CN107019991A - 一种工业烟气中co2富集以及余热回收系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统和方法，所述系统包括余热发电系统、烟气净化系统和CO2富集系统，其中余热发电系统包括依次连接的烟气产生装置、分解炉、预分解炉和余热发电装置，所述烟气净化系统包括依次连接的生料磨、第一除尘器和排空烟道，所述CO2富集系统包括第二除尘器、吸附塔、解析塔和鼓风机。本发明利用廉价的固体吸附剂采用变温吸附的方法对工业烟气中CO2进行富集和浓缩，同时利用烟气中的余热再生吸附剂，省去了CO2吸收式捕集装备所必需的烟气洗涤和气液分离等系统以及抗氧化剂和缓蚀剂等投资成本，降低了CO2回收技术的成本和能耗，为水泥等工业CO2减排提供新的思路和方法。

Description

一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统和方法
技术领域
本发明属于工业烟气CO2捕集技术，涉及一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统和方法。
背景技术
据统计，2015年度全球CO2排放总量为321亿吨，其中中国CO2排放量为91.93亿吨，占全球28.6％，持续成为世界首要碳排放国。2014年9月17日《国务院关于国家应对气候变化规划(2014-2020年)的批复》规定，中国在2020年之前实现单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40％～45％。我国CO2的排放20％来源于工业生产，主要包括电力、水泥和钢铁等高能耗行业，其中水泥行业CO2排放占工业总排放量的5％，居行业第三位。
与电力和钢铁等其他行业相比，水泥工业CO2不仅来源于燃料燃烧生成，还包括原料石灰石的分解，以熟料消耗1.5t生料/t熟料、热耗740kcal/kg熟料计算，每生产1t熟料，大约排放0.83t的CO2，与其它CO2排放行业钢铁(CO2含量12％～15％)、火电行业(CO2含量10％～15％)相比，水泥行业废气中的CO2浓度(20％～33％)相对较高，具有潜在的回收价值和效益。
目前国外如德国和日本等国家针对水泥窑CO2的减排和回收已开展了一些工作，包括源头原料替代和末端减排技术。
日本水泥协业从1996年就开展了“环境自主行动计划”，目的是开展节约能耗和减排CO2的活动，采取的主要措施有推广节能设备、提高替代燃料的使用量、扩大使用各种废弃以及增加混合水泥的产量等。从1997年起，全部采用了新型干法烧成工艺和悬浮预热器工艺，是世界主要水泥生产国单位能耗最低的国家。目前为止几乎所有水泥厂都采用了工业废弃物和城市垃圾，用于水泥配料和替代燃料。日本水泥工业最近引进了以木质废物为燃料的“生物体”发电技术，并且焚烧灰可以作为二次废弃物代用原料使用。日本还研究使用了具有矿物化能力的“球石藻”固定CO2，使其再资源化，可控制水泥生产排出的CO2量。德国一直以来都执行严格且完善的垃圾分类管理体系，其水泥产业的废弃物燃料替代工艺一直处于世界领先水平，另外德国卡尔斯鲁厄技术研究所开发出一种基于水合硅酸钙技术的“绿色”水泥生产工艺，由于原料和生产温度的大幅革新，相比传统水泥生产工艺可减少50％的CO2排放量。
我国CO2减排技术起步较晚，针对水泥厂的余热利用减排，目前水泥窑已应用的技术主要集中在生产工艺方面，比如一些水泥厂家用废气的余热烘干原燃料，可省去烘干用煤，减少CO2排放；还有采用碳排放强度低的原料代替石灰质原料，替代原料包括电石渣、高炉矿渣、粉煤灰和钢渣等，此外在生产能耗环节，高效粉磨技术(如CN 101665334A和CN101921079A中公开的方法)、余热发电技术(CN 204783146U和CN 202993866U中公开的方法)在水泥工业也得到了广泛的应用，取得了显著的效果。
在减少排放CO2的各种努力中，无论是将CO2作为原料再次利用还是进行深海埋藏，CO2的富集过程都是必要的而且是费用最高的一步。目前国外的CO2燃烧后捕集利用技术在国内仍处于研发和示范阶段，面临着高成本、高能耗和缺乏长期运行的安全性和可靠性等问题，极大的制约着水泥工业CO2减排技术的发展和应用。
发明内容
针对现有CO2减排技术中存在的高成本、高能耗和缺乏长期运行的安全性和可靠性等问题，本发明提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统和方法。本发明利用廉价的固体吸附剂采用变温吸附的方法对工业烟气中CO2进行富集和浓缩，同时利用烟气中的余热再生吸附剂，省去了CO2吸收式捕集装备所必需的烟气洗涤和气液分离等系统以及抗氧化剂和缓蚀剂等投资成本，降低了CO2回收技术的成本和能耗，为水泥等工业CO2减排提供新的思路和方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统，所述系统包括余热发电系统、烟气净化系统和CO2富集系统，其中余热发电系统包括依次连接的烟气产生装置、分解炉、预分解炉和余热发电装置，所述烟气净化系统包括依次连接的生料磨、第一除尘器和排空烟道，所述余热发电装置的烟气出口与生料磨的气体入口相连，所述CO2富集系统包括第二除尘器、吸附塔、解析塔和鼓风机，所述预分解炉的出气口与第二除尘器的气体入口相连，第二除尘器的气体出口与解析塔的壳层气体入口相连，解析塔的壳层气体出口与第一除尘器的气体入口相连，解析塔的CO2出口管路分为两路，一路与CO2收集器相连，一路与解析塔的管程入口相连，第一除尘器的出气口与吸附塔的管程气体入口相连，吸附塔的管程气体出口与排空烟道的气体入口相连，鼓风机的气体出口与吸附塔的气体入口相连。
本发明中，所述鼓风机与吸附塔气体入口相连，一方面可以给气体降温；另一方面可以加速气体流动，增强吸附塔的吸附效果。
本发明中，所述预分解炉产生的高温气体(温度在150℃～500℃)一部分用于进行发电，一部分用于对CO2富集系统中的解析塔进行解吸，以达到回收系统中热量的目的。所述预分解炉产生的高温气体对CO2富集系统中的解析塔进行解吸，主要是利用了气体的高温加热吸附了CO2的饱和吸附剂，使CO2从吸附剂中逸出。
本发明中，所述解析塔中吸附剂经解吸产生的富CO2气体一部分返回解吸塔的入口作为解吸过程中的惰性气氛，其一方面可以避免吸附剂再生过程中可能存在的吸附剂氧化或燃烧，另一方面省去了对所收集的CO2气体的进一步纯化的设备和步骤，进而使从解析塔出口捕集到的CO2气体可以直接进行成品收集。
本发明中，从余热发电装置中排出的烟气经生料磨和第一除尘器除尘后进入吸附塔中吸附其中的CO2，经吸附塔在低温吸附CO2后的贫CO2气体经排空烟道排出系统。
本发明中，所述吸附塔和解析塔的结构相同，二者可以替换使用，即当吸附塔中的吸附剂饱和后，可以将其作为解析塔，而将解析塔作为吸附塔，二者交替使用，通过设置阀门来实现管路的转换。
具体的，如图2和图3所示，所述预分解炉的出气口经第二除尘器，通过三通阀同时与解析塔和吸附塔的壳层气体入口相连，解析塔和吸附塔的壳层气体出口通过三通阀同时与第一除尘器的气体入口相连，当解析塔进行解吸，吸附塔进行吸附的时候，三通阀断开第二除尘器和吸附塔的壳层气体入口的连通，只保持第二除尘器和解析塔相连通，为解析塔提供高温烟气，三通阀断开吸附塔与第一除尘器之间的连接，只保持解析塔和第一除尘器之间的连接，以使降温后的烟气进入第一除尘器进行除尘；
第一除尘器气体出口通过三通阀同时与吸附塔和解析塔的管程气体入口相连，吸附塔的管程气体出口通过三通阀同时与CO2收集器和排空烟道相连，解析塔的管程气体出口通过三通阀同时与CO2收集器和排空烟道相连；当解析塔进行解吸，吸附塔进行吸附的时候，调节三通阀使第一除尘器与吸附塔相连，第一除尘器与解析塔断开，将第一除尘器排出的烟气送入吸附塔进行吸附，调节三通阀使吸附塔的管程气体出口与排空烟道相连，调节三通阀使解析塔的管程气体出口与CO2收集器相连；
经解吸后收集的富CO2气体同样通过三通阀与吸附塔和解析塔的管程气体入口相连，当解析塔进行解吸，吸附塔进行吸附的时候，调节三通阀，使富CO2气体与吸附塔之间断开连接，维持富CO2气体与解析塔的之间的连接，使富CO2气体作为解析塔的惰性气氛。
当吸附塔中的吸附剂饱和后，调节三通阀将其作为解析塔，而将解析塔作为吸附塔，二者交替使用，使用过程与上述过程相同。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述系统包括湿式除尘装置，所述湿式除尘装置同时与预分解炉的气体出口管路和第一除尘器的入口管路相连。本发明中，所述湿式除尘装置为余热发电系统和CO2富集系统的旁路，当余热发电系统和CO2富集系统的旁路不工作时，烟气可以经湿式除尘装置和第一除尘器直接连烟气经排空烟道排出。
优选地，所述第一除尘器和排空烟道之间设有调节阀门，其组成了烟气排出的备用管路。
作为本发明优选的技术方案，所述吸附塔的个数≥1个，例如1个、3个、5个、7个、9个、10个、12个、14个、16个、18个或20个个以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5～30个。
优选地，所述解析塔的个数≥1个，例如1个、3个、5个、7个、9个、10个、12个、14个、16个、18个或20个以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5～30个。
所述多个吸附塔和多个解析塔，以组为单位并联使用，每组包括1个吸附塔和1个解析塔。
作为本发明优选的技术方案，所述吸附塔中所用吸附剂为天然沸石、分子筛、氧化铝、活性炭或金属有机固体中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：天然沸石和分子筛的组合，氧化铝和活性炭的组合，活性炭和金属有机固体的组合，天然沸石、分子筛和氧化铝的组合，氧化铝、活性炭和金属有机固体的组合，天然沸石、分子筛、氧化铝、活性炭和金属有机固体的组合等，但并不仅限于上述所列吸附剂，对CO2具有良好吸附功能的其他新型吸附剂同样可适用于本发明。
优选地，所述吸附塔中所用吸附剂的结构包括板状、螺纹状或蜂窝状中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：板状和螺纹状的组合，螺纹状和蜂窝状的组合，板状、螺纹状和蜂窝状的组合等，但并不仅限于上述组合。
优选地，所述吸附塔的内部结构为列管式、蛇管式或U型管式中任意一种，但并不仅限于上述所列结构。
优选地，所述解析塔的内部结构为列管式、蛇管式或U型管式中任意一种，但并不仅限于上述所列结构。
作为本发明优选的技术方案，所述第一除尘器为布袋除尘器，其并不仅限于布袋除尘器，其他干式精除尘器同样适用于本发明。
优选地，所述第二除尘器为旋风除尘器，其并不仅限于旋风除尘器，其他干式粗除尘器同样适用于本发明。
第二方面，本发明提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收方法，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理工业烟气依次经分解和预分解处理后，分为两部分，第一部分烟气和第二部分烟气；
(2)步骤(1)中所述第一部分烟气用于发电回收热量和除尘处理后与吸附剂接触进行CO2吸附，脱除CO2后的烟气排出系统；
(3)步骤(1)中所述第二部分烟气经除尘后用于对吸附了CO2的饱和吸附剂进行解析，所述第二部分烟气对饱和吸附剂解析后进行除尘处理，并与吸附剂接触进行CO2吸附。
此处，所述的“第一部分”和“第二部分”并不是对烟气的利用顺序进行限定，仅仅是简单的命名。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理烟气依次经分解炉和预分解炉处理后，分为两部分，第一部分烟气和第二部分烟气；
(2)步骤(1)中所述第一部分烟气用于余热发电装置中进行发电回收热量后，经第一除尘器除尘后进入吸附塔中进行CO2吸附，脱除CO2的烟气经排空烟道排出系统；
(3)步骤(1)中所述第二部分烟气经第二除尘器除尘后进入解析塔中对吸附了CO2的饱和吸附剂进行解析，解析出CO2气体，所述第二部分烟气从解析塔中出来后进入第一除尘器进行除尘处理，再进入吸附塔中进行CO2吸附。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中所述解析得到的CO2气体分为两部分，一部分进行提纯后得到成品，另一部分返回解析过程，作为解析过程中的惰性气氛。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述待处理烟气包括来自水泥厂、火电厂或钢铁厂的待处理烟气，但并不仅限于上述领域。
优选地，步骤(1)中所述待处理烟气中CO2的浓度为5％～50％，例如5％、7％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)中所述待处理烟气的处理量为0～100万m3/h，例如10万m3/h、20万m3/h、30万m3/h、40万m3/h、50万m3/h、60万m3/h、70万m3/h、80万m3/h、90万m3/h或100万m3/h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)中待处理烟气依次经分解和预分解处理后的温度为150℃～500℃，例如150℃、170℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为300℃～350℃。
优选地，步骤(2)中所述吸附剂为天然沸石、分子筛、氧化铝、活性炭或金属有机固体中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：天然沸石和分子筛的组合，氧化铝和活性炭的组合，活性炭和金属有机固体的组合，天然沸石、分子筛和氧化铝的组合，氧化铝、活性炭和金属有机固体的组合，天然沸石、分子筛、氧化铝、活性炭和金属有机固体的组合等，但并不仅限于上述所列吸附剂，对CO2具有良好吸附功能的其他新型吸附剂同样可适用于本发明。
优选地，步骤(2)中所述CO2吸附的吸附温度为30℃～80℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)中所述第二部分烟气从解析塔(10)中出来后的温度为100℃～200℃，例如100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用廉价的固体吸附剂采用变温吸附的方法对工业烟气中CO2进行富集和浓缩，同时利用烟气中的余热再生吸附剂，实现CO2减排的同时达到尾气余热利用的节能目的，省去了CO2吸收式捕集装备所必需的烟气洗涤和气液分离等系统以及抗氧化剂和缓蚀剂等投资成本，最终烟气CO2的富集率可达100％。
附图说明
图1是本发明所述工业烟气中CO2富集以及余热回收系统的结构示意图；
图2是本发明实施例1中吸收塔9和解析塔10连接关系示意图；
图3是本发明实施例2中吸收塔9和解析塔10连接关系示意图；
其中，1-烟气产生装置，2-分解炉，3-预分解炉，4-余热发电装置，5-生料磨，6-湿式除尘装置，7-第一除尘器，8-第二除尘器，9-吸附塔，10-解析塔，11-鼓风机，12-排空烟道，1-1三通阀，1-2三通阀，1-3三通阀，1-4三通阀，1-5三通阀，1-6三通阀。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
如图1所示，本发明具体实施例部分提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统，所述系统包括余热发电系统、烟气净化系统和CO2富集系统，其中余热发电系统包括依次连接的烟气产生装置1、分解炉2、预分解炉3和余热发电装置4，所述烟气净化系统包括依次连接的生料磨5、第一除尘器7和排空烟道12，所述余热发电装置4的烟气出口与生料磨5的气体入口相连，所述CO2富集系统包括第二除尘器8、吸附塔9、解析塔10和鼓风机11，所述预分解炉3的出气口与第二除尘器8的气体入口相连，第二除尘器8的气体出口与解析塔10的壳层气体入口相连，解析塔10的壳层气体出口与第一除尘器7的气体入口相连，解析塔10的CO2出口管路分为两路，一路与CO2收集器相连，一路与解析塔10的管程入口相连，第一除尘器7的出气口与吸附塔9的管程气体入口相连，吸附塔9的管程气体出口与排空烟道12的气体入口相连，鼓风机11的气体出口与吸附塔9的气体入口相连。
本发明具体实施例部分提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收方法，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理工业烟气依次经分解和预分解处理后，分为两部分，第一部分烟气和第二部分烟气；
(2)步骤(1)中所述第一部分烟气用于发电回收热量和除尘处理后与吸附剂接触进行CO2吸附，脱除CO2后的烟气排出系统；
(3)步骤(1)中所述第二部分烟气经除尘后用于对吸附了CO2的饱和吸附剂进行解析，所述第二部分烟气对饱和吸附剂解析后进行除尘处理，并与吸附剂接触进行CO2吸附。
以下为本发明典型但非限制性实施例；
实施例1：
本实施例提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统及其处理方法，所述系统包括余热发电系统、烟气净化系统和CO2富集系统，其中余热发电系统包括依次连接的烟气产生装置1、分解炉2、预分解炉3和余热发电装置4，所述烟气净化系统包括依次连接的生料磨5、第一除尘器7和排空烟道12，所述余热发电装置4的烟气出口与生料磨5的气体入口相连，所述CO2富集系统包括第二除尘器8、吸附塔9、解析塔10和鼓风机11，所述预分解炉3的出气口与第二除尘器8的气体入口相连，第二除尘器8的气体出口与解析塔10的壳层气体入口相连，解析塔10的壳层气体出口与第一除尘器7的气体入口相连，解析塔10的CO2出口管路分为两路，一路与CO2收集器相连，一路与解析塔10的管程入口相连，第一除尘器7的出气口与吸附塔9的管程气体入口相连，吸附塔9的管程气体出口与排空烟道12的气体入口相连，鼓风机11的气体出口与吸附塔9的气体入口相连。
所述系统包括湿式除尘装置6，湿式除尘装置6同时与预分解炉3的气体出口管路和第一除尘器7的入口管路相连。所述第一除尘器7为布袋除尘器，第二除尘器8为旋风除尘器。
所述第一除尘器7和排空烟道12之间设有调节阀门。
所述吸附塔9的个数为18个，解析塔10的个数为18个，即18组作业组并联，每组包括1个吸附塔9和1个解析塔10，吸附塔9和解析塔10的结构相同，均为列管式，每个塔的内径为5米，塔高为30米，填充CO2吸附剂1500吨，所用吸附剂为常规的活性炭为吸附剂，其密度为650kg/m3，可以满足本实施例的填料要求。
所述吸附塔9和解析塔10替换使用，便于替换，其连接方法如图2所示，所述预分解炉3的出气口经第二除尘器8，通过三通阀1-3同时与解析塔10和吸附塔9的壳层气体入口相连，解析塔10和吸附塔9的壳层气体出口通过三通阀1-4同时与第一除尘器7的气体入口相连，当解析塔10进行解吸，吸附塔9进行吸附的时候，三通阀1-3断开第二除尘器8和吸附塔9的壳层气体入口的连通，只保持第二除尘器8和解析塔10相连通，为解析塔10提供高温烟气，三通阀1-4断开吸附塔9与第一除尘器7之间的连接，只保持解析塔10和第一除尘器7之间的连接，以使降温后的烟气进入第一除尘器7进行除尘；
第一除尘器7气体出口通过三通阀1-2同时与吸附塔9和解析塔10的管程气体入口相连，吸附塔的管程气体出口通过三通阀1-5同时与CO2收集器和排空烟道12相连，解析塔10的管程气体出口通过三通阀1-6同时与CO2收集器和排空烟道12相连；当解析塔10进行解吸，吸附塔9进行吸附的时候，调节三通阀1-2第一除尘器7与吸附塔9相连，第一除尘器7与解析塔10断开，将第一除尘器7排出的烟气送入吸附塔9进行吸附，调节三通阀1-5使吸附塔9的管程气体出口与排空烟道12相连，调节三通阀1-6使解析塔10的管程气体出口与CO2收集器相连；
经解吸后收集的富CO2气体同样通过三通阀1-1与吸附塔9和解析塔10的管程气体入口相连，当解析塔10进行解吸，吸附塔9进行吸附的时候，调节三通阀1-1，使富CO2气体与吸附塔9之间断开连接，维持富CO2气体与解析塔10的之间的连接，使富CO2气体作为解析塔10的惰性气氛。
采用本实施例中所述系统，处理从新型干法水泥炉窑中排出的温度为300℃～350℃的热烟气，其处理方法为：
(1)待处理烟气依次经分解炉2和预分解炉3处理后，分为两部分，第一部分烟气和第二部分烟气；
(2)步骤(1)中所述第一部分烟气用于余热发电装置4中进行发电回收热量后，经第一除尘器7除尘后进入吸附塔9中进行在60℃下进行CO2吸附，脱除CO2的烟气经排空烟道12排出系统；
(3)步骤(1)中所述第二部分烟气经第二除尘器8除尘后进入解析塔10中对吸附了CO2的饱和吸附剂进行解析，所述第二部分烟气从解析塔10中出来后降至100℃～200℃后进入第一除尘器7进行除尘处理，再进入吸附塔9中进行CO2吸附。
当吸附塔9中的吸附剂饱和后，调节三通阀将其作为解析塔，而将解析塔10作为吸附塔，二者交替使用，使用过程与上述过程相同。
在本实施例中，CO2吸附剂的吸附量为0.13g/g(3mmol/g)，则每台作业塔的CO2饱和吸附量按下式计算：
G饱＝G×m (1)
其中G表示CO2吸附剂的吸附量(0.13g/g)，m为吸附剂的使用量，计算得出每台作业塔的CO2吸附量G饱为195吨。在本实施例中，每台作业塔对CO2的吸附效率设计值为85％，则18台吸附塔同时工作的CO2吸附量为2983.5吨。假设烟气处于标准状态下，则18台吸附塔同时工作的CO2吸附量为1.66×106m3。
在本实施例中，根据对水泥厂窑尾烟气的测试得知CO2的体积浓度为22％，则18台脱附塔同时工作时可处理的烟气总量为754.2万m3。
在本实施例中，水泥厂窑尾烟气排放量为50万m3/h，所以吸附塔达到饱和吸附量的理论工作时间为15.08小时，在实际工作中需要消除不理想因素的影响，每12小时对吸附/脱附塔进行一次切换。
富集后排空的烟气中没有CO2，CO2的富集量为11万m3/h，富集量率达100％。
实施例2：
本实施例提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统及其处理方法，所述系统结构参照实施例1，区别在于：所述吸附塔9的个数为20个，解析塔10的个数为20个，即20组作业组并联，每组包括1个吸附塔9和1个解析塔10，吸附塔9和解析塔10的结构相同，均为蛇型管，其有利于烟气与吸附剂进行更加充分的物质和能量交换。每个塔的内径为6米，塔高为30米，填充CO2吸附剂1800吨。在本实施例中采用常规的分子筛为吸附剂，其密度为700kg/m3，可以满足本实施例的填料要求。
所述吸附塔9和解析塔10替换使用，其连接方法如图3所示，参照实施例1。
采用本实施例中所述系统，处理从新型干法水泥炉窑中排出的温度为300℃～350℃的热烟气，其处理方法操作实施例1中操作方法，区别仅在于步骤(1)中CO2吸附的吸附温度为30℃～33℃。
在本实施例中，CO2吸附剂的吸附量为0.198g/g(4.5mmol/g)，则每台作业塔的CO2饱和吸附量按实施例一中式(1)计算得出每台作业塔的CO2吸附量G饱为356.4吨。在本实施例中，每台作业塔对CO2的吸附效率设计值为0.9，则20台吸附塔同时工作的吸附量为6415.2吨。假设气体处于标准状态下，则20台吸附塔同时工作的吸附量为3.57×106m3。
在本实施例中，根据对水泥厂窑尾烟气的测试得知CO2的体积浓度为22％，则20台脱附塔同时工作时可处理的烟气总量为1623万m3。
在本实施例中，水泥厂窑尾烟气排放量为20万m3/h，所以吸附塔达到饱和吸附量的理论工作时间为81.14小时，在实际工作中需要消除不理想因素的影响，每72小时对吸附/脱附塔进行一次切换。
富集后排空的烟气中没有CO2，富集量率达100％。
实施例3：
本实施例提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统及其处理方法，所述系统结构参照实施例1，区别仅在于吸附塔9的个数为5个，解析塔10的个数为6个。
采用本实施例中所述系统，处理温度为150℃～200℃的CO2体积浓度为7％的热烟气，其处理方法操作实施例1中操作方法，区别仅在于步骤(1)中CO2吸附的吸附温度为77℃～80℃。
富集后排空的烟气中没有CO2，富集量率达100％。
实施例4：
本实施例提供了一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统及其处理方法，所述系统结构参照实施例1，区别仅在于吸附塔9的个数为29个，解析塔10的个数为30个。
采用本实施例中所述系统，处理温度为450℃～500℃的CO2体积浓度为48％的热烟气，其处理方法操作实施例1中操作方法。
富集后排空的烟气中没有CO2，富集量率达100％。
综合上述实施例的结果可以看出，本发明利用廉价的固体吸附剂采用变温吸附的方法对工业烟气中CO2进行富集和浓缩，同时利用烟气中的余热再生吸附剂，实现CO2减排的同时达到尾气余热利用的节能目的，省去了CO2吸收式捕集装备所必需的烟气洗涤和气液分离等系统以及抗氧化剂和缓蚀剂等投资成本，最终烟气CO2的富集率可达100％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种工业烟气中CO2富集以及余热回收系统，其特征在于，所述系统包括余热发电系统、烟气净化系统和CO2富集系统，其中余热发电系统包括依次连接的烟气产生装置(1)、分解炉(2)、预分解炉(3)和余热发电装置(4)，所述烟气净化系统包括依次连接的生料磨(5)、第一除尘器(7)和排空烟道(12)，所述余热发电装置(4)的烟气出口与生料磨(5)的气体入口相连，所述CO2富集系统包括第二除尘器(8)、吸附塔(9)、解析塔(10)和鼓风机(11)，所述预分解炉(3)的出气口与第二除尘器(8)的气体入口相连，第二除尘器(8)的气体出口与解析塔(10)的壳层气体入口相连，解析塔(10)的壳层气体出口与第一除尘器(7)的气体入口相连，解析塔(10)的CO2出口管路分为两路，一路与CO2收集器相连，一路与解析塔(10)的管程入口相连，第一除尘器(7)的出气口与吸附塔(9)的管程气体入口相连，吸附塔(9)的管程气体出口与排空烟道(12)的气体入口相连，鼓风机(11)的气体出口与吸附塔(9)的气体入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括湿式除尘装置(6)，所述湿式除尘装置(6)同时与预分解炉(3)的气体出口管路和第一除尘器(7)的入口管路相连；
优选地，所述第一除尘器(7)和排空烟道(12)之间设有调节阀门。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述吸附塔(9)的个数≥1个，优选为5～30个；
优选地，所述解析塔(10)的个数≥1个，优选为5～30个。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述吸附塔(9)中所用吸附剂为天然沸石、分子筛、氧化铝、活性炭或金属有机固体中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述吸附塔(9)中所用吸附剂的结构包括板状、螺纹状或蜂窝状中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述吸附塔(9)的内部结构为列管式、蛇管式或U型管式中任意一种；
优选地，所述解析塔(10)的内部结构为列管式、蛇管式或U型管式中任意一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述第一除尘器(7)为布袋除尘器；
优选地，所述第二除尘器(8)为旋风除尘器。
6.一种工业烟气中CO2富集以及余热回收方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理工业烟气依次经分解和预分解处理后，分为两部分，第一部分烟气和第二部分烟气；
(2)步骤(1)中所述第一部分烟气用于发电回收热量和除尘处理后与吸附剂接触进行CO2吸附，脱除CO2后的烟气排出系统；
(3)步骤(1)中所述第二部分烟气经除尘后用于对吸附了CO2的饱和吸附剂进行解析，所述第二部分烟气对饱和吸附剂解析后进行除尘处理，并与吸附剂接触进行CO2吸附。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理烟气依次经分解炉(2)和预分解炉(3)处理后，分为两部分，第一部分烟气和第二部分烟气；
(2)步骤(1)中所述第一部分烟气用于余热发电装置(4)中进行发电回收热量后，经第一除尘器(7)除尘后进入吸附塔(9)中进行CO2吸附，脱除CO2的烟气经排空烟道(12)排出系统；
(3)步骤(1)中所述第二部分烟气经第二除尘器(8)除尘后进入解析塔(10)中对吸附了CO2的饱和吸附剂进行解析，所述第二部分烟气从解析塔(10)中出来后进入第一除尘器(7)进行除尘处理，再进入吸附塔(9)中进行CO2吸附。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述解析得到的CO2气体分为两部分，一部分进行提纯后得到成品，另一部分返回解析过程，作为解析过程中的惰性气氛。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述待处理烟气包括来自水泥厂、火电厂或钢铁厂的待处理烟气；
优选地，步骤(1)中所述待处理烟气中CO2的浓度为5％～50％；
优选地，步骤(1)中所述待处理烟气的处理量为0～100万m3/h且不包括0；
优选地，步骤(1)中待处理烟气依次经分解和预分解处理后的温度为150℃～500℃，优选为300℃～350℃；
优选地，步骤(2)中所述吸附剂为天然沸石、分子筛、氧化铝、活性炭或金属有机固体中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)中所述CO2吸附的吸附温度为30℃～80℃；
优选地，步骤(3)中所述第二部分烟气从解析塔(10)中出来后的温度为100℃～200℃。
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