CN116550085A - Co2捕集装置及其方法、吸附剂再生的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟气CO2脱除技术领域，具体涉及一种CO2捕集装置及其方法、一种吸附剂再生的方法。本发明采用包含(N‑1)个原烟气辅助进料口、N个吸附剂床层、N个支撑管和(N‑1)个辅助CO2在线分析仪的吸附装置，以及特定的吸附剂，通过降低吸附装置内压降，显著提高原烟气的处理量和CO2捕集装置的工作效率，能够实现大规模CO2捕集。本发明通过限定吸附装置中的进料CO2在线分析仪、出料CO2在线分析仪和辅助CO2在线分析仪，通过监测原烟气和净烟气中CO2的含量，以及通过第N个吸附剂床层后烟气中CO2含量，能够及时反映各个吸附床层中吸附剂的吸附状态，从而实时调控原烟气辅助进料口的流量。
Description
技术领域
本发明涉及烟气CO2脱除技术领域，具体涉及一种CO2捕集装置及其方法、一种吸附剂再生的方法。
背景技术
烟气中CO2的捕集分离方法是目前全球广泛关注的研究热点，各种新的技术不断被提出和发展；目前，CO2的捕集分离方法主要有液态溶剂吸收法、吸附法、生物法、膜分离法以及低温冷冻法等，而吸附法由于能耗低、污染小、易于自动化等，是一种良好的减排技术。
CN107485960A公开了一种胺类固体吸附剂脱除烟气中CO2的装置及脱除方法，该方法将固体吸附剂装入吸附床中对烟气中的CO2进行吸附，然后通过真空再生、热再生或两种组合再生方法对吸附后的吸附剂进行再生，该方法烟气中CO2的吸附和再生在同一个反应器中进行。但该方法涉及的吸附装置属于传统的固定床，在烟气中CO2吸附过程中，会存在较大的压降，严重限制了该装置在大规模CO2捕集中的应用。
CN108339371A公开了一种连续吸附CO2的装置和方法，该吸附系统包括：吸附装置、筛分器、提升机和气液分离器；所述吸附装置包括移动床吸附器主要包括吸附段、脱附段和冷却段。该方法实现虽然实现了CO2吸附的连续操作，但该装置对吸附剂提出了更高的要求，需要吸附剂具有较低的密度，且由于吸附剂自身重力的影响，难以将该装置用于大规模CO2捕集。
因此，现有技术受到吸附剂和吸附装置的双重制约，尚难以实现大规模CO2捕集，亟需一种用于大规模捕集CO2的装置和方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有吸附法捕集CO2过程中由于高压降和低吸附剂密度，导致难以大规模捕集CO2的问题，提供一种CO2捕集装置及其方法、一种吸附剂再生的方法，该捕集装置能够有效降低吸附装置压降，显著提高原烟气处理通量，实现大规模CO2捕集。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种CO2捕集装置，该装置包括：依次连通的进料管线、吸附装置和出料管线；所述进料管线和出料管线上分别设置有进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪；所述吸附装置的内部设置有N个吸附剂床层和N个支撑管，且所述吸附剂床层的底部设置有所述支撑管；所述吸附装置的壳体设置有(N-1)个原烟气辅助进料口和(N-1)个辅助CO2在线分析仪，且相邻两个所述吸附剂床层之间设置有原烟气辅助进料口和辅助CO2在线分析仪；
所述吸附剂床层装填有吸附剂，且所述吸附剂为蜂窝状吸附剂；
所述吸附装置用于将原烟气中CO2与吸附剂床层中吸附剂进行吸附，得到净烟气；所述进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪分别用于监测所述原烟气和净烟气中CO2含量；
第(N-1)个辅助CO2在线分析仪用于监测所述原烟气通过第(N-1)个吸附剂床层后烟气中CO2含量；
第(N-1)个原烟气辅助进料口中原烟气的流量取决于所述第(N-1)个辅助CO2在线分析仪中CO2含量；
其中，N为正整数且N≥2。
本发明第二方面提供一种CO2捕集方法，该方法包括：将所述原烟气由上至下或由下至上通过第一方面提供的装置，使所述吸附装置含有的吸附剂床层中装填的吸附剂对所述原烟气中的CO2进行吸附，得到净烟气；
其中，所述净烟气中CO2含量≤通过第N个吸附剂床层后烟气中CO2浓度≤所述原烟气中CO2含量。
本发明第三方面提供一种吸附剂再生的方法，该方法在第一方面提供的装置中进行，其中，当所述吸附装置处于停工状态时，将所述处于停工状态的吸附装置中装填的吸附剂进行脱附再生。
通过上述技术方案，本发明采用包含(N-1)个原烟气辅助进料口、N个吸附剂床层、N个支撑管和(N-1)个辅助CO2在线分析仪的吸附装置，以及特定的吸附剂，通过降低吸附装置内压降，显著提高原烟气的处理量和CO2捕集装置的工作效率，能够实现大规模CO2捕集。同时，本发明提供的吸附装置含有至N个支撑管，通过热传递，能够实现吸附剂床层中吸附CO2的吸附剂进行脱附再生，实现CO2捕集装置的长期稳定运转，简化装置，并降低生产成本。此外，本发明提供的吸附装置中的进料CO2在线分析仪、出料CO2在线分析仪和辅助CO2在线分析仪，通过监测原烟气和净烟气中CO2的含量，以及通过第N个吸附剂床层后烟气中CO2含量，能够及时反映每个所述吸附床层中吸附剂的吸附状态，确定所述吸附剂是否吸附饱和，从而实时调控原烟气辅助进料口的流量。
附图说明
图1是本发明提供的一种CO2捕集装置示意图。
附图标记说明
1、原烟气 2、净烟气 3、吸附剂床层
4、吸附剂 5、支撑管 6、气体分布器
7、进料CO2在线分析仪 8、出料CO2在线分析仪
9-1、第1个辅助CO2在线分析仪 9-2、第2个辅助CO2在线分析仪
9-(N-1)、第(N-1)个辅助CO2在线分析仪 10-1、第1个原烟气辅助进料口
10-2、第2个原烟气辅助进料口 10-(N-1)、第(N-1)个原烟气辅助进料口
11、吸附装置
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，所述“第一”、“第二”、“第(N-1)”和“第N”均不代表先后次序，也不对各个物料或组分起到限定作用，仅为为了区分各个物料或组分。例如，“第一CO2辅助在线分析仪”和“第二CO2辅助在线分析仪”中的“第一”和“第二”仅是为了区分这不是同一CO2辅助在线分析仪。
本发明第一方面提供一种CO2捕集装置，该装置包括：依次连通的进料管线、吸附装置和出料管线；所述进料管线和出料管线上分别设置有进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪；所述吸附装置的内部设置有N个吸附剂床层和N个支撑管，且所述吸附剂床层的底部设置有所述支撑管；所述吸附装置的壳体设置有(N-1)个原烟气辅助进料口和(N-1)个辅助CO2在线分析仪，且相邻两个所述吸附剂床层之间设置有原烟气辅助进料口和辅助CO2在线分析仪；
所述吸附剂床层装填有吸附剂，且所述吸附剂为蜂窝状吸附剂；
所述吸附装置用于将原烟气中CO2与吸附剂床层中吸附剂进行吸附，得到净烟气；所述进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪分别用于监测所述原烟气和净烟气中CO2含量；
第(N-1)个辅助CO2在线分析仪用于监测所述原烟气通过第(N-1)个吸附剂床层后烟气中CO2含量；
第(N-1)个原烟气辅助进料口中原烟气的流量取决于所述第(N-1)个辅助CO2在线分析仪中CO2含量；
其中，N为正整数且N≥2。
本发明的发明人研究发现：通过采用包含至少一个支撑管和至少一个吸附剂床层的吸附装置，以及具有特定结构的吸附剂，通过降低吸附装置的压降，从而提高吸附装置中吸附剂的吸附量，实现大规模CO2的捕集；同时，本发明提供的CO2捕集装置还含有CO2在线分析仪，能够有效判断吸附装置的工作情况，并结合至少一个支撑管，实现吸附装置含有吸附剂床层中的吸附剂的在线再生，提高了CO2捕集装置的运行周期。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述原烟气是燃煤电厂烟道气。优选地，所述原烟气主要含有CO2、N2、O2、H2O，还含有微量SOx、NOx。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述吸附剂床层的高度与所述支撑管的直径比为5-20：1，例如，5:1、8:1、10:1、12:1、15:1、20:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为8-15：1。其中，所述吸附剂床层的高度与所述支撑管的直径比是指任意一个吸附剂床层的高度与任意一个所述支撑管的直径比。采用优选的条件，更有利于提高所述吸附剂床层中吸附剂的再生效果。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述吸附剂床层与吸附装置的高度比为0.5-0.9：1，例如，0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.6-0.8：1。其中，所述吸附剂床层与吸附装置的高度比是指至少一个所述吸附剂床层的总高度与所述吸附装置的高度比。采用优选的条件，在保证烟气处理通量的同时，更有利于提高床层吸附剂的利用率。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述吸附剂床层的数量≥1个，优选为2-10个。
在本发明中，所述吸附剂床层用于与通入所述吸附装置的原烟气中的CO2进行吸附反应，且所述吸附剂床层中含有吸附剂。
在本发明中，为了进一步提高吸附剂中CO2吸附量。优选地，所述吸附剂的体积堆密度≤0.7g/cm3，优选为0.45-0.65g/cm3。在本发明中，当所述吸附剂的体积密度＞0.7g/cm3，吸附剂床层压降＞2000Pa。
在本发明中，对所述吸附剂的种类具有较宽的选择范围，只要所述吸附剂的体积堆密度≤0.7g/cm3即可。优选地，所述吸附剂选自碳基蜂窝基吸附剂、氨基蜂窝基吸附剂、分子筛基蜂窝吸附剂和金属氧化物基蜂窝吸附剂中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述碳基蜂窝吸附剂选自多孔蜂窝状活性炭，包括但不限于煤质蜂窝活性炭、木质蜂窝活性炭。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述分子筛基蜂窝吸附剂选自3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛和13X分子筛中的至少一种
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述金属氧化物基蜂窝吸附剂选自氧化铝蜂窝吸附剂和/或金属有机骨架蜂窝吸附剂(MOFs)。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氨基蜂窝吸附剂选自多孔蜂窝状固体有机胺，包括但不限于乙醇胺、二乙醇胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺。
在本发明中，对所述支撑管和吸附剂床层的设置不作要求，只要所述吸附装置含有至少一个支撑管和至少一个吸附剂床层即可。其中，所述支撑管和吸附剂床层的排布方式可以为：一个支撑管-一个吸附剂床层-一个支撑管-一个吸附剂床层……间隔层叠设置，也可以为：一个支撑管-至少一个吸附剂床层-至少一个支撑管-一个吸附剂床层……间隔层叠设置；或者，至少一个支撑管垂直穿插于至少一个吸附剂床层中间，至少一个支撑管垂直分布于至少一个吸附剂床层周围。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述支撑管和吸附剂床层间隔层叠设置。
在本发明中，所述吸附装置含有至少一个支撑管，且所述支撑管既可以用来支撑吸附剂床层，也可以通过冷却使所述吸附剂床层中吸附CO2的吸附量增大，还可以通过加热使所述吸附剂床层中吸附CO2的吸附剂进行在线再生。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述支撑管的排布密度为0.1-1，例如，0.1、0.2、0.3、0.5、0.6、0.8、1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.2-0.6。本发明所述的排布密度是指相当于1m2的截面积，所述支撑管的排布密度为0.1-1m2，优选为0.2-0.6m2。
在本发明的一种具体实施方式中，优选地，所述支撑管用于冷却所述吸附剂床层，使所述吸附剂床层中吸附CO2的吸附剂进行强化吸附。
在本发明的一种具体实施方式中，优选地，所述支撑管用于加热所述吸附剂床层，使所述吸附剂床层中吸附CO2的吸附剂进行在线再生/脱附。
在本发明中，优选地，所述支撑管的加热方式选自换热介质换热和/或热电偶加热。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述吸附装置为轴对称反应器，其中，所述轴对称反应器包括并不局限于轴向固定床反应器。
在本发明中，对所述吸附装置的规格具有较宽的选择范围，所述吸附装置的规格取决于原烟气的处理量。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪分别用于监测原烟气和净烟气中CO2含量；所述第(N-1)个辅助CO2在线分析仪用于监测所述原烟气通过第(N-1)个吸附剂床层后烟气中CO2含量。
在本发明中，对所述进料CO2在线分析仪、出料CO2在线分析仪和辅助CO2在线分析仪的种类具有较宽的选择范围。只要所述进料CO2在线分析仪、出料CO2在线分析仪和辅助CO2在线分析仪能够监测原烟气和净烟气中CO2含量，以及通过吸附剂床层后烟气中CO2含量即可。
在本发明中，优选地，所述吸附装置还含有气体分布器，且所述气体分布器设置于所述吸附装置的气体入口，用于将所述原烟气进行分布。通过所述气体分布器的原烟气能够均匀分布到所述吸附剂床层，防止发生气流分布不均的问题，使原烟气以近似平推流的形式通过所述吸附剂床层，有效提高吸附剂的利用率。
在本发明中，对所述气体分布器的种类具有较宽的选择范围。优选地，所述气体分布器选自常规低压降的侧向的气体分布器或底部开孔的气体分布器。本发明在此不作赘述。
在本发明中，所述气体分布器在所述吸附装置中的设置取决于所述原烟气的进气方向。
在本发明的一种实施方式中，优选地，当所述原烟气下进上出，所述气体分布器设置在所述吸附装置的底部。
在本发明的一种实施方式中，优选地，当所述原烟气上进下出，所述气体分布器设置在所述吸附装置的顶部。
本发明的一种优选实施方式，如图1所示，CO2捕集装置包括：依次连通的进料管线、吸附装置11和出料管线；进料管线和出料管线上分别设置有进料CO2在线分析仪7和出料CO2在线分析仪8；吸附装置11的内部设置有N个吸附剂床层4和N个支撑管5，且吸附剂床层4的底部设置有支撑管5；吸附装置11的壳体设置有(N-1)个原烟气辅助进料口10和(N-1)个辅助CO2在线分析仪9，且相邻两个吸附剂床层4之间设置有原烟气辅助进料口10和辅助CO2在线分析仪9；吸附剂床层4装填有吸附剂，且吸附剂为蜂窝状吸附剂；吸附装置11用于将原烟气1中CO2与吸附剂床层4中吸附剂进行吸附，得到净烟气2；进料CO2在线分析仪7和出料CO2在线分析仪8分别用于监测原烟气1和净烟气2中CO2含量；第(N-1)个辅助CO2在线分析仪用于监测所述原烟气通过第(N-1)个吸附剂床层后烟气中CO2含量；第(N-1)个原烟气辅助进料口中原烟气的流量取决于所述第(N-1)个辅助CO2在线分析仪中CO2含量；其中，N为正整数且N≥2；
其中，当原烟气1下进上出时，气体分布器6设置于所述吸附装置11的底部，用于将原烟气1进行分布。
本发明第二方面提供一种CO2捕集方法，该方法包括：将所述原烟气由上至下或由下至上通过第一方面提供的装置，使所述吸附装置含有的吸附剂床层中装填的吸附剂对所述原烟气中的CO2进行吸附，得到净烟气；
其中，所述净烟气中CO2浓度≤通过第N个吸附剂床层后烟气中CO2浓度≤所述原烟气中CO2浓度。
在本发明中，所述原烟气进入吸附装置的气流可以采用上进下出式或下进上出式，优选采用下进上出式。采用优选的方式，更有利于烟气与吸附剂的接触，促进吸附剂对烟气的吸附。
在本发明中，第(N-1)个原烟气辅助进料口中原烟气的流量取决于所述第(N-1)个辅助CO2在线分析仪中CO2含量。
在本发明的一些实施方式中，优选地，当保持第N个原烟气辅助进料口的流量。
在本发明的一些实施方式中，优选地，当
增大第N个原烟气辅助进料口的流量。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述原烟气中CO2浓度≤20体积％，优选为8-16体积％。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述原烟气的温度≤45℃，优选为20-40℃。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述吸附的条件包括：空速≤5000m3/(m3·h)，优选为1000-3500m3/(m3·h)；压力≤10kPa，优选为3-8kPa；时间≤30min，优选为5-25min。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述原烟气通过所述吸附剂床层的压降≤2000Pa，优选为500-1500Pa，线速度≤1m/s，优选为0.1-0.5m/s。
在本发明中，将原烟气由上至下或由下至上通过上述的CO2捕集装置，能够有效提高原烟气中CO2的吸附量，并提高吸附剂的使用寿命。
根据本发明，优选地，该方法还包括：向所述装置中N个支撑管通入冷却介质进行冷却，使所述吸附剂床层中的吸附剂进行吸附。这样的设置，更有利于强化吸附剂床层中吸附剂的吸附率。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述冷却介质的流速为0.1-2m/s，优选为0.1-1m/s；温度为5-30℃，优选为10-20℃。采用优选的条件，更有利于提高所述吸附剂的吸附率。
本发明第三方面提供一种吸附剂再生的方法，该方法在第一方面提供的装置中进行，其中，当所述吸附装置处于停工状态时，将所述处于停工状态的吸附装置中装填的吸附剂进行脱附再生。
采用本发明提供的方法，测得吸附剂的脱附率为75-95％，即，吸附剂的再生率为75-95％。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述停工状态是指所述净烟气中CO2浓度接近所述原烟气中CO2浓度。优选地， 表示所述吸附装置处于停工状态。
本发明的一种优选的实施方式，所述原烟气通过气体分布器分布到吸附装置的吸附剂床层中，发生吸附后进入后续工艺。当吸附装置中吸附剂随着运行时间增加，吸附剂会出现活性下降甚至失活现象，根据工艺吸附率需求进行停工再产，停止原烟气的通入，将换热介质通入支撑管通过换热实现吸附剂的再生。
在本发明的一些实施方式中，优选地，方法包括以下步骤：
(1)停止所述吸附装置的进料和出料；
(2)向所述处于停工状态的吸附装置中N个所述支撑管通入换热介质进行换热，使所述吸附剂床层中的吸附剂进行脱附。
在本发明中，对所述脱附的条件具有较宽的选择范围，只要将吸附剂中吸附的吸附CO2受热释放/脱附即可。优选地，所述脱附的条件包括：温度为60-300℃，优选为80-150℃；压力为常压；时间为5-60min，优选为10-30min。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述换热介质的入口温度为100-350℃，优选为100-250℃；所述换热介质的出口温度为80-200℃，优选为80-150℃。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述换热介质选自电厂高温烟气、电厂辅热和热电偶中的至少一种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述吸附量指单位质量吸附剂在40℃、CO2浓度为15体积％的条件下，CO2吸附的质量与吸附剂质量的百分比。
实施例1
(1)CO2捕集装置示意图，如图1所示，该装置包括：依次连通的进料CO2在线分析仪7、吸附装置11和出料CO2在线分析仪8，吸附装置11的内部设置有4个支撑管5和4个吸附剂床层3，支撑管5和吸附剂床层3间隔层叠设置，且吸附剂床层3的底部设置有支撑管5；吸附装置11的壳体设置有3个原烟气辅助进料口10和3个辅助CO2在线分析仪9；吸附装置11用于将原烟气1中CO2与吸附剂床层3中吸附剂4进行吸附，得到净烟气2；气体分布器6设置于吸附装置9的底部，用于将原烟气1进行分布；其中，所述吸附剂床层3装填有吸附剂4，且吸附剂4为蜂窝状吸附剂；
其中，每个吸附剂床层3的高度与支撑管5的直径比为10:1；4个吸附剂床层3与吸附装置11的高度比为0.8:1；支撑管5的排布密度为0.4；吸附剂4为多孔蜂窝状活性炭(体积堆密度为0.6g/cm3)。
(2)CO2捕集方法：将原烟气(温度为40℃，CO2浓度为15体积％)由下至上通过上述的装置，使吸附装置11含有的吸附剂床层3中的吸附剂4与原烟气1中CO2进行吸附，当(原烟气中CO2浓度-通过第1个吸附剂床层后烟气中CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝85％时，增大第1个原烟气辅助进料口的流量；当(原烟气中CO2浓度-通过第2个吸附剂床层后烟气中CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝85％时，增大第2个原烟气辅助进料口的流量；当(原烟气中CO2浓度-通过第3个吸附剂床层后CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝85％时，增大第3个原烟气辅助进料口的流量，最终得到净烟气2；其中，吸附的条件包括：空速为4000m3/(m3·h)；压力为5kPa；时间为30min；
当净烟气2中CO2浓度为15体积％，停止吸附，表明吸附完成；
测得吸附剂床层的压降为800Pa，吸附剂的CO2吸附量为3.6wt％，为吸附剂的饱和吸附量的90％。
(3)吸附剂再生的方法：停止上述吸附装置的进气和出气；向所述处于停工状态的吸附装置的支撑管通入换热介质进行换热，使吸附剂床层中的吸附剂进行脱附；其中，脱附的条件包括：温度为115℃，时间为25min；
换热介质为高温烟气；换热介质的入口温度为250℃，出口温度为130℃；
测得吸附剂的脱附率为85％。
实施例2
(1)CO2捕集装置示意图，如图1所示，该装置包括：依次连通的进料CO2在线分析仪7、吸附装置11和出料CO2在线分析仪8，所述吸附装置11的内部设置有4个支撑管5和4个吸附剂床层3，所述支撑管5和吸附剂床层3间隔层叠设置，且吸附剂床层3的底部设置有支撑管5；所述吸附装置11的壳体设置有3个原烟气辅助进料口10和3个辅助CO2在线分析仪9；吸附装置11用于将原烟气1中CO2与吸附剂床层3中吸附剂4进行吸附，得到净烟气2；所述气体分布器6设置于所述吸附装置9的底部，用于将所述原烟气1进行分布；其中，所述吸附剂床层3装填有吸附剂4，且所述吸附剂4为蜂窝状吸附剂；
其中，每个吸附剂床层3的高度与支撑管5的直径比为10:1；4个吸附剂床层3与吸附装置11的高度比为0.7:1；支撑管的排布密度为0.6；吸附剂4为多孔蜂窝状活性炭(体积堆密度为0.5g/cm3)。
(2)CO2捕集方法：将原烟气(温度为40℃，CO2浓度为15体积％)由下至上通过上述的装置，使吸附装置11含有的吸附剂床层3中的吸附剂4与原烟气1中CO2进行吸附，当(原烟气中CO2浓度-通过第1个吸附剂床层后烟气中CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝80％时，保持第1个原烟气辅助进料口的流量；当(原烟气中CO2浓度-通过第2个吸附剂床层后烟气中CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝90％时，增大第2个原烟气辅助进料口的流量；当(原烟气中CO2浓度-通过第3个吸附剂床层后CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝90％，增大第3个原烟气辅助进料口的流量，最终得到净烟气2；其中，吸附的条件包括：空速为4000m3/(m3h)；压力为5kPa；时间为30min；
当净烟气2中CO2浓度为14.9体积％，停止吸附，表明吸附完成；
测得吸附剂床层的压降为700Pa，吸附剂的CO2吸附量为3.7wt％，为吸附剂的饱和吸附量的88％。
(3)吸附剂再生的方法：停止上述吸附装置的进气和出气；向处于停工状态的吸附装置的支撑管通入换热介质进行换热，使吸附剂床层中的吸附剂进行脱附；其中，脱附的条件包括：温度为120℃，时间为20min；
换热介质为高温烟气；换热介质的入口温度为220℃，出口温度为130℃；
测得吸附剂的脱附率为90％。
实施例3
(1)CO2捕集装置示意图，如图1所示，该装置包括：依次连通的进料CO2在线分析仪7、吸附装置11和出料CO2在线分析仪8，所述吸附装置11的内部设置有4个支撑管5和4个吸附剂床层3，支撑管5和吸附剂床层3间隔层叠设置，且吸附剂床层3的底部设置有支撑管5；所述吸附装置11的壳体设置有3个原烟气辅助进料口10和3个辅助CO2在线分析仪9；吸附装置11用于将原烟气1中CO2与吸附剂床层3中吸附剂4进行吸附，得到净烟气2；气体分布器6设置于吸附装置9的底部，用于将原烟气1进行分布；其中，吸附剂床层3装填有吸附剂4，且吸附剂4为蜂窝状吸附剂；
其中，每个吸附剂床层3的高度与支撑管5的直径比为10:1；4个吸附剂床层与吸附装置的高度比为0.6:1；支撑管的排布密度为0.25；吸附剂4为多孔蜂窝状活性炭(体积堆密度为0.6g/cm3)。
(2)CO2捕集方法：将原烟气(温度为40℃，CO2浓度为15体积％)由下至上通过上述的装置，使吸附装置11含有的吸附剂床层3中的吸附剂4与原烟气1中CO2进行吸附，当(原烟气中CO2浓度-第1个吸附剂床层后烟气中CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝80％时，保持第1个原烟气辅助进料口的流量；当(原烟气中CO2浓度-第2个吸附剂床层后烟气中CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝90％时，增大第2个原烟气辅助进料口的流量；当(原烟气中CO2浓度-第3个吸附剂床层后CO2浓度)/原烟气中CO2浓度＝90％时，增大第3个原烟气辅助进料口的流量，最终得到净烟气2；其中，吸附的条件包括：空速为4000m3/(m3h)；压力为5kPa；时间为30min；
当净烟气2中CO2浓度为14体积％，停止吸附，表明吸附完成；
测得吸附剂床层的压降为800Pa，吸附剂的CO2吸附量为3.5wt％，为吸附剂的饱和吸附量的87％。
(3)吸附剂再生的方法：停止上述吸附装置的进气和出气；向所述处于停工状态的吸附装置的支撑管通入换热介质进行换热，使所述吸附剂床层中的吸附剂进行脱附；其中，脱附的条件包括：温度为115℃，时间为15min；
换热介质为高温烟气；换热介质的入口温度为240℃，出口温度为130℃；
测得吸附剂的脱附率为91％。
实施例4
按照实施例1提供的CO2捕集装置，不同的是，将吸附剂替换为多孔蜂窝状活性炭(体积堆密度为0.65g/cm3)；
按照实施例1提供的CO2捕集方法：将原烟气(温度为40℃，CO2浓度为12体积％)由下至上通过上述的装置，使吸附装置9含有的吸附剂床层3中的吸附剂4与原烟气1中CO2进行吸附，得到净烟气2；其中，吸附的条件包括：空速为5000m3/(m3h)；时间为25min；
当净烟气2中CO2浓度为11.9体积％，停止吸附，表明吸附完成；
测得吸附剂床层的压降为950Pa，吸附剂的CO2吸附量为3.8wt％，为吸附剂的饱和吸附量的97％。
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂的脱附率为88％。
实施例5
按照实施例1提供的CO2捕集装置，不同的是，将吸附剂替换为多孔蜂窝状活性炭(体积堆密度为0.45g/cm3)；
按照实施例1提供的CO2捕集方法：将原烟气(温度为40℃，CO2浓度为13体积％)由下至上通过上述的装置，使吸附装置9含有的吸附剂床层3中的吸附剂4与原烟气1中CO2进行吸附，得到净烟气2；其中，吸附的条件包括：空速为3000m3/(m3h)；时间为25min；
当净烟气2中CO2浓度为13体积％，停止吸附，表明吸附完成；
测得吸附剂床层的压降为500Pa，吸附剂的CO2吸附量为4.2wt％，为吸附剂的饱和吸附量的95％。
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂的脱附率为83％。
实施例6
按照实施例1提供的CO2捕集装置，不同的是，将吸附剂替换为多孔蜂窝状固体有机胺(体积堆密度为0.4g/cm3)；
按照实施例1提供的CO2捕集方法：将原烟气(温度为40℃，CO2浓度为15体积％)由下至上通过上述的装置，使吸附装置9含有的吸附剂床层3中的吸附剂4与原烟气1中CO2进行吸附，得到净烟气2；其中，吸附的条件包括：空速为5000m3/(m3h)；时间为15min；
当净烟气2中CO2浓度为15体积％，停止吸附，表明吸附完成；
测得吸附剂床层的压降为800Pa，吸附剂的CO2吸附量为6wt％，为吸附剂的饱和吸附量的100％。
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂的脱附率为71％。
实施例7
按照实施例1提供的CO2捕集装置，不同的是，将每个吸附剂床层3的高度与支撑管5的直径比替换为25：1；
按照实施例1提供的CO2捕集方法，测得吸附剂床层的压降为800Pa，吸附剂的CO2吸附量为3.9wt％，为吸附剂的饱和吸附量的70％；
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂的脱附率为65％。
实施例8
按照实施例1提供的CO2捕集装置和CO2捕集方法，不同的是，将吸附的条件替换为：空速为5500m3/(m3·h)；压力为20kPa；时间为20min；
测得吸附剂床层的压降为10000Pa，吸附剂的CO2吸附量为3.6wt％，
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂的脱附率为85％。
对比例1
按照实施例1的提供的CO2捕集装置，不同的是，吸附装置不含有3个原烟气辅助进料口；
按照实施例1提供的CO2捕集方法，测得吸附剂床层的压降为1000kPa，吸附剂的CO2吸附量为3.2wt％；
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂的脱附率为70％。
对比例2
按照实施例1的提供的CO2捕集装置，不同的是，将吸附剂替换为柱状活性炭吸附剂；
按照实施例1提供的CO2捕集方法，测得吸附剂床层的压降为30kPa，吸附剂的CO2吸附量为3wt％；
按照实施例1提供的吸附剂再生的方法，测得吸附剂对烟气中CO2脱附率为50％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种CO2捕集装置，其特征在于，该装置包括：依次连通的进料管线、吸附装置和出料管线；所述进料管线和出料管线上分别设置有进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪；所述吸附装置的内部设置有N个吸附剂床层和N个支撑管，且所述吸附剂床层的底部设置有所述支撑管；所述吸附装置的壳体设置有(N-1)个原烟气辅助进料口和(N-1)个辅助CO2在线分析仪，且相邻两个所述吸附剂床层之间设置有原烟气辅助进料口和辅助CO2在线分析仪；
所述吸附剂床层装填有吸附剂，且所述吸附剂为蜂窝状吸附剂；
所述吸附装置用于将原烟气中CO2与吸附剂床层中吸附剂进行吸附，得到净烟气；所述进料CO2在线分析仪和出料CO2在线分析仪分别用于监测所述原烟气和净烟气中CO2含量；
第(N-1)个辅助CO2在线分析仪用于监测所述原烟气通过第(N-1)个吸附剂床层后烟气中CO2含量；
第(N-1)个原烟气辅助进料口中原烟气的流量取决于所述第(N-1)个辅助CO2在线分析仪中CO2含量；
其中，N为正整数且N≥2。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述吸附剂床层的高度与所述支撑管的直径比为5-20：1，优选为8-15：1；
和/或，所述吸附剂床层与吸附装置的高度比为0.5-0.9：1，优选为0.6-0.8：1；
和/或，所述吸附剂床层的数量≥1个，优选为2-10个。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述吸附剂的体积堆密度≤0.7g/cm3，优选为0.45-0.65g/cm3；
和/或，所述吸附剂选自碳基蜂窝基吸附剂、氨基蜂窝基吸附剂、分子筛基蜂窝吸附剂和金属氧化物基蜂窝吸附剂中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中，所述支撑管和吸附剂床层间隔层叠设置；
和/或，所述支撑管的排布密度为0.1-1，优选为0.2-0.6。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其中，所述吸附装置为轴对称反应器，优选为轴向固定床反应器；
和/或，所述吸附装置还含有气体分布器，且所述气体分布器设置于所述吸附装置的气体入口，用于将所述原烟气进行分布。
6.一种CO2捕集方法，其特征在于，该方法包括：将所述原烟气由下至上或由上至下通过权利要求1-5中任意一项所述的装置，使所述吸附装置含有的吸附剂床层中装填的吸附剂对所述原烟气中的CO2进行吸附，得到净烟气；
其中，所述净烟气中CO2浓度≤通过第N个吸附剂床层后烟气中CO2浓度≤所述原烟气中CO2浓度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当时，保持第N个原烟气辅助进料口的流量；或者，
当时，增大第N个原烟气辅助进料口的流量。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述原烟气中CO2浓度≤20体积％，优选为8-16体积％；
和/或，所述原烟气的温度≤45℃，优选为20-40℃；
和/或，所述吸附的条件包括：空速≤5000m3/(m3·h)，优选为1000-3500m3/(m3·h)；压力≤10kPa，优选为3-8kPa；时间≤30min，优选为5-25min；
和/或，所述原烟气通过所述吸附剂床层的压降≤2000Pa，优选为500-1500Pa；线速度≤1m/s，优选为0.1-0.5m/s。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：向所述装置中N个支撑管通入冷却介质进行冷却，使所述吸附剂床层中的吸附剂进行吸附；
和/或，所述冷却介质的流速为0.1-2m/s，优选为0.1-1m/s；温度为5-30℃，优选为10-20℃。
10.一种吸附剂再生的方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5中任意一项所述的装置中进行，其中，当所述吸附装置处于停工状态时，将所述处于停工状态的吸附装置中装填的吸附剂进行脱附再生。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)停止所述吸附装置的进料和出料；
(2)向所述处于停工状态的吸附装置中N个支撑管通入换热介质进行换热，使所述吸附剂床层中的吸附剂进行脱附；
和/或，所述脱附的条件包括：温度为60-300℃，优选为80-150℃；时间为5-60min，优选为10-30min；
和/或，所述换热介质的入口温度为100-350℃，优选为100-250℃；所述换热介质的出口温度为80-200℃，优选为80-150℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |