CN113998677B - 一种从化学法回收co2的废气中制取氮气的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氮气的回收利用技术领域，具体涉及一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统及方法。该系统包括粗处理装置、深度净化装置和氮气浓缩装置；所述深度净化装置包括依次相连的压缩机、深度除水装置和第二过滤器，所述压缩机的进气口与所述粗处理装置的出气口相连；所述氮气浓缩装置包括吸附塔，所述吸附塔的进气口与所述第二过滤器的出气口相连。该系统可对化学法回收CO2后的废气进行处理以制取氮气，不仅可以回收放空气(化学法回收CO2后的废气)中的高含量氮气，还可以回收放空气的压力，节能效果明显。
Description
技术领域
本发明属于氮气的回收利用技术领域，具体涉及一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统及方法。
背景技术
目前工厂使用的氮气，都是通过空分制氮获取，有深冷和PSA变压吸附两种。不管是哪一种方法，其使用的原料气都是空气，氮气含量为78％。
对烟道气中二氧化碳进行捕集回收利用，是实现“双碳”目标的一种重要措施。烟道气中二氧化碳的捕集，工业化主要有两种方法：化学吸收法(俗称有机胺法)和物理吸附法，二种方法各有优势。两种方法回收二氧化碳后都会产生放空废气，其放空气的成分虽有不同，但是其中氮气含量均远高于空气中78％的氮气含量，其中化学吸收法产生的放空气中氮气含量约为90％以上，物理吸附法产生的放空气中氮气含量约为85～89％。现有技术中通常会将放空废气直接排放，而以空气为原料来制取氮气，造成能源的浪费。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统，以解决上述技术问题。该系统可对化学法回收CO2后的废气进行处理以制取氮气，不仅可以回收放空气(化学法回收CO2后的废气)中的高含量氮气，还可以回收放空气的压力，节能效果明显。
本发明还提供了一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的方法。
本发明的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统采用如下技术方案：一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统，所述系统包括粗处理装置、深度净化装置和氮气浓缩装置；所述粗处理装置用于初步去除废气中的溶剂杂质以得到初步洁净气体；所述深度净化装置包括依次相连的压缩机、深度除水装置和第二过滤器，所述压缩机的进气口与所述粗处理装置的出气口相连，所述深度净化装置用于对初步洁净气体进行深度净化以得到深度净化气体；所述氮气浓缩装置包括吸附塔，所述吸附塔的进气口与所述第二过滤器的出气口相连，所述吸附塔用于对所述深度净化气体进行变压吸附以制取氮气。
优选地，所述深度除水装置包括分水罐和干燥机，所述分水罐的进气口与所述压缩机的出气口相连，所述分水罐的出气口与所述干燥机的进气口相连，所述干燥机的出气口与所述第二过滤器的进气口相连。
优选地，所述粗处理装置包括除雾器、冷却器、气液分离器和第一过滤器，所述除雾器的出气口与所述冷却器的进气口相连，所述冷却器的出气口与所述气液分离器的进气口相连，所述气液分离器的出气口与所述第一过滤器的进气口相连，所述第一过滤器的出气口与所述压缩机的进气口相连。
优选地，所述冷却器将气体的温度降至30～35℃，所述第一过滤器用于去除硫化物、氮氧化物、水和粉尘中的任意一种或几种的组合。
优选地，所述吸附塔至少设有两台以形成吸附塔组。
优选地，所述吸附塔组与所述第二过滤器的出气口相连的管道上设有PLC控制气动阀。
优选地，所述吸附塔设有两台，两台所述吸附塔并联设置，所述吸附塔的塔顶出气口通过氮气出气管与成品氮气储罐相连，所述氮气出气管上设有PLC控制气动阀。
本发明的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的方法采用如下技术方案：一种从化学法回收CO2后的废气中制取氮气的方法，采用如上所述的系统制取氮气。
优选地，所述化学法回收CO2后的废气中含有氮气、氧气、二氧化碳、水和有机胺，所述氮气的体积百分数为90％以上，所述氧气的体积百分数为8～12％，所述二氧化碳的体积百分数为0.5～2％，所述水的体积百分数为5～9％。
优选地，所述深度净化气体的压力为0.7～1.0MPa，含尘量≤0.01μm，压力露点为-20～-30℃。
有益效果：本发明的化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统可对化学法回收CO2后的废气进行处理以制取氮气，不仅可以回收放空气(化学法回收CO2后的废气)中的高含量氮气，还可以回收放空气的压力，节能效果明显。
本发明的化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统的整体设备自动化程度高，节能效果好，在工业上可大力推广，是实现碳减排的措施之一。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统的结构示意图；
附图标记：
100-粗处理装置；200-深度净化装置；300-氮气浓缩装置；
110-除雾器；120-冷却器；130-气液分离器；140-第一过滤器；
210-压缩机；220-分水罐；230-干燥机；240-第二过滤器；
310-吸附塔。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
针对目前现有技术中通常以空气为原料来制取氮气，而将氮气含量更高的、回收二氧化碳后的废气直接放空，造成能源浪费的问题，本发明提供一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统。
如图1所示，本发明的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统包括：包括粗处理装置100、深度净化装置200和氮气浓缩装置300；粗处理装置100用于初步去除废气中的溶剂杂质，得到初步洁净气体；深度净化装置200包括依次相连的压缩机210、深度除水装置和第二过滤器240，压缩机210的进气口与粗处理装置100的出气口相连，深度净化装置200用于对初步洁净气体进行深度净化以得到深度净化气体；氮气浓缩装置300包括吸附塔310，吸附塔310的进气口与第二过滤器240的出气口相连，吸附塔310用于对深度净化气体进行变压吸附以制取氮气。
本发明的化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统可对化学法回收CO2后的废气进行处理以制取氮气，不仅可以回收放空气(化学法回收CO2后的废气)中的高含量氮气，还可以回收放空气的压力，节能效果明显。
本发明优选实施例中，深度除水装置包括分水罐220和干燥机230，分水罐220的进气口与压缩机210的出气口相连，分水罐220的出气口与干燥机230的进气口相连，干燥机230的出气口与第二过滤器240的进气口相连。通过采用压缩机210对初步洁净气体进行提压，之后通过分水罐220分水，进入干燥机230进行二次干燥净化，深度脱除初步洁净气体中的水，还能除去前端携带过来的微量硫化物、氮氧化物和有机溶剂，进一步对初步洁净气体进行净化。之后，气体进入第二过滤器240中，进一步去除微量硫化物、氮氧化物、水和粉尘，得到深度净化气体(例如，深度净化气体可达到如下级别：压力0.7～1.0MPa，含尘量≤0.01μm，露点-20～-30℃)。
本发明优选实施例中，粗处理装置100包括除雾器110、冷却器120、气液分离器130和第一过滤器140，除雾器110的出气口与冷却器120的进气口相连，冷却器120的出气口与气液分离器130的进气口相连，气液分离器130的出气口与第一过滤器140的进气口相连，第一过滤器140的出气口与压缩机210的进气口相连。通过设置除雾器110，可以对化学法回收CO2后的废气携带的溶剂蒸汽进行初步除雾拦截，然后进入冷却器120降温，对废气中携带的水蒸气进行粗脱水。
本发明优选实施例中，冷却器120将气体的温度降至30～35℃，第一过滤器140用于去除硫化物、氮氧化物、水和粉尘中的任意一种或几种的组合。
本发明优选实施例中，吸附塔310至少设有两台以形成吸附塔组。
本发明优选实施例中，吸附塔组与第二过滤器230的出气口相连的管道上设有PLC控制气动阀。深度净化气体通过PLC控制气动阀，进入不同的吸附塔310进行吸附分离，吸附塔310可以是两台或多台，成品氮气从塔顶汇集后进入成品氮气储罐，用于下级使用。
本发明优选实施例中，吸附塔310设有两台，两台吸附塔310并联设置，吸附塔310的塔顶出气口通过氮气出气管与成品氮气储罐相连，氮气出气管上设有PLC控制气动阀。
本发明还提供了一种从化学法回收CO2后的废气中制取氮气的方法，采用如上述任意一项所述的系统制取氮气。
本发明的方法的优选实施例中，化学法回收CO2后的废气中含有氮气、氧气、二氧化碳、水和有机胺，氮气的含量为90％以上(体积百分数)，氧气的含量为8～12％(体积百分数)，二氧化碳的含量为0.5～2％(体积百分数)，水的含量为5～9％(体积百分数)。
本发明的方法的优选实施例中，深度净化气体的压力为0.7～1.0MPa，含尘量≤0.01μm，压力露点-20～-30℃。
本发明优选实施例中，从化学法回收CO2后的废气中制取氮气的方法具体可为：
采用本发明的方法从燃煤锅炉烟气的化学法回收二氧化碳后的废气(放空气)中制取氮气；本实施例中的放空气约47℃，10KPa，氮气92％(体积百分数)，氧气10％(体积百分数)，二氧化碳1％(体积百分数)，水7％(体积百分数)以及微量的有机胺。
取放空气量50000Nm3/h，依次进入除雾器110、冷却器120(放空气温度降至30-35℃)、气液分离器130、过滤器140处理，以脱除放空气中的游离水，得到初步洁净气体。
初步洁净气体，进入压缩机210压缩至0.8MPa，经分水罐220进一步除水后，进入干燥机230，进行深度脱水干燥；之后进入第二过滤器240除尘，保证放空气中的含尘量≤0.01μm，压力露点-20℃，方可达到吸附级别(即得到深度净化气体)。
深度净化气体进入氮气浓缩装置300(吸附塔组)，经变压吸附后，塔顶产出0.6MPa，20000Nm3/h，纯度99.5％的成品氮气。
如果以50000Nm3/h空气为原料气，在0.8MPa的吸附压力下，产气压力为0.6MPa，产气量为15500Nm3/h，纯度为99.5％的氮气。即同样的能耗下，本发明的产气量提高了29％，其节能效果显而易见。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统，其特征在于，所述系统包括粗处理装置、深度净化装置和氮气浓缩装置；
所述粗处理装置用于初步去除废气中的溶剂杂质以得到初步洁净气体；
所述深度净化装置包括依次相连的压缩机、深度除水装置和第二过滤器，所述压缩机的进气口与所述粗处理装置的出气口相连，所述深度净化装置用于对初步洁净气体进行深度净化以得到深度净化气体；所述深度净化气体的压力为0.7～1.0MPa，含尘量≤0.01μm，压力露点为-20～-30℃；
所述氮气浓缩装置包括吸附塔，所述吸附塔的进气口与所述第二过滤器的出气口相连，所述吸附塔用于对所述深度净化气体进行变压吸附以制取氮气；
所述粗处理装置包括除雾器、冷却器、气液分离器和第一过滤器，所述除雾器的出气口与所述冷却器的进气口相连，所述冷却器的出气口与所述气液分离器的进气口相连，所述气液分离器的出气口与所述第一过滤器的进气口相连，所述第一过滤器的出气口与所述压缩机的进气口相连；所述冷却器将气体的温度降至30~35℃，所述第一过滤器用于去除硫化物、氮氧化物、水和粉尘中的任意一种或几种的组合；
所述深度除水装置包括分水罐和干燥机，所述分水罐的进气口与所述压缩机的出气口相连，所述分水罐的出气口与所述干燥机的进气口相连，所述干燥机的出气口与所述第二过滤器的进气口相连；
所述化学法回收CO2的废气中含有氮气、氧气、二氧化碳、水和有机胺，所述氮气的体积百分数为90%以上，所述氧气的体积百分数为8～12%，所述二氧化碳的体积百分数为0.5～2%，所述水的体积百分数为5～9%。
2.如权利要求1所述的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统，其特征在于，所述吸附塔至少设有两台以形成吸附塔组。
3.如权利要求2所述的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统，其特征在于，所述吸附塔组与所述第二过滤器的出气口相连的管道上设有PLC控制气动阀。
4.如权利要求1所述的从化学法回收CO2的废气中制取氮气的系统，其特征在于，所述吸附塔设有两台，两台所述吸附塔并联设置，所述吸附塔的塔顶出气口通过氮气出气管与成品氮气储罐相连，所述氮气出气管上设有PLC控制气动阀。
5.一种从化学法回收CO2的废气中制取氮气的方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任意一项所述的系统制取氮气。
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