CN117101335A - 一种低压低能耗烟气二氧化碳回收系统及回收工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压低能耗烟气二氧化碳回收系统及回收工艺，包括风机、洗涤除液单元、TSA(基于全低压的变温吸附工艺)预处理单元、VPSA(真空变压吸附工艺)处理单元、真空泵、缓冲罐，与现有技术相比，本发明置换气直接回收利用，无排放、无需二次升压回收，因而不需要设置压缩机，流程简单，投资少，能耗低，减少资源消耗，降低生产成本，具有推广应用的价值。
Description
技术领域
本发明涉及环保烟气处理技术领域，尤其涉及一种低压低能耗烟气二氧化碳回收系统及回收工艺。
背景技术
目前，CO2捕集技术有很多种主要有四种方法：吸收法(湿法)、吸附法(干法)、低温蒸馏法和膜分离法。
(1)吸收法
工业上采用的吸收法，可分为物理吸收法和化学吸收法。
1)物理吸收法
物理吸收法是在加压下用有机溶剂对酸性气体进行吸收来达到分离脱除的目的。CO2被溶剂吸收时不发生化学反应，溶剂减压后释放CO2，溶剂的再生通过降压来实现，因此所需再生能量少，解吸后的溶液循环使用。
物理吸收法的最大优点是不消耗，CO2与溶剂不形成化合物，减压后绝大部分CO2被闪蒸出来，然后采用气提或负压实现溶剂的再生。
2)化学吸收法
化学吸收法采用含有化学活性物质的溶液对原料气进行洗涤，使原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，CO2与之反应生成介稳化合物或者加合物，CO2被吸收至溶剂中成为富液，然后通过加热使生成物分解，富液进入再生塔加热分解出CO2从而达到分离回收CO2的目的，解吸后的溶液循环使用。化学吸收法的关键是控制好吸收塔和解吸塔的温度与压力。
(2)吸附法
吸附法是利用固态吸附剂对原料混合气中的CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2。吸附法又分为变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)，吸附剂在低温(或高压)时吸附CO2，升温(或降压)后将CO2解吸出来，通过周期性的温度(或压力)变化，从而使CO2分离出来。
常用的吸附剂有天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等，利用吸附材料对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力变化而变化的特性，在加压时完成混合气体的吸附分离，在降压下完成吸附剂的再生，从而实现气体分离和吸附剂再生、循环使用的目的。
(3)低温蒸馏法
该技术主要用于分离回收油田伴生气中的CO2，石油开采时向油层注入CO2，可以提高原油回收率，同时也产生大量的油田伴生气，随着采油次数的增加，伴生气中CO2的含量可能增加到90％以上。为了降低采油成本，提高采油量，必须从伴生气中的CO2分离出来，再注入油井中。
该法综合了低压深冷和精馏的优点，分离沸点与CO2相近的杂质，配合使用特定的选择性很强的吸附剂，有针对性地脱除沸点比CO2高、通过精馏仍无法分离的杂质。但一般CO2的原料气中，杂质是多种多样的，该方法在工业化装置中一般每种吸附剂独立设一个塔或几种吸附剂组合装填于一个塔中进行吸附分离，从理论上讲是可以实现的。
(4)膜分离法
膜分离法是利用某些聚合材料,如醋酸纤维、聚酰亚胺等制成的薄膜对不同气体的渗透率的不同来分离气体的。膜分离的驱动力是压差，当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流，两股气流分别引出从而达到分离的目的。
现有的各种烟气CO2回收技术，基本是来自石油化工行业的现有技术。不管是吸收法、吸附法、蒸馏法还是膜分离法，均是在较高压力下进行的。流程长，设备多，能耗高，投资大，费用高。现急需开发一种针对烟气压力低、温度高、气量大等特点的低压低能耗烟气CO2回收技术。
发明内容
本发明的目的是要提供一种低压低能耗烟气二氧化碳回收系统及回收工艺。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
本发明低压低能耗烟气二氧化碳回收系统包括风机、洗涤除液单元、TSA(基于全低压的变温吸附工艺)预处理单元、VPSA(真空变压吸附工艺)处理单元、真空泵、缓冲罐，所述风机的进风口接入烟气，所述风机的出风口经所述洗涤除液单元后接入所述TSA预处理单元，所述TSA预处理单元的净气排放端与烟囱连接，所述TSA预处理单元的排气端接入VPSA处理单元，VPSA处理单元的废气排放端接入TSA预处理单元的废气回收端，VPSA处理单元的排气端经所述真空泵接入缓冲罐，所述缓冲罐的出口排出回收的二氧化碳产品，所述缓冲罐的二氧化碳置换气排出端接入所述VPSA处理单元。
进一步，所述风机将烟气增压至0.01～0.1MPa.g后接入所述洗涤除液单元。所述洗涤除液单元包括洗涤、冷却、除尘和分液的工艺模块。
所述VPSA处理单元包括有2-12个吸附塔，吸附塔内装填硅胶系烟气CO2专用吸附剂或MOF系烟气CO2专用吸附剂。所述VPSA处理单元为低压吸附，吸附后进行均压，均压的同时，用产品缓冲罐的CO2返回吸附塔对正在均压的塔进行同步置换以提高吸附塔内的CO2浓度，均压置换步骤的结束压力＜0.01MPa.g。。
所述TSA预处理单元包括有2-4个吸附塔，吸附塔内装填有干燥剂和SO2及NOx吸附剂。
本发明低压低能耗烟气二氧化碳回收系统的回收工艺，包括以下步骤：
S1：烟气首先经过风机增压至0.01～0.1MPa.g，然后进入洗涤系统进行洗涤、冷却和除尘并分液；
S2：烟气进入TSA预处理单元进行脱水除杂；
S3：经过脱水除杂的原料气进入VPSA处理单元进行烟气CO2回收；被吸附的CO2通过真空泵抽到缓冲罐中，一部分CO2作为置换气进入VPSA的吸附塔中置换，其余部分作为CO2产品外送，未被吸附的烟气组分通过烟囱排出。
本发明的有益效果是：
本发明是一种低压低能耗烟气二氧化碳回收系统及回收工艺，与现有技术相比，本发明置换气为真空泵的微正压排出气，直接在均压步骤进行置换，直接回收于吸附塔内利用，无排放、无需二次升压回收，因而不需要设置置换气压缩机，流程简单，投资少，能耗低，减少资源消耗，降低生产成本，具有推广应用的价值。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示：本发明低压低能耗烟气二氧化碳回收系统包括风机、洗涤除液单元、TSA(基于全低压的变温吸附工艺)预处理单元、VPSA(真空变压吸附工艺)处理单元、真空泵、缓冲罐，所述风机的进风口接入烟气，所述风机的出风口经所述洗涤除液单元后接入所述TSA预处理单元，所述TSA预处理单元的净气排放端与烟囱连接，所述TSA预处理单元的排气端接入VPSA处理单元，VPSA处理单元的废气排放端接入TSA预处理单元的废气回收端，VPSA处理单元的排气端经所述真空泵接入缓冲罐，所述缓冲罐的出口排出回收的二氧化碳产品，所述缓冲罐的二氧化碳置换气排出端接入所述VPSA处理单元。
来自上游的烟气首先经过风机增压至0.01～0.1MPa.g，然后进入洗涤系统进行洗涤、冷却和除尘并分液。随后，烟气进入TSA预处理单元进行脱水除杂。TSA预处理单元的吸附塔内装有预处理吸附剂，可以脱水、脱硫、脱硝。经过脱水除杂的原料气进入VPSA处理单元进行烟气CO2回收。VPSA处理单元中的吸附塔内装有烟气CO2专用吸附剂。被吸附的CO2通过被真空泵抽到缓冲罐中，一部分CO2作为置换气进入VPSA处理单元的吸附塔中置换，其余部分作为CO2产品外送，未被吸附的烟气组分通过烟囱排入大气。当VPSA处理单元的吸附塔中装填疏水型烟气CO2专用吸附剂时，TSA预处理单元可以取消。
进一步，所述风机将烟气增压至0.01～0.1MPa.g后接入所述洗涤除液单元。所述洗涤除液单元包括洗涤、冷却、除尘和分液的工艺模块。
所述VPSA处理单元包括有2-12个吸附塔，吸附塔内装填硅胶系烟气CO2专用吸附剂或MOF系烟气CO2专用吸附剂。所述VPSA处理单元为低压吸附，吸附后进行均压，均压次数1-3次，均压的同时，用产品缓冲罐的CO2返回吸附塔对正在均压的塔进行同步置换以提高吸附塔内的CO2浓度，均压置换步骤的结束压力＜0.03MPa.g。吸附回收CO2的操作压力小于0.1MPa.g。
所述TSA预处理单元包括有2-4个吸附塔，吸附塔内装填有干燥剂和SO2及NOx吸附剂。用于脱水、脱硫、脱硝，使VPSA吸附剂寿命大幅延长，VPSA设备无腐蚀。
本发明低压低能耗烟气二氧化碳回收系统的回收工艺，包括以下步骤：
S1：烟气首先经过风机增压至0.01～0.1MPa.g，然后进入洗涤系统进行洗涤、冷却和除尘并分液；
S2：烟气进入TSA预处理单元进行脱水除杂；
S3：经过脱水除杂的原料气进入VPSA处理单元进行烟气CO2回收；被吸附的CO2通过真空泵抽到缓冲罐中，一部分CO2作为置换气进入VPSA的吸附塔中置换，其余部分作为CO2产品外送，未被吸附的烟气组分通过烟囱排出。
本发明适合的原料气CO2浓度范围在5～30mol％。
本发明技术方案的VPSA实验数据如下：
本发明技术方案的VPSA-CO2工艺比较数据如下：
通过比较可以发现，在相同烟气浓度和CO2产品纯度的条件下，本发明流程与两段VPSA全低压流程和两段VPSA高压流程相比，CO2回收率稍低，但能耗和投资大幅降低，具有极大市场竞争力，更为节能环保。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低压低能耗烟气二氧化碳回收系统，其特征在于：包括风机、洗涤除液单元、TSA(基于全低压的变温吸附工艺)预处理单元、VPSA(真空变压吸附工艺)处理单元、真空泵、缓冲罐，所述风机的进风口接入烟气，所述风机的出风口经所述洗涤除液单元后接入所述TSA预处理单元，所述TSA预处理单元的净气排放端与烟囱连接，所述TSA预处理单元的排气端接入VPSA处理单元，VPSA处理单元的废气排放端接入TSA预处理单元的废气回收端，VPSA处理单元的排气端经所述真空泵接入缓冲罐，所述缓冲罐的出口排出回收的二氧化碳产品，所述缓冲罐的二氧化碳置换气排出端接入所述VPSA处理单元。
2.根据权利要求1所述的低压低能耗烟气二氧化碳回收系统，其特征在于：所述风机将烟气增压至0.01～0.1MPa.g后接入所述洗涤除液单元。
3.根据权利要求1或2所述的低压低能耗烟气二氧化碳回收系统，其特征在于：所述洗涤除液单元包括洗涤、冷却、除尘和分液的工艺模块。
4.根据权利要求1所述的低压低能耗烟气二氧化碳回收系统，其特征在于：所述VPSA处理单元包括有2-12个吸附塔，吸附塔内装填硅胶系烟气CO2专用吸附剂或MOF系烟气CO2专用吸附剂。
5.根据权利要求1所述的低压低能耗烟气二氧化碳回收系统，其特征在于：所述TSA预处理单元包括有2-4个吸附塔，吸附塔内装填有干燥剂和SO2及NOx吸附剂。
6.根据权利要求4所述的低压低能耗烟气二氧化碳回收系统，其特征在于：所述VPSA处理单元为低压吸附，吸附后进行均压，均压次数1-3次，均压的同时，用缓冲罐的CO2返回吸附塔对正在均压的塔进行同步置换以提高吸附塔内的CO2浓度，均压置换步骤的结束压力＜0.03MPa.g。
7.一种如权利要求1所述的低压低能耗烟气二氧化碳回收系统的回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：烟气首先经过风机增压至0.01～0.1MPa.g，然后进入洗涤系统进行洗涤、冷却和除尘并分液；
S2：烟气进入TSA预处理单元进行脱水除杂；
S3：经过脱水除杂的原料气进入VPSA处理单元进行烟气CO2回收；被吸附的CO2通过真空泵抽到缓冲罐中，一部分CO2作为置换气进入VPSA的吸附塔中置换，其余部分作为CO2产品外送，未被吸附的烟气组分在作为TSA的再生气后通过烟囱排出。
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2023
- 2023-10-08 CN CN202311298038.7A patent/CN117101335A/zh active Pending
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