16连通的CO2供给和回收管路18回收；常温空气经由空气供给管路10通入第二吸附床2和第一吸附床1的换热室17，使第二吸附床2和第一吸附床1的吸附室16保持常温；烟气从第三吸附床3的换热室17离开并继续通入第二吸附床2的吸附室16，被吸附室16的吸附剂吸收；烟气从第二吸附床2的吸附室16离开并继续通入第一吸附床1的吸附室16，被吸附室16的吸附剂进一步吸收后排放。
如图4所示，为本发明的一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的分离方法在第二状态的示意图。其中，实心的阀门15代表开启状态，空心的阀门15代表关闭状态。控制CO2输送风机4至第一吸附床1的吸附室16的CO2气体输送的阀门15为开启状态，控制CO2输送风机4至第二吸附床2和第三吸附床3各自的吸附室16的CO2气体输送的阀门15为关闭状态；控制第一吸附床1的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15为开启状态，控制第二吸附床2和第三吸附床3各自的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15为关闭状态；控制热烟气供给管路8至第一吸附床1的换热室17的烟气输送的阀门15为开启状态，控制热烟气供给管路8至第二吸附床2和第三吸附床3各自的换热室17的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第一吸附床1的换热室17至第二吸附床2的吸附室16的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第二吸附床2的换热室17至第三吸附床3的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态，控制第三吸附床3的换热室17至第一吸附床1的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第二吸附床2的吸附室16至第三吸附床3的吸附室16的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第三吸附床3的吸附室16至第一吸附床1的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态，控制第一吸附床1的吸附室16至第二吸附床2的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第三吸附床3的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1和第二吸附床2各自的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制空气供给管路10至第二吸附床2和第三吸附床3各自的换热室17的空气输送的阀门15为开启状态，控制空气供给管路10至第一吸附床1的换热室17的空气输送的阀门15为关闭状态；控制第二吸附床2和第三吸附床3各自的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15为关闭状态。
由此，CO2输送风机4与第一吸附床1的吸附室16的一侧相连，第一吸附床1的吸附室16的另一侧与CO2缓冲罐6相连，热烟气供给管路8与第一吸附床1的换热室17的一侧相连，第一吸附床1的换热室17的另一侧与第二吸附床2的吸附室16的一侧相连，第二吸附床2的吸附室16的另一侧与第三吸附床3的吸附室16的一侧相连，第三吸附床3的吸附室16的另一侧与冷烟气排气口管路9相连，空气输送风机5分别与第二吸附床2和第三吸附床3的换热室17的一侧相连，第二吸附床2和第三吸附床3的换热室17的另一侧与空气排气口管路11相连。
高温的烟气经由热烟气供给管路8通入第一吸附床1的换热室17，使第一吸附床1的吸附室16升温，吸附室16发生CO2脱附，脱附的CO2通过与第一吸附床1的吸附室16连通的CO2供给和回收管路18回收；常温空气经由空气供给管路10通入第二吸附床2和第三吸附床3的换热室17，使第二吸附床2和第三吸附床3的吸附室16保持常温；烟气从第一吸附床1的换热室17离开并继续通入第二吸附床2的吸附室16，被吸附室16的吸附剂吸收；烟气从第二吸附床2的吸附室16离开并继续通入第三吸附床3的吸附室16，被吸附室16的吸附剂进一步吸收后排放。
如图5所示，为本发明的一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统的分离方法在第三状态的示意图。其中，实心的阀门15代表开启状态，空心的阀门15代表关闭状态。控制CO2输送风机4至第二吸附床2的吸附室16的CO2气体输送的阀门15为开启状态，控制CO2输送风机4至第一吸附床1和第三吸附床3各自的吸附室16的CO2气体输送的阀门15为关闭状态；控制第二吸附床2的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1和第三吸附床3各自的吸附室16至CO2缓冲罐6的CO2气体输送的阀门15为关闭状态；控制热烟气供给管路8至第二吸附床2的换热室17的烟气输送的阀门15为开启状态，控制热烟气供给管路8至第一吸附床1和第三吸附床3各自的换热室17的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第二吸附床2的换热室17至第三吸附床3的吸附室16的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第三吸附床3的换热室17至第一吸附床1的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态，控制第一吸附床1的换热室17至第二吸附床2的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第三吸附床3的吸附室16至第一吸附床1的吸附室16的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第一吸附床1的吸附室16至第二吸附床2的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态，控制第二吸附床2的吸附室16至第三吸附床3的吸附室16的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制第一吸附床1的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15为开启状态，控制第二吸附床2和第三吸附床3各自的吸附室16至冷烟气排气口管路9的烟气输送的阀门15为关闭状态；控制空气供给管路10至第一吸附床1和第三吸附床3各自的换热室17的空气输送的阀门15为开启状态，控制空气供给管路10至第二吸附床2的换热室17的空气输送的阀门15为关闭状态；控制第一吸附床1和第三吸附床3各自的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15为开启状态，控制第二吸附床2的换热室17至空气排气口管路11的空气输送的阀门15为关闭状态。
由此，CO2输送风机4与第二吸附床2的吸附室16的一侧相连，第二吸附床2的吸附室16的另一侧与CO2缓冲罐6相连，热烟气供给管路8与第二吸附床2的换热室17的一侧相连，第二吸附床2的换热室17的另一侧与第三吸附床3的吸附室16的一侧相连，第三吸附床3的吸附室16的另一侧与第一吸附床1的吸附室16的一侧相连，第一吸附床1的吸附室16的另一侧与冷烟气排气口管路9相连，空气输送风机5分别与第一吸附床1和第三吸附床3的换热室17的一侧相连，第一吸附床1和第三吸附床3的换热室17的另一侧与空气排气口管路11相连。
高温的烟气经由热烟气供给管路8通入第二吸附床2的换热室17，使第二吸附床2的吸附室16升温，吸附室16发生CO2脱附，脱附的CO2通过与第二吸附床2的吸附室16连通的CO2供给和回收管路18回收；常温空气经由空气供给管路10通入第三吸附床3和第一吸附床1的换热室17，使第三吸附床3和第一吸附床1的吸附室16保持常温；烟气从第二吸附床2的换热室17离开并继续通入第三吸附床3的吸附室16，被吸附室16的吸附剂吸收；烟气从第三吸附床3的吸附室16离开并继续通入第一吸附床1的吸附室16，被吸附室16的吸附剂进一步吸收后排放。
本发明实施例中，将各个吸附床的吸附室16出口的CO2浓度传感器14监测的CO2浓度限值设定为1％，若监测到CO2浓度达到1％，说明该吸附床中的吸附剂已经吸附饱和。在分离方法的第一状态时，若第一吸附床1的吸附室16出口的CO2浓度传感器14监测到CO2浓度达到设定值1％时，系统转换为第二状态；在分离方法的第二状态时，若第二吸附床2的吸附室16出口的CO2浓度传感器14监测到CO2浓度达到设定值1％时，系统转换为第三状态；在分离方法的第三状态时，若第三吸附床3的吸附室16出口的CO2浓度传感器14监测到CO2浓度达到设定值1％时，系统转换为第一状态。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统，其特征在于，其包括：
第一吸附床（1）、第二吸附床（2）和第三吸附床（3），每个吸附床带有相互独立的换热室（17）和吸附室（16），所述换热室（17）对所述吸附室（16）加热或冷却；
以及包括：
可切换地与每个所述吸附室（16）或所述换热室（17）连通的热烟气供给管路（8）、可切换地与每个所述换热室（17）连通的空气供给管路（10）、可切换地与每个所述吸附室（16）连通的CO2供给与回收管路（18）；
所述热烟气供给管路（8）、空气供给管路（10）、以及CO2供给与回收管路（18）包括三种可依次切换的状态：
在第一状态下：
热烟气供给管路（8）依次与第三吸附床（3）的换热室（17）、第一吸附床（1）的吸附室（16）、第二吸附床（2）的吸附室（16）连通；
空气供给管路（10）同时与第一吸附床（1）和第二吸附床（2）的换热室（17）连通；
CO2供给与回收管路（18）与第三吸附床（3）的吸附室（16）连通；
在第二状态下：
热烟气供给管路（8）依次与第一吸附床（1）的换热室（17）、第二吸附床（2）的吸附室（16）、第三吸附床（3）的吸附室（16）连通；
空气供给管路（10）同时与第二吸附床（2）和第三吸附床（3）的换热室（17）连通；
CO2供给与回收管路（18）与第一吸附床（1）的吸附室（16）连通；
在第三状态下：
热烟气供给管路（8）依次与第二吸附床（2）的换热室（17）、第三吸附床（3）的吸附室（16）、第一吸附床（1）的吸附室（16）连通；
空气供给管路（10）同时与第一吸附床（1）和第三吸附床（3）的换热室（17）连通；
CO2供给与回收管路（18）与第二吸附床（2）的吸附室（16）连通。
2.根据权利要求1所述的节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统，其特征在于，还包括：
CO2输送风机（4），所述CO2输送风机（4）连接所述CO2供给与回收管路（18）；
空气输送风机（5），所述空气输送风机（5）连接所述空气供给管路（10）；
冷烟气排气口管路（9），所述冷烟气排气口管路（9）连接任一吸附床的吸附室（16）；
空气排气口管路（11），所述空气排气口管路（11）连接任一吸附床的换热室（17）；
CO2缓冲罐（6），所述CO2缓冲罐（6）连接所述CO2输送风机（4）和所述CO2供给与回收管路（18）；
CO2排气口管路（7），所述CO2排气口管路（7）连接所述CO2缓冲罐（6）；
温度传感器（12）和压力传感器（13），所述温度传感器（12）和压力传感器（13）与任一吸附床的吸附室（16）和换热室（17）相连；
CO2浓度传感器（14），所述CO2浓度传感器（14）与任一吸附床的吸附室（16）和热烟气供给管路（8）相连；
阀门（15）和管道，所述阀门（15）和管道连接各设备。
3.根据权利要求2所述的节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统，其特征在于：
所述温度传感器（12）的数量为12个、所述压力传感器（13）的数量为12个、所述CO2浓度传感器（14）的数量为4个、所述阀门（15）的数量为24个。
4.根据权利要求3所述的节能型分离工业烟气中二氧化碳的变温吸附系统，其特征在于：
所述吸附室（16）的外壁上设置包括肋片、翅片和鳍片中至少一种用于强化换热的结构；
所述吸附室（16）内填充的吸附剂为沸石、活性炭、介孔分子筛、多孔聚合物和金属氧化物中的至少一种固体吸附剂。
5.一种采用前述权利要求1所述的变温吸附系统的工业烟气二氧化碳分离方法，其特征在于：
将所述热烟气供给管路（8）、空气供给管路（10）、以及CO2供给与回收管路（18）切换在第一状态，执行：
步骤一：高温的烟气经由所述热烟气供给管路（8）通入第三吸附床（3）的换热室（17），使第三吸附床（3）的吸附室（16）升温，第三吸附床（3）的吸附室（16）发生CO2脱附，脱附的CO2通过与第三吸附床（3）的吸附室（16）连通的CO2供给和回收管路（18）回收；
步骤二：常温空气经由空气供给管路（10）通入所述第二吸附床（2）和第一吸附床（1）的换热室（17），使第二吸附床（2）和第一吸附床（1）的吸附室（16）保持常温，所述步骤二在步骤一之后进行或与之同时进行；
步骤三：所述烟气从所述第三吸附床（3）的换热室（17）离开并继续通入第一吸附床（1）的吸附室（16），被吸附室（16）的吸附剂吸收；
步骤四：所述烟气从所述第一吸附床（1）的吸附室（16）离开并继续通入第二吸附床（2）的吸附室（16），被吸附室（16）的吸附剂进一步吸收后排放；
将所述热烟气供给管路（8）、空气供给管路（10）、以及CO2供给与回收管路（18）依次切换至第二状态、第三状态，进行与上述步骤一至步骤四相应的处理。
6.根据权利要求5所述的工业烟气二氧化碳分离方法，其特征在于：
在所述第一状态时，第一吸附床（1）为吸附过程，第二吸附床（2）为吹扫过程，第三吸附床（3）为脱附过程；在所述第二状态时，第一吸附床（1）为脱附过程，第二吸附床（2）为吸附过程，第三吸附床（3）为吹扫过程；在所述第三状态时，第一吸附床（1）为吹扫过程，第二吸附床（2）为脱附过程，第三吸附床（3）为吸附过程；第三状态结束时循环至第一状态。
7.根据权利要求6所述的工业烟气二氧化碳分离方法，其特征在于：
在所述第一状态时，CO2输送风机（4）与CO2供给与回收管路（18）相连，所述CO2供给与回收管路（18）与第三吸附床（3）的吸附室（16）的一侧相连，第三吸附床（3）的吸附室（16）的另一侧与CO2缓冲罐（6）相连，热烟气供给管路（8）与第三吸附床（3）的换热室（17）的一侧相连，第三吸附床（3）的换热室（17）的另一侧与第一吸附床（1）的吸附室（16）的一侧相连，第一吸附床（1）的吸附室（16）的另一侧与第二吸附床（2）的吸附室（16）的一侧相连，第二吸附床（2）的吸附室（16）的另一侧与冷烟气排气口管路（9）相连，空气输送风机（5）分别与第一吸附床（1）和第二吸附床（2）的换热室（17）的一侧相连，第一吸附床（1）和第二吸附床（2）的换热室（17）的另一侧与空气排气口管路（11）相连；
在所述第二状态时，CO2输送风机（4）与第一吸附床（1）的吸附室（16）的一侧相连，第一吸附床（1）的吸附室（16）的另一侧与CO2缓冲罐（6）相连，热烟气供给管路（8）与第一吸附床（1）的换热室（17）的一侧相连，第一吸附床（1）的换热室（17）的另一侧与第二吸附床（2）的吸附室（16）的一侧相连，第二吸附床（2）的吸附室（16）的另一侧与第三吸附床（3）的吸附室（16）的一侧相连，第三吸附床（3）的吸附室（16）的另一侧与冷烟气排气口管路（9）相连，空气输送风机（5）分别与第二吸附床（2）和第三吸附床（3）的换热室（17）的一侧相连，第二吸附床（2）和第三吸附床（3）的换热室（17）的另一侧与空气排气口管路（11）相连；
在所述第三状态时，CO2输送风机（4）与第二吸附床（2）的吸附室（16）的一侧相连，第二吸附床（2）的吸附室（16）的另一侧与CO2缓冲罐（6）相连，热烟气供给管路（8）与第二吸附床（2）的换热室（17）的一侧相连，第二吸附床（2）的换热室（17）的另一侧与第三吸附床（3）的吸附室（16）的一侧相连，第三吸附床（3）的吸附室（16）的另一侧与第一吸附床（1）的吸附室（16）的一侧相连，第一吸附床（1）的吸附室（16）的另一侧与冷烟气排气口管路（9）相连，空气输送风机（5）分别与第一吸附床（1）和第三吸附床（3）的换热室（17）的一侧相连，第一吸附床（1）和第三吸附床（3）的换热室（17）的另一侧与空气排气口管路（11）相连。
8.根据权利要求7所述的工业烟气二氧化碳分离方法，其特征在于：
在所述第一状态时，若第一吸附床（1）的吸附室出口的CO2浓度传感器（14）监测到CO2浓度达到设定值时，系统转换为第二状态；
在所述第二状态时，若第二吸附床（2）的吸附室出口的CO2浓度传感器（14）监测到CO2浓度达到设定值时，系统转换为第三状态；
在所述第三状态时，若第三吸附床（3）的吸附室出口的CO2浓度传感器（14）监测到CO2浓度达到设定值时，系统转换为第一状态。
9.根据权利要求8所述的工业烟气二氧化碳分离方法，其特征在于：
某个吸附床为吸附过程时，从正在脱附过程的另一个吸附床的换热室（17）而来的经过初步降温的热烟气进入正在吸附过程的吸附床的吸附室（16），空气输送至正在吸附过程的吸附床的换热室（17），经过换热来对正在吸附过程的吸附床的吸附室（16）降温，达到在低温环境下吸附烟气中CO2的目的；
某个吸附床为脱附过程时，CO2输送至正在脱附过程的吸附床的吸附室（16）中，热烟气输送至正在脱附过程的吸附床的换热室（17）中，经过换热来对正在脱附过程的吸附床的吸附室（16）升温，达到在高温环境下脱附吸附剂中CO2的目的；
某个吸附床为吹扫过程时，从正在吸附过程的另一个吸附床的吸附室（16）而来烟气进入正在吹扫过程的吸附床的吸附室（16），空气输送至正在吹扫过程的吸附床的换热室（17），经过换热来对正在吹扫过程的吸附床的吸附室（16）降温，达到吹扫吸附剂和降温的目的，为接下来所述吸附床要进行的吸附过程做准备。
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