CN114247262B - 一种分子筛吸附法co2脱除系统及脱除工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分子筛吸附法CO2脱除系统及脱除工艺，包括吸附塔和解析塔，吸附塔底侧设有原烟气入口、顶侧设有第一出口；解析塔包括从上往下依次连接的气固分离装置、热交换器、解析装置，其中，解析装置的底端与原烟气入口相连通，气固分离装置顶端与第一出口连通；气固分离装置还连接有供净烟气排出的排气管道。采用多元胺浸渍在分子筛微颗粒上可脱除含低浓度CO2的工业烟气中的CO2，结合气固两相流反应机制，使分子筛颗粒和烟气充分混合，通过化学反应，可协同处置烟气中的CO2、SO2等酸性气体，旋流内气固两相流机制极大地强化了气固间的传质与传热，通过分子筛的多次再循环，在吸附塔内延长吸收剂与烟气的接触时间，高效脱除酸性气体。

Description

一种分子筛吸附法CO2脱除系统及脱除工艺
技术领域
本发明涉及二氧化碳脱除技术领域，具体是一种分子筛吸附法CO2脱除系统及脱除工艺。
背景技术
温室效应目前仍然是世界上公认的主要环境问题之一。研究表明，近五十年的气候变暖主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳等温室气体造成的。燃煤电厂二氧化碳排放是我国温室气体的最主要来源，约占总排放量的50％。随着燃煤火电机组装机容量的迅速增加，燃煤电厂二氧化碳排放量还将进一步增加。因此，积极开发有效的燃煤电厂二氧化碳减排技术具有十分重要的战略意义。
目前，国内外开发的主流二氧化碳脱除技术主要可分为物理吸收法、膜吸收法、化学吸收法、离子液体法、电化学法和O2/CO2富氧燃烧法和化学链燃烧法等。在这些技术中，吸附脱除法因吸附剂可再生利用和脱除过程无废液产生等优点收到国内学术界和工程界的广泛关注，已成为目前最有发展前景的二氧化碳脱除技术之一。但吸附脱除法流程较复杂，设备腐蚀严重，溶液循环量大，能耗高，二氧化碳吸收效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种分子筛吸附法CO2脱除系统及脱除工艺，以解决上述背景技术中提出的问题，通过在吸附塔中布置旋流的固态分子筛作为吸收剂，对酸性气体进行吸附、解析的循环处理过程，酸性气体的脱除率可达到95％以上。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一方面公开了一种分子筛吸附法CO2脱除系统，包括吸附塔和解析塔，所述吸附塔底侧设有入口、顶侧设有第一出口；所述解析塔包括从上往下依次连接的气固分离装置、热交换器、解析装置，其中，所述解析装置的底部与所述入口相连通，所述气固分离装置顶部与所述第一出口连通、顶部还连接有供净烟气排出的排气管道。
作为本发明进一步的方案：所述解析塔还包括依次与热交换器连接的冷却装置、酸性气体储箱。
作为本发明进一步的方案：所述解析塔还包括连接于解析装置和热交换器之间的供酸性气体回流的第一回流管。
作为本发明进一步的方案：所述吸附塔还包括安装在所述吸附塔内的旋流管。
作为本发明进一步的方案：所述解析装置和所述入口之间设有分子筛储箱。
本发明另一方面公开了适用于上述脱除系统的CO2脱除工艺，包括以下步骤：
S1、原烟气进入吸附塔中，与做旋流运动的分子筛充分接触，形成干粉状的混合微粒物；
S2、所述混合微粒物吸收了酸性气体后，由所述第一出口进入气固分离装置中，经过热交换器加热进入到解析装置；在解析装置中，酸性气体从混合微粒物中析出，经过冷却处理后被储存至酸性气体储箱，分子筛析出后落入分子筛储箱中；
S3、分子筛回流到吸附塔入口与原烟气混合，重复步骤S1-S2。
作为本发明进一步的方案：所述分子筛经过多元胺浸渍处理。
作为本发明进一步的方案：所述分子筛粒径为450–1200um，孔径为30nm。
作为本发明进一步的方案：所述热交换器的加热温度至少为100℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用多元胺浸渍在分子筛微颗粒上的技术路线脱除含低浓度CO2的工业烟气中的CO2，结合气固两相流反应机制，使分子筛颗粒和烟气充分混合，通过化学反应，可协同处置烟气中的CO2、SO2、SO3、HF与HCl等酸性气体，最终终产物是一种自由流动的干粉混合物，无二次污染。
分子筛作为吸收剂，原烟气从吸附塔进入旋流管中旋流加速上升，固态的分子筛与气态的原烟气在气流的作用下产生激烈的湍动与混合，二者充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，形成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；这种旋流内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，通过吸收剂的多次再循环，在吸附塔内延长吸收剂与烟气的接触时间，以达到高效脱除酸性气体的目的，同时大大提高了吸收剂的利用率。
附图说明
图1为本发明中CO2脱除系统的结构示意图；
图2为本发明中吸附塔结构示意图；
图中：1-吸附塔、11-原烟气入口、12-第一出口、13-旋流管、14-分子筛加入口、15-均布装置、16-分子筛补充入口、2-解析塔、21-气固分离装置、22-热交换器、23-解析装置、24-冷却装置、25-酸性气体储箱、26-第一回流管、27-分子筛储箱、3-排气管道、4-第二回流管、5-风机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1-2，一种分子筛吸附法CO2脱除系统，包括吸附塔1和解析塔2。该吸附塔1底侧设有原烟气入口11和分子筛入口14、顶侧设有第一出口12，吸附塔1内部设有多个旋流管13；解析塔2包括从上往下依次连接的气固分离装置21、热交换器22、解析装置23、分子筛储箱27；所述分子筛储箱27的底端与原烟气入口11相连通，所述气固分离装置21顶端的侧部接口与所述第一出口12连通，吸附塔1和解析塔2各部件连接形成一个闭环通道，在该闭环通道中填充有旋流运动的固态分子筛；该分子筛作为吸收剂，原烟气从吸附塔1的原烟气入口11进入其中，再进入旋流管13中旋流加速上升，固态的分子筛与气态的原烟气在气流的作用下产生激烈的湍动与混合，二者充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，形成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；这种旋流内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，通过吸收剂的多次再循环，在吸附塔1内延长吸收剂与烟气的接触时间，以达到高效脱除酸性气体的目的，同时大大提高了吸收剂的利用率。该分子筛经过多元胺浸渍处理，通过化学反应可有效除去烟气中的CO2、SO2、SO2、HF与HCl等酸性气体，最终终产物是一种自由流动的干粉混合物，无二次污染。该干粉混合物进入解析塔1中，首先被收集到气固分离装置21当中，经过热交换器22的加热处理，温度升至100℃后进入解析装置23，在解析装置23中CO2等其他酸性气体与固态分子筛解析分离开，酸性气体向上运动，而被还原的固态分子筛则落入到分子筛储箱27中，再通过第二回流管4重新回到吸附塔1，再次对原烟气中的酸性气体进行吸附。所述解析塔2还包括依次与热交换器22连接的冷却装置24、酸性气体储箱25、连接于解析装置23和热交换器22之间的供酸性气体回流的第一回流管26。
请继续参阅图2，吸附塔1的烟气入口11和分子筛入口14均位于其底侧、第一出口12位于顶侧；在吸附塔1的底部段，其直径逐渐缩小，在该段内轴向布置有多个旋流管13，原烟气和分子筛通过旋流管13时，旋流管13相当于紊流发生器，原烟气和分子筛颗粒在气流的作用下产生激烈的湍动与混合，分子筛将烟气中的酸性气体吸附在表面，在吸附塔1中部布置有均布装置15，该均布装置15使分子筛在上升过程中得以分散，避免发生团聚。在均布装置15上方的吸附塔1侧壁还开设有分子筛补充入口16。分子筛循环使用，利用率极高，根据净烟气的净化效果，半年到一年时间补充一次即可。
CO2等其他酸性气体在解析装置23中析出后，通过第一回流管26回流到热交换器22中，经过冷却装置24的降温处理后被储存在酸性气体储箱25中，实现酸性气体的收集。如此吸附-解析循环处理，使得酸性气体的脱除率可达到95％以上。
需要特别说明的是，干净的烟气从吸附塔1出来后直接从气固分离装置21顶部的排气管道3排出。
一种CO2脱除工艺，包括以下步骤：
S1、原烟气进入吸附塔中，与做旋流运动的分子筛充分接触，形成混合微粒物；
S2、所述混合微粒物由所述第一出口进入气固分离装置中，经过热交换器加热进入到解析装置；在解析装置中，酸性气体从混合微粒物中析出，经过冷却处理后被储存至酸性气体储箱，分子筛析出后落入分子筛储箱中；
S3、分子筛经过罗茨风机5的吹扫再次回流到吸附塔1的入口与原烟气混合，继续参与吸附反应，重复步骤S1-S2。
在该工艺中，固体分子筛经过多元胺浸渍处理，处理过程如下：
称取3-5重量份的胺源，加入过量的无水乙醇中，在搅拌条件下，向其中加入10重量份的分子筛，形成搅拌均匀的混合液。将该混合液密封并在室温下保存2h，期间不时搅拌，使胺分子充分扩散并浸渍到分子筛孔隙中。
在旋转蒸发仪将上述混合液均匀加热至67℃，并将乙醇回收，得到固态胺。由于固态胺在空气中容易被氧化，因此在制备过程中需要特别注意各个接口的密封。
将所述固态胺放入真空干燥箱中加热至80℃，保持2h至完全干燥，得到浸渍法制备的固态胺分子筛。
其中，所述胺源选用聚乙烯亚胺(M.W.600)，所述分子筛选用MCM-41分子筛，其孔径30nm，孔容1.2cm3/g，粒径450–1200um。
含CO2的工业烟气先经过吸收塔1，在吸收塔中1，烟气和分子筛微粒充分混合后，分子筛微粒可吸收烟气中95％以上的CO2。烟气和吸附了CO2分子筛微粒一起进入气固分离装置21，净烟气回到原有工业废气排放管道3，吸附了CO2分子筛微粒经过热交换器22换热后，温度升高到100℃，进入解析装置23。在解析装置23中，CO2会被析出，并冷却后封存在酸性气体储箱25中，分子筛可以重新作为吸收剂储存在分子筛储箱27中。分子筛通过罗茨风机5吹扫再进入含CO2的原烟气中，继续参与吸收CO2的反应。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种分子筛吸附法CO2脱除系统，包括吸附塔(1)和解析塔(2)，其特征在于：
所述吸附塔(1)底侧设有原烟气入口(11)、顶侧设有第一出口(12)；
所述解析塔(2)包括从上往下依次连接的气固分离装置(21)、热交换器(22)、解析装置(23)，其中，所述解析装置(23)的底部与所述原烟气入口(11)相连通，所述气固分离装置(21)顶部与所述第一出口(12)连通、顶部还连接有供净烟气排出的排气管道(3)；
在吸附塔(1)的底部段，其直径逐渐缩小，在该段内轴向布置有多个旋流管(13)，原烟气和分子筛通过旋流管(13)时，原烟气和分子筛颗粒在气流的作用下产生激烈的湍动与混合，分子筛将烟气中的酸性气体吸附在表面，在吸附塔(1)中部布置有均布装置(15)，该均布装置(15)使分子筛在上升过程中得以分散，避免发生团聚。
2.根据权利要求1所述的一种分子筛吸附法CO2脱除系统，其特征在于，所述解析塔(2)还包括依次与热交换器(22)连接的冷却装置(24)、酸性气体储箱(25)。
3.根据权利要求1所述的一种分子筛吸附法CO2脱除系统，其特征在于，所述解析塔(2)还包括连接于解析装置(23)和热交换器(22)之间的供酸性气体回流的第一回流管(26)。
4.根据权利要求1所述的一种分子筛吸附法CO2脱除系统，其特征在于，所述解析装置(23)和所述原烟气入口(11)之间设有分子筛储箱(27)。
5.一种CO2脱除工艺，适用于如1-4任一项所述的一种分子筛吸附法CO2脱除系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原烟气进入吸附塔中，与做旋流运动的分子筛充分接触，形成干粉状的混合微粒物；
S2、所述混合微粒物由所述第一出口进入气固分离装置中，经过热交换器加热进入到解析装置；在解析装置中，酸性气体从混合微粒物中析出，经过冷却处理后被储存至酸性气体储箱，分子筛析出后落入分子筛储箱中；
S3、分子筛回流到吸附塔入口与原烟气混合，重复步骤S1-S2。
6.根据权利要求5所述的脱除工艺，其特征在于，所述分子筛经过多元胺浸渍处理。
7.根据权利要求5所述的脱除工艺，其特征在于，所述分子筛粒径为450–1200um，孔径为30nm。
8.根据权利要求5所述的脱除工艺，其特征在于，所述热交换器的加热温度至少为100℃。
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