CN116534860A - 一种二氧化碳的回收方法及其在混凝土养护中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化碳的回收方法及其在混凝土养护中的应用，回收方法包括以下步骤：原料气体进入缓冲罐，在缓冲罐中，将原料气体中的水及可溶性杂质去除；增压、脱硫，气体进入增压器，进行三级增压后进入脱硫塔进行脱硫处理；变温吸附，将混有杂质的气体通过变温吸附工序去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下；冷冻提纯，将气体先预冷至‑3℃以下，后进入蒸发冷凝装置与液氨换热，温度降低至‑20℃以下，形成二氧化碳气液混合物，然后进入冷冻提纯塔提纯，得到液化二氧化碳产品，液化二氧化碳产品的纯度为大于90％。回收得到的二氧化碳可以应用于混凝土的养护中。本申请将生物质天然气生产过程中浪费的二氧化碳资源有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及生物燃气生产技术、二氧化碳补集技术领域，更具体地说，涉及一种二氧化碳的回收方法及其在混凝土养护中的应用。
背景技术
沼气是生物天然气的重要来源。沼气中二氧化碳占比较高，体积分数占比为30％-40％，在生产生物质天然气过程中常常被浪费。如果能够把这部分浪费利用起来，通过碳捕集封存利用(CCUS)技术，将生物质天然气生产过程中被浪费的二氧化碳尾气捕集利用起来，可以有效降低二氧化碳补捕集成本。目前生物天然气生产过程中来自膜分离设备中的二氧化碳尾气通常直接对空排放，形成较大的温室气体排放的同时也造成了资源的浪费。常见的二氧化碳捕集技术大多应用在烟气补集场景。以钙循环法为例，利用氧化钙与二氧化碳反应的可逆性实现二氧化碳吸收及释放的循环。但来自膜分离设备的生物天然气生产尾气的二氧化碳浓度很高，常规的钙循环法在吸收剂再生的过程中需要大量的热量，且在多次循环后会因为失活导致吸收能力会急剧下降、因此不适合生物天然气生产过程中的碳捕集。
常见的混凝土养护过程通常使用蒸汽养护工艺，即在养护池中通入大量蒸汽，使得混凝土能够快速达到脱模强度。蒸汽的来源通常是天然气锅炉，这通常会带来成本的增加。而如果使用燃煤锅炉、生物质锅炉等低成本蒸汽供给源，则会带来环保风险。
发明内容
本发明旨在解决现有技术问题，提出一种二氧化碳的回收方法及其应用，该方法充分回收利用生物天然气生产的过程中膜分离设备后段的二氧化碳尾气，并将回收的二氧化碳应用在混凝土的养护中。
具体的，本发明技术方案为：
一方面，提出一种二氧化碳的回收方法，包括以下步骤：
原料气体进入缓冲罐，在缓冲罐中，将原料气体中的水及可溶性杂质去除；
增压、脱硫，气体进入增压器，进行三级增压后进入脱硫塔进行脱硫处理；其中，脱硫工艺中，脱硫剂堆的密度为800-900kg/m3，脱硫温度为20-40℃，脱硫压力为0-3MPA，空气流速为200-500h-1；
变温吸附，将混有杂质的气体通过变温吸附工序去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下；
冷冻提纯，将气体先预冷至-3℃以下，后进入蒸发冷凝装置与液氨换热，温度降低至-20℃以下，形成二氧化碳气液混合物，然后进入冷冻提纯塔提纯，得到液化二氧化碳产品，液化二氧化碳产品的纯度为大于90％。
作为优选的技术方案，变温吸附步骤中包括预处理及干燥工艺；其中，干燥工艺包括再生冷却及及再生加热，再生冷却及再生加热工序中使用的气体为冷冻提纯塔顶回收的蒸汽，经再生冷却器冷却或再生加热器加热处理后进入干燥塔。
作为优选的技术方案，预处理工艺具体为：脱硫后的气体进入预处理塔进行杂质吸附，其中，预处理塔中吸附剂堆的密度为480-500kg/m3。
作为优选的技术方案，预处理塔包括多台，多台预处理塔并联或串联运行。
作为优选的技术方案，经过预处理工艺的气体进入干燥塔进行干燥、吸附；其中，干燥塔中吸附剂堆的密度为0.5-0.7kg/m3。
作为优选的技术方案，气体进入预处理塔及干燥塔进行吸附的总时长为6-8h，吸附压力为1.45MPA～1.65MPA。
作为优选的技术方案，通过干燥塔的冷吹阀对干燥塔进行冷吹；其中，冷吹时间为3-4h，压力为1.15MPA～1.30MPA，干燥塔的出口温度为-40℃以下。
作为优选的技术方案，通过干燥塔的热吹阀对干燥塔进行热吹；其中，热吹时间为3-4h，压力为1.15MPA～1.30MPA，干燥塔的温度大于等于150℃。
作为优选的技术方案，冷冻提纯步骤中，与氨液换热时，氨液的蒸发压力为0.1MPA，氨液的蒸发温度为-30℃～-40℃。
作为优选的技术方案，冷冻提纯步骤中，进入冷冻提纯塔提纯时，冷冻提纯塔内的工作压力为1.35～1.60MPA，工作温度为-30℃～-40℃。
另一方面，提出一种二氧化碳在混凝土养护中的应用方法，包括：
将制备好的混凝土预制件连同模具放入二氧化碳养护反应釜中，关闭釜门，检查气密性，确认无误后通入二氧化碳气体进行矿化反应；
矿化反应结束后，将二氧化碳抽离至备用反应釜，达到常压后，开启反应釜门，取出混凝土预制件模具，混凝土达到脱模强度；
其中，二氧化碳为如上述方法制备得到的二氧化碳，反应釜中的温度为55℃～65℃，压力为0.15MPa～0.25MPa，相对湿度为50％-70％。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本申请利用生物天然气生产过程中来自膜分离设备中的二氧化碳尾气作为原料气进行回收利用，缓冲罐中有效去除杂质后采用三级增压后进行脱硫，可以有效去除二氧化碳中的杂质及含硫污染物；采用变温吸附工艺，通过改变环境温度，有效去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下；采用冷冻提纯工艺，得到液化二氧化碳产品，液化二氧化碳产品的纯度为大于90％。本申请将生物质天然气生产过程中浪费的二氧化碳资源化利用，将生产得到的二氧化碳用于混凝土管桩养护，具有明显收益。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1本发明实施例1-3提出的一种二氧化碳的回收方法流程示意图；
图2本发明实施例4提出的一种二氧化碳在混凝土养护中的应用方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1所示，本实施例提供了一种二氧化碳的回收方法，该方法包括：
S10:原料气体进入缓冲罐，在缓冲罐中，将原料气体中的水及可溶性杂质去除。
S20:增压、脱硫，气体进入增压器，进行三级增压后进入脱硫塔进行脱硫处理；其中，脱硫工艺中，脱硫剂堆的密度为900kg/m3，脱硫温度为30℃，脱硫压力为1MPA，空气流速为300h-1。
本实施例中使用来自膜分离设备的原料气先经过缓冲罐，在压力和流量稳定后且气体中的水、可溶性杂质脱除后，使用气体压缩机进行三级增压后进入脱硫塔。不同级别增压后气体压力及二氧化碳含量如下：
| 增压级别 | 气体压力(Mpa) | 二氧化碳组分含量 |
| 一级增压 | 0.4 | ＜20×10-6 |
| 二级增压 | 0.8 | ＜10×10-6 |
| 三级增压 | 1.7 | ＜1×10-6 |
综合考虑气体浓度及流速，本实施例中脱硫剂一般选取常温氧化铁。H2S与脱硫剂发生以下的化学反应：
第一步:Fe2O3·H2O+3H2S＝Fe2S3+4H2O(脱硫)
第二步:Fe2S3+3/2O2+3H2O＝Fe2O3·H2O+2H2O+3S(再生)
S30:变温吸附，将混有杂质的气体通过变温吸附工序去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下。
优选的，变温吸附步骤中包括预处理及干燥工艺；其中，干燥工艺包括再生冷却及及再生加热，再生冷却及再生加热工序中使用的气体为冷冻提纯塔顶回收的蒸汽，经再生冷却器或再生加热器冷却或加热处理后进入干燥塔。
优选的，预处理工艺具体为：脱硫后的气体进入预处理塔进行杂质吸附，其中，预处理塔中吸附剂堆的密度为500kg/m3。
优选的，预处理塔可以包括多台，多台预处理塔并联或串联运行。可以不间断运行，期间，更换吸附剂对预处理塔运行几乎没有影响。
优选的，从预处理塔出来的气体进入干燥塔进行干燥、吸附，其中，干燥塔中吸附剂堆的密度为0.6kg/m3。
优选的，气体进入预处理塔及干燥塔进行吸附的总时长为7h，吸附压力为1.65MPA。
优选的，再生冷却的气体通过干燥塔的冷吹阀对干燥塔进行冷吹，其中，冷吹时间为4h，压力为1.25MPA，干燥塔的出口温度达到-40℃以下。
优选的，再生加热的气体通过干燥塔的热吹阀对干燥塔进行热吹，其中，热吹时间为4h，压力为1.25MPA，将干燥塔的温度升至150℃。
在一些优选的实施例中，变温吸附步骤中，CCl4的吸收率为大于等于50％，水容量为45％。
S40:冷冻提纯，将气体先预冷至-3℃以下，后进入蒸发冷凝装置与液氨换热，温度降低至-20℃以下，形成二氧化碳气液混合物，然后进入冷冻提纯塔提纯，得到液化二氧化碳产品。
优选的，冷冻提纯步骤中，与氨液换热时，氨液的蒸发压力为0.1MPA，氨液的蒸发温度为-35℃。
优选的，冷冻提纯步骤中，进入冷冻提纯塔提纯时，通过液位控制阀控制冷冻提纯塔内的工作压力为1.55MPA，工作温度为-35℃。
其中，该步骤中吸收热量已经气化的氨气再经预冷器回收冷量，使用冰机压缩至1.4MPa，可以循环使用。其中，冰机的入口压力为0.1MPA，冰机的出口压力小于等于1.6MPA。
本实施例中，经过冷冻提纯，得到的液化二氧化碳产品的纯度为99％。
实施例2
继续参考图1所示，本实施例提供了一种二氧化碳的回收方法，该方法包括：
S10:原料气体进入缓冲罐，在缓冲罐中，将原料气体中的水及可溶性杂质去除。
S20:增压、脱硫，气体进入增压器，进行三级增压后进入脱硫塔进行脱硫处理；其中，脱硫工艺中，脱硫剂堆的密度为700kg/m3，脱硫温度为20℃，脱硫压力为3MPA，空气流速为500h-1。
S30:变温吸附，将混有杂质的气体通过变温吸附工序去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下。
优选的，变温吸附步骤中包括预处理及干燥工艺；其中，干燥工艺包括再生冷却及及再生加热，再生冷却及再生加热工序中使用的气体为冷冻提纯塔顶回收的蒸汽，经再生冷却器或再生加热器冷却或加热处理后进入干燥塔。
本实施例中，预处理工艺具体为：脱硫后的气体进入预处理塔进行杂质吸附，其中，预处理塔中吸附剂堆的密度为490kg/m3。
本实施例中，预处理塔包括3台，3台预处理塔串联运行，运行过程中更换吸附剂的过程中，没有对预处理塔的运行造成影响。
本实施例中，从预处理塔出来的气体进入干燥塔进行干燥、吸附，其中，干燥塔中吸附剂堆的密度为0.7kg/m3。
本实施例中，气体进入预处理塔及干燥塔进行吸附的总时长为8h，吸附压力为1.50MPA。
本实施例中，再生冷却的气体通过干燥塔的冷吹阀对干燥塔进行冷吹，其中，冷吹时间为3h，压力为1.20MPA，干燥塔的出口温度达到-40℃以下。
本实施例中，再生加热的气体通过干燥塔的热吹阀对干燥塔进行热吹，其中，热吹时间为3h，压力为1.15MPA，将干燥塔的温度升至150℃。
S40:冷冻提纯，将气体先预冷至-3℃以下，后进入蒸发冷凝装置与液氨换热，温度降低至-20℃以下，形成二氧化碳气液混合物，然后进入冷冻提纯塔提纯，得到液化二氧化碳产品。
本实施例中，冷冻提纯步骤中，与氨液换热时，氨液的蒸发压力为0.1MPA，氨液的蒸发温度为-35℃。
本实施例中，冷冻提纯步骤中，进入冷冻提纯塔提纯时，通过液位控制阀控制冷冻提纯塔内的工作压力为1.55MPA，工作温度为-40℃。
本实施例中，经过冷冻提纯，得到的液化二氧化碳产品的纯度为95％。
实施例3
继续参考图1所示，本实施例提供了一种二氧化碳的回收方法，该方法包括：
S10:使用来自膜分离设备的原料气体进入缓冲罐，在缓冲罐中，将原料气体中的水及可溶性杂质去除。
S20:增压、脱硫，气体进入增压器，进行三级增压后进入脱硫塔进行脱硫处理；其中，脱硫工艺中，脱硫剂堆的密度为800kg/m3，脱硫温度为40℃，脱硫压力为2MPA，空气流速为300h-1。
S30:变温吸附，将混有杂质的气体通过变温吸附工序去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下。由于二氧化碳的沸点低于醛、烯烃等杂质的沸点，通过改变环境温度，可以将这部分杂质有效脱除。
优选的，变温吸附步骤中包括预处理及干燥工艺；其中，干燥工艺包括再生冷却及及再生加热，再生冷却及再生加热工序中使用的气体为冷冻提纯塔顶回收的蒸汽，经再生冷却器或再生加热器冷却或加热处理后进入干燥塔。
本实施例中，预处理工艺具体为：脱硫后的气体进入预处理塔进行杂质吸附，其中，预处理塔中吸附剂堆的密度为480kg/m3。
本实施例中，预处理塔包括2台，2台预处理塔并联运行。
本实施例中，从预处理塔出来的气体进入干燥塔进行干燥、吸附，其中，干燥塔中吸附剂堆的密度为0.5kg/m3。
本实施例中，气体进入预处理塔及干燥塔进行吸附的总时长为6h，吸附压力为1.45MPA。
本实施例中，通过干燥塔的冷吹阀对干燥塔进行冷吹，其中，冷吹时间为4h，压力为1.15MPA，干燥塔的出口温度达到-40℃以下。
本实施例中，通过干燥塔的热吹阀对干燥塔进行热吹，其中，热吹时间为4h，压力为1.30MPA，将干燥塔的温度升至150℃。
本实施例中，变温吸附步骤中，CC l4的吸收率为大于等于50％，水容量为45％。
S40:冷冻提纯，将气体先预冷至-3℃以下，后进入蒸发冷凝装置与液氨换热，温度降低至-20℃以下，形成二氧化碳气液混合物，然后进入冷冻提纯塔提纯，得到液化二氧化碳产品。
优选的，冷冻提纯步骤中，与氨液换热时，氨液的蒸发压力为0.1MPA，氨液的蒸发温度为-30℃。
本实施例中，冷冻提纯步骤中，进入冷冻提纯塔提纯时，通过液位控制阀控制冷冻提纯塔内的工作压力为1.55MPA，工作温度为-40℃。
本实施例中，经过冷冻提纯，得到的液化二氧化碳产品的纯度为94％。
实施例4
如图2所示，本实施例提出的一种二氧化碳在混凝土养护中的应用方法，将上述实施例回收获得的二氧化碳应用于混凝土的养护中，已经包括于上述实施例中的技术特征在本实施例中得到自然继承。
在一种优选实施方式中，二氧化碳在混凝土养护中的应用方法包括以下步骤：
Step1:将制备好的混凝土预制件连同模具放入二氧化碳养护反应釜中，关闭釜门，检查气密性，确认无误后通入二氧化碳气体进行矿化反应；
Step2:矿化反应结束后，将二氧化碳抽离至备用反应釜，达到常压后，开启反应釜门，取出混凝土预制件模具，混凝土达到脱模强度。
其中，反应釜中的温度为60℃，压力为0.2MPa，相对湿度为50-70％，保持反应条件3.5个小时。
具体的，二氧化碳养护反应釜可以备用多台，本实施例中，包括两台二氧化碳养护反应釜，一台正在使用，另一台备用。二氧化碳储罐连接两台反应釜，两台反应釜之间相互串联，中间连接循环泵。两台反应釜连接气体浓度监测仪，用以实时监测反应釜中的气压值。
Claims (11)
1.一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料气体进入缓冲罐，在缓冲罐中，将原料气体中的水及可溶性杂质去除；
增压、脱硫，气体进入增压器，进行三级增压后进入脱硫塔进行脱硫处理；其中，脱硫工艺中，脱硫剂堆的密度为800-900kg/m3，脱硫温度为20-40℃，脱硫压力为0-3MPA，空气流速为200-500h-1；
变温吸附，将混有杂质的气体通过变温吸附工序去除沸点高于二氧化碳的杂质，将气体中的杂质降低至2％以下；
冷冻提纯，将气体先预冷至-3℃以下，后进入蒸发冷凝装置与液氨换热，温度降低至-20℃以下，形成二氧化碳气液混合物，然后进入冷冻提纯塔提纯，得到液化二氧化碳产品，所述液化二氧化碳产品的纯度为大于90％。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，所述变温吸附步骤中包括预处理及干燥工艺；其中，所述干燥工艺包括再生冷却及及再生加热，所述再生冷却及再生加热工序中使用的气体为所述冷冻提纯塔顶回收的蒸汽，经再生冷却器冷却或再生加热器加热处理后进入干燥塔。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，所述预处理工艺具体为：脱硫后的气体进入预处理塔进行杂质吸附，其中，预处理塔中吸附剂堆的密度为480-500kg/m3。
4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，所述预处理塔包括多台，所述多台预处理塔并联或串联运行。
5.根据权利要求3所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，经过所述预处理工艺的气体进入所述干燥塔进行干燥、吸附；其中，所述干燥塔中吸附剂堆的密度为0.5-0.7kg/m3。
6.根据权利要求3或5所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，所述气体进入所述预处理塔及所述干燥塔进行吸附的总时长为6-8h，吸附压力为1.45MPA～1.65MPA。
7.根据权利要求5所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，通过所述干燥塔的冷吹阀对所述干燥塔进行冷吹；其中，冷吹时间为3-4h，压力为1.15MPA～1.30MPA，所述干燥塔的出口温度为-40℃以下。
8.根据权利要求5所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，通过所述干燥塔的热吹阀对所述干燥塔进行热吹；其中，热吹时间为3-4h，压力为1.15MPA～1.30MPA，所述干燥塔的温度大于等于150℃。
9.根据权利要求1所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，所述冷冻提纯步骤中，与所述氨液换热时，所述氨液的蒸发压力为0.1MPA，所述氨液的蒸发温度为-30℃～-40℃。
10.根据权利要求9所述的一种二氧化碳的回收方法，其特征在于，所述冷冻提纯步骤中，进入冷冻提纯塔提纯时，所述冷冻提纯塔内的工作压力为1.35～1.60MPA，工作温度为-30℃～-40℃。
11.一种二氧化碳在混凝土养护中的应用方法，其特征在于，将制备好的混凝土预制件连同模具放入二氧化碳养护反应釜中，关闭釜门，检查气密性，确认无误后通入二氧化碳气体进行矿化反应，矿化反应结束后，将二氧化碳抽离至备用反应釜，达到常压后，开启反应釜门，取出混凝土预制件模具，混凝土达到脱模强度；其中，所述二氧化碳为如权利要求1-10任一项所述的一种二氧化碳的回收方法制备得到的二氧化碳，所述反应釜中的温度为55℃～65℃，压力为0.15MPa～0.25MPa，相对湿度为50％-70％。
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