CN205730788U

CN205730788U - 一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统

Info

Publication number: CN205730788U
Application number: CN201620419240.XU
Authority: CN
Inventors: 朱延臣; 顾军; 张国亮; 周治平; 蔡文涛; 黄岚; 邓华林
Original assignee: Beijing Building Materials Academy of Sciences Research
Current assignee: Beijing Building Materials Academy of Sciences Research
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2026-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，该系统包括冷却器、高压风机、气水分离器、变压吸附单元Ⅰ段、真空泵Ⅰ、变压吸附单元Ⅱ段和真空泵Ⅱ，它们通过管道依次相连；先将水泥窑窑尾烟气冷却至40℃以下并加压至0.2MPa后，送入气水分离器除去液态水，后进入变压吸附单元浓缩提浓至产品气。本实用新型设计合理，运行稳定，可将水泥窑窑尾烟气体积浓度为8‑10％二氧化碳提浓至约40％，满足后续利用要求，解决目前从水泥窑窑尾烟气回收低浓度二氧化碳遇到的窑尾烟气浓度过低无法吸附分离、吸附分离不充分等难题；另外采用两段法浓缩提浓，具有运行能耗低的特点。

Description

一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统

技术领域

本实用新型涉及一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统。

技术背景

二氧化碳是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献达到55％。目前全世界每年向大气中排放的二氧化碳总量达到近300亿吨。2005年2月16日，《京都议定书》正式生效，这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体的排放；2009年12月7日，哥本哈根会议对发达国家和发展中国家在温室气体减排上的责任进行磋商约定，中国政府作出了庄严承诺，2020年单位国内生产总值的二氧化碳排放量比2005年下降40－45％。

水泥工业是二氧化碳的排放大户，其排放量约占人类活动所产生二氧化碳总量的5％。中国是世界上最大的水泥生产国，占全球总产量的50％以上，按照水泥行业的现有水平，生产1吨水泥熟料约排放940千克二氧化碳，水泥行业生产排放的二氧化碳约占我国工业生产二氧化碳排放总量的20％，水泥工业面临着二氧化碳减排的巨大压力。

目前，我国水泥工业二氧化碳减排的措施主要集中在水泥生产工艺上，如提高燃烧器效率、利用余热发电技术、采用节能粉磨技术以及采用替代原料及替代燃料等，在一定程度上减少了二氧化碳气体的排放。把水泥生产中直接排放的二氧化碳捕集下来并回收再利用，不仅能大幅减少二氧化碳的排放，还能更好地利用碳资源，是实现二氧化碳减排的最有效途径。因此，如何有效回收利用水泥窑窑尾烟气中的二氧化碳，成为近年来水泥工业科技工作者研究的重要课题，由于窑尾烟气二氧化碳浓度低(体积浓度一般小于10％)且温度较高，使得从水泥窑窑尾烟气回收利用二氧化碳非常困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，即将水泥窑窑尾烟气低浓度二氧化碳提浓至满足后续利用要求的高浓度二氧化碳，解决目前从水泥窑窑尾烟气回收低浓度二氧化碳遇到的难题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，包括冷却器、高压风机、气水分离器、变压吸附单元Ⅰ段、真空泵Ⅰ、变压吸附单元Ⅱ段和真空泵Ⅱ，其中，冷却器出口通过管道与高压风机进口相连；高压风机出口通过管道与气水分离器入口连接；气水分离器气体出口通过管道与变压吸附单元Ⅰ段气体进口连接；变压吸附单元Ⅰ段工艺气体出口通过管道与真空泵Ⅰ进口相连；真空泵Ⅰ出口通过管道与变压吸附单元Ⅱ段气体进口相连；变压吸附单元Ⅱ段工艺气体出口通过管道与真空泵Ⅱ进口连接；变压吸附单元Ⅰ段与变压吸附单元Ⅱ段均设置有尾气排放口。

所述冷却器为卧式列管换热器，所述高压风机为两级高压离心风机。

所述变压吸附单元Ⅰ段包括7台吸附塔，所述变压吸附单元Ⅱ段包括6台吸附塔。

本实用新型设计的水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，首先通过冷却器将80-120℃的水泥窑窑尾烟气冷却至40℃以下后，再通过高压风机加压到0.2MPa，进入气水分离器除去液态水。然后进入变压吸附单元Ⅰ段，变压吸附单元Ⅰ段为粗提浓段，窑尾烟气自吸附塔底部进入正处于吸附状态的塔内，在吸附床层的依次选择吸附下，烟气中的二氧化碳等易被吸附组分被吸附下来，未被吸附的混合气从塔顶尾气排放口流出，得到体积浓度约为20％的二氧化碳中间产品气。变压吸附单元Ⅱ段为产品提浓段，来自变压吸附单元Ⅰ段底部的中间产品气经真空泵吸出加压至0.2MPa后进入正处于吸附状态的变压吸附单元Ⅱ段的塔内，中间产品气中的二氧化碳等易被吸附组分被吸附下来，未被吸附的混合气从塔顶尾气排放口流出，控制出塔气二氧化碳纯度，得到体积浓度约为40％的二氧化碳产品气。

本实用新型的有益效果是：(1)设计的水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统工艺合理，运行稳定，可将水泥窑窑尾烟气体积浓度为8-10％二氧化碳提浓至约40％，满足后续利用要求，解决目前从水泥窑窑尾烟气回收低浓度二氧化碳遇到的窑尾烟气浓度过低无法吸附分离、吸附分离不充分等难题；(2)采用两段法浓缩提浓，不需一次性将水泥窑窑尾烟气全部加至0.4MPa，烟气里90％左右是氮和氧，一次性加压，相当于把能耗加给了氮和氧，最后氮氧排空带走能量，使能耗增加，分级加压先在低压下将大部分氮和氧脱掉，剩余少部分只需少部分电能即可达到要求，因此设计的水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统具有运行能耗低的特点。

附图说明

图1为水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统框图。

图中：1—冷却器；2—高压风机；3—气水分离器；4—变压吸附单元Ⅰ段；5—真空泵Ⅰ；6—变压吸附单元Ⅱ段；7-真空泵Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，包括冷却器1、高压风机2、气水分离器3、变压吸附单元Ⅰ段4、真空泵Ⅰ5、变压吸附单元Ⅱ段6和真空泵Ⅱ7，其中，冷却器1出口通过管道与高压风机2进口相连；高压风机2出口通过管道与气水分离器3入口连接；气水分离器3气体出口通过管道与变压吸附单元Ⅰ段4气体进口连接；变压吸附单元Ⅰ段4工艺气体出口通过管道与真空泵Ⅰ5进口相连；真空泵Ⅰ5出口通过管道与变压吸附单元Ⅱ段6气体进口相连；变压吸附单元Ⅱ段6工艺气体出口通过管道与真空泵Ⅱ7进口连接；变压吸附单元Ⅰ段4与变压吸附单元Ⅱ段6均设置有尾气排放口。

所述冷却器1为卧式列管换热器，换热冷媒一般采用的是循环水，为保证窑尾烟气冷却至40℃以下，换热冷媒可采用深井水。

所述高压风机2为两级高压离心风机，保证窑尾烟气压力提高至0.2MPa或0.2MPa以上。

所述变压吸附单元Ⅰ段4包括7台吸附塔；所述变压吸附单元Ⅱ段6包括6台吸附塔。每台吸附塔内装填有专用吸附剂，吸附剂特点为CO₂/N₂的分离系数大，对二氧化碳气体的吸附容量大，且解吸容易。

变压吸附单元中Ⅰ段4和变压吸附单元Ⅱ段6中的每一台吸附塔均依次经历吸附、均压降、抽真空、均压升、最终升压等步序，具体过程为：当被吸附物质的传质区到达床层出口预留段某一位置时，关掉该吸附塔底进料阀和塔顶出口阀，停止吸附。吸附床层开始转入再生过程。通过多次均压降，顺着吸附方向将吸附塔内较高压力的混合气放入其它已完成再生的较低压力的吸附塔，该过程可充分回收床层死空间的有效气体并提高吸附床层的二氧化碳浓度。在均压降过程结束后，逆着吸附方向抽真空，抽完真空后然后再通过多次均压升以及最终升压等步骤将吸附床层充压到吸附压力，吸附塔进入下一循环周期。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。例如，根据实际情况和技术水平，不采用高压风机2对窑尾烟气进行加压，而是采用其他加压设备；为了进一步提高产品气二氧化碳的浓度或降低运行能耗，采用三段或三段以上方法，对水泥窑窑尾烟气二氧化碳进行浓缩提浓，这些都为本实用新型的改进，属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，其特征在于：该系统包括冷却器、高压风机、气水分离器、变压吸附单元Ⅰ段、真空泵Ⅰ、变压吸附单元Ⅱ段和真空泵Ⅱ，其中，冷却器出口通过管道与高压风机进口相连；高压风机出口通过管道与气水分离器入口连接；气水分离器气体出口通过管道与变压吸附单元Ⅰ段气体进口连接；变压吸附单元Ⅰ段工艺气体出口通过管道与真空泵Ⅰ进口相连；真空泵Ⅰ出口通过管道与变压吸附单元Ⅱ段气体进口相连；变压吸附单元Ⅱ段工艺气体出口通过管道与真空泵Ⅱ进口连接；变压吸附单元Ⅰ段与变压吸附单元Ⅱ段均设置有尾气排放口。

2.根据权利要求1所述的一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，其特征在于：所述冷却器为卧式列管换热器，所述高压风机为两级高压离心风机。

3.根据权利要求1所述的一种水泥窑窑尾烟气二氧化碳提浓系统，其特征在于：所述变压吸附单元Ⅰ段包括7台吸附塔，所述变压吸附单元Ⅱ段包括6台吸附塔。