WO2023029827A1 - 一种固态胺吸收捕集及解吸二氧化碳的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置和方法，包括：用于捕集烟气中CO 2的捕集器，包括用于通过球形的固态胺吸附剂吸附烟气中CO 2的处理室和输送管（26），输送管（26）的底端设置有烟气进口（29）、第一固态胺进料口和吸附剂进料口，处理室的吸附剂出料口与吸附剂进料口连通；对固态胺吸附剂吸附的CO 2加热解吸的解吸器（2），第二固态胺进料口与捕集器的第一固态胺出料口连通；对解吸器（2）后的固态胺吸附剂冷却的冷却器（15），第三固态胺进料口与解吸器（2）的第二固态胺出料口连通，冷却器（15）的第三固态胺出料口与捕集器的第一固态胺进料口连通。

Description

一种固态胺吸收捕集及解吸二氧化碳的装置和方法
本申请要求于2021年08月30日提交中国专利局、申请号为202111007181.7、发明名称为“一种固态胺吸收捕集及解吸二氧化碳的装置和方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及环境保护中大气治理和资源利用的技术领域，特别涉及一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置和方法。
背景技术
自进入工业化时代以来，大量CO 2排放使大气中CO 2浓度上升导致温室效应加剧等一系列生态问题。
目前减少CO 2排放有3条途径，一是采用低碳新工艺技术替代高碳旧工艺技术；二是采用零排放的新工艺技术如风力发电、光伏发电等；三是碳捕集。其中，前两条途径需要投入大量资金和较长时间来建设新项目具有更好的未来前景，而对于近期内解决现有工程的碳排放问题选用“碳捕集”是最有效的方法。
目前CO 2捕集有乙醇胺吸收捕集法和固态胺吸收捕集法。其中，固态胺吸收捕集法因能耗远低于乙醇胺法，因此，固态胺吸收捕集法应用更为广泛。
具体的，固态胺吸收捕集法是采用胺类固体吸附剂在较低温度(30℃～50℃)下对烟气中的CO 2进行吸收，然后在较高温度(80℃～110℃)将CO 2解吸出来的一种方法，即为一种干式吸附、解吸过程，没有水及其他溶剂的参与，热量仅提供给材料本身，因此能量消耗非常低。
但是，目前投入应用的是固定床固态胺吸收捕集，在小规模场合应用效果较好，但在大规模工业烟气CO 2捕集时存在如下问题：无法实现吸附、解吸过程连续运转、固定投资高、占地面积大，解吸和冷却过程时间长、设备效率低、设备容积大以及解析杂质带入导致解吸过程CO 2纯度偏低而增加了CO 2液化提纯难度和成本。
因此，如何提供一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，以实现吸附和解吸的循环运转，是本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，以实现吸附和解吸的循环运转。此外，本发明还提供了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其包括：
用于捕集烟气中CO 2的捕集器，所述捕集器包括用于通过球形的固态胺吸附剂吸附烟气中CO 2的处理室和与所述处理室连通的输送管，所述输送管的底端设置有烟气进口、第一固态胺进料口和吸附剂进料口，所述处理室的吸附剂出料口与所述吸附剂进料口连通；
用于对固态胺吸附剂吸附的CO 2进行解吸的解吸器，所述解吸器的第二固态胺进料口与所述捕集器的第一固态胺出料口连通；
用于对所述解吸器处理后的固态胺吸附剂进行冷却的冷却器，所述冷却器的第三固态胺进料口与所述解吸器的第二固态胺出料口连通，所述冷却器的第三固态胺出料口与所述捕集器的所述第一固态胺进料口连通。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述输送管内的温度为30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s，且烟气与固态胺吸附剂的混合接触时间为3～20秒。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述处理室沿所述输送管内物料输送方向依次包括：
搜集密相段，所述搜集密相段上设置有用于流化空气进入的进风口和与所述进风口连通的分布环管，所述分布环管上沿周向均匀设置有出风口，所述搜集密相段上且在所述分布环管和所述进风口下方设置有所述第一固态胺出料口和所述吸附剂出料口；
沉降段，所述沉降段与所述搜集密相段连通用于捕集CO 2的固态胺吸附剂沉降，所述输送管的顶端设置有用于对烟气和固态胺吸附剂分离的初级分离器，所述初级分离器的出口位于所述沉降段，且所述沉降段内设置有用于对经过所述初级分离器处理的烟气进行烟气分离的烟气旋风分离器，所述沉降段的顶部设置有用于排放处理后的烟气的排气口。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述沉降段的截面面积为所述搜集密相段的截面面积的2-10倍，且所述沉降段和所述搜集密相段通过由所述沉降段向所述搜集密相段方向渐缩的倾斜段连接。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述吸附剂出料口与所述吸附剂进料口通过循环管连通，且所述循环管上设置有用于控制所述循环管通断的循环管滑阀。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述解吸器包括：
解吸器壳体，所述解吸器壳体具有所述第二固态胺进料口和所述第二固态胺出料口；
设置在所述解吸器壳体内的换热件，所述换热件用于对吸附有CO 2的固态胺进行加热解吸；
设置在所述解吸器壳体内，用于气固分离的解吸器旋风分离器。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述换热件包括：
设置在所述解吸器壳体内的蛇形加热盘管；
设置在所述解吸器壳体上并与所述蛇形加热盘管连通的蒸汽进口和冷凝水排水口，且所述蒸汽进口的高度高于所述冷凝水排水口的高度。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述解吸器为鼓泡床，且所述解吸器壳体内设置有用于向所述解吸器壳体内提供CO 2的CO 2进料口和对提供的CO 2进行均布的CO 2均布器，且所述CO 2进料口与所述CO 2均布器连通。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述第二固态胺进料口与所述第一固态胺出料口通过上连接管连通，所述上连接管上设置有用于控制所述上连接管通断的上滑阀，且所述第一固态胺出料口的高度高于所述第二固态胺进料口的高度，所述第二固态胺进料口的高度大于所述第二固态胺出料口的高度；
所述解吸器的高度大于所述搜集密相段的高度且小于所述沉降段的高度。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述冷却器包括：
冷却器壳体，所述冷却器壳体具有所述第三固态胺进料口和所述第三固态胺出料口，且所述冷却器壳体的顶部具有与所述沉降段的所述排气口连通的排 气管；
设置在所述冷却器壳体内的蛇形冷却管，所述冷却器壳体上具有与所述蛇形冷却管连通的冷却水出口和冷却水进口，且所述冷却水进口的高度小于所述冷却水出口的高度。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述冷却器还包括：
设置在所述冷却器壳体上用于向所述冷却器壳体内提供空气的空气进口；
与所述空气进口连通的空气均布管，所述空气均布管为沿所述冷却器壳体周向布置的环形管，且所述环形管上均匀设置有空气出口。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述冷却器的所述第三固态胺出料口通过连接管与所述第一固态胺进料口连通，且所述连接管上设置有用于控制所述连接管通断的连接管滑阀，且所述第三固态胺出料口的高度大于所述第一固态胺进料口的高度；
所述冷却器的所述第三固态胺进料口通过下连接管与所述第二固态胺出料口连通，且所述第二固态胺出料口的高度大于所述第三固态胺进料口的高度，且所述第三固态胺进料口的高度高于所述蛇形冷却管的高度，所述第三出料口的高度低于所述蛇形冷却管的高度。
优选的，上述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置中，所述冷却器的高度小于所述解吸器的高度。
一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法，其特征在于，包括以下步骤：
吸附捕集CO 2，利用风机将烟道气引入输送管，且所述输送管内流化球形的固态胺吸附剂，所述输送管内的温度为30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s，且烟气与固态胺吸附剂的混合接触时间为3～20秒，完成吸附捕集CO 2；
固气分离，吸附捕集有CO 2的固态胺吸附剂输送至输送管顶端，并在输送管顶端的沉降室内的烟气旋风分离器内完成气固分离，气体通过排气口排出，固态胺吸附剂沉降至搜集密相段，一部分固态胺吸附剂输送至输送管进入下一次循环；
脱附解吸CO 2，沉降的固态胺吸附剂依靠重力输送至解吸器，向解吸器内 通入上次脱附解吸的CO 2作为流化固态胺吸附剂的流化剂，并利用鼓泡床的换热件加热固态胺吸附剂，当固态胺吸附剂加热到80℃～110℃并解吸3～10分钟，CO 2从球形吸附剂中解吸出来；
冷却固态胺吸附剂，完成脱附的高温固态胺吸附剂依靠重力从解吸器输送至冷却器，并通过空气流化经蛇形冷却管冷却5～30分钟，得到40℃的固态胺吸附剂，并输送至输送管进入下一步循环。
本发明提供了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，通过固态胺吸附剂吸附捕集CO 2以减少待处理烟气中的CO 2的含量，保证了排放安全；此外，再将吸附捕集有CO 2的固态胺吸附剂与CO 2进行解吸，解吸后的CO 2可生产CO 2的产品，而解吸后的固态胺吸附剂可再利用。通过上述实现了捕集和解吸的连续操作，可用于大规模工业烟气CO 2的捕集；此外，该结构设备简单、稳定性高、操作弹性大；脱附热消耗量小、生产成本低且无废水和废液的排放。
此外，本发明还提供了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法，实现了捕集和解吸的连续操作，可用于大规模工业烟气CO 2的捕集。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中公开的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中公开的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法的流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，以实现吸附和解吸的循环运转。此外，本发明还公开了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法。
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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本申请公开了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，包括捕集器、解吸器2和冷却器15。其中，上述的捕集器用于捕集烟气中的CO 2，具体的，该捕集器包括用于通过球形的固态胺吸附剂吸附烟气中CO 2的处理室和与该处理器连通的输送管26，该输送管26的底端设置有烟气进口29、第一固态胺进料口和吸附剂进料口，上述的处理室的吸附剂出料口与吸附剂进料口连通。工作时，待处理的烟气通过烟气进口29进入输送管26，同时，40℃左右的固态胺吸附剂通过第一固态胺进料口进入输送管26，而50℃～60℃的固态胺吸附剂通过吸附剂进料口进入输送管26中，并在输送管26中完成待处理烟气、40℃左右的固态胺吸附剂和50℃～60℃的固态胺吸附剂的混合，并输送至处理室内进行CO 2的吸收捕集。
上述的解吸器2用于对固态胺吸附剂吸附的CO 2进行加热解吸，具体的，该解吸器2的第二固态胺进料口与捕集器的第一固态胺出料口连通，即通过在捕集器中捕集CO 2后的固态胺吸附剂一部分进入解吸器2，并在解吸器2中通过加热处理完成CO 2的解吸。
此外，上述的冷却器15用于对解吸器2处理后的固态胺吸附剂进行冷却，具体的，该冷却器15的第三固态胺进料口与解吸器2的第二固态胺出料口连通，并且冷却器15的第三固态胺出料口与捕集器的第一固态胺进料口连通。工作时，经过解吸器2解吸后的固态胺吸附剂温度较高，需要进行冷却，以便对其进行再利用，因此，将冷却器15的第三固态胺进料口与解吸器2的第二固态胺出料口连通，以使解吸器2内的固态胺吸附剂进入冷却器15，经过冷却器15处理后的固态胺吸附剂通过第三固态胺出料口进入捕集器的第一固态胺进料口中从而实现对固态胺吸附剂的再利用。
此外，上述的处理室的吸附剂出料口与吸附剂进料口连通，即对CO 2完成吸附捕集的固态胺吸附剂另一部分从处理室中返回至吸附剂进料口中进入再利用，实现了固态胺吸附剂的再利用，需要说明的是，本申请中涉及到的固 态胺吸附剂分为温度在50℃～60℃的固态胺吸附剂和40℃左右的固态胺吸附剂，完成吸附捕集的固态胺吸附剂经过不同管路最终得到不同温度的固态胺吸附剂。
通过上述设置可知，本申请中通过固态胺吸附剂吸附捕集CO 2以减少待处理烟气中的CO 2的含量，保证了排放安全；此外，再将吸附捕集有CO 2的固态胺吸附剂与CO 2进行解吸，解吸后的CO 2可生产CO 2的产品，而解吸后的固态胺吸附剂可再利用。通过上述实现了捕集和解吸的连续操作，可用于大规模工业烟气CO 2的捕集；此外，该结构设备简单、稳定性高、操作弹性大；脱附热消耗量小、生产成本低且无废水和废液的排放。
具体的实施例中，上述的输送管26内的温度为30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s，且烟气与固态胺吸附剂的混合接触时间为3～20秒。工作时，采用球形固态胺吸附剂，在温度30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s的输送管26中与烟气充分混合接触3秒～20秒，经充分传质、传热后每公斤球形固态胺吸附剂捕集60g～100g的CO 2并将球形固态胺吸附剂输送至高位。此处限定了工作时的具体温度、压力和流速等，在实际中也可根据不同的需要选择其他参数，在此不做详细限定。
此外，烟气与球形固态胺吸附剂在输送管26中以输送床形态流动，传质速度快、捕集CO 2效率高、操作稳定、不会出现偏流沟流等问题，尤其适合压力低、要求稳定的工业烟气。
本申请中公开的处理室沿输送管26内物料输送方向依次包括搜集密相段22和沉降段20。其中，搜集密相段22上设置有用于流化空气进入的进风口24和与进风口24连通的分布环管23，分布环管23上沿周向均匀设置有出风口，搜集密相段22上且在分布环管23和进风口24下方设置有第一固态胺出料口和吸附剂出料口。上述的沉降段20与搜集密相段22连通用于捕集CO 2的固态胺吸附剂沉降，输送管26的顶端设置有用于对烟气和固态胺分离的初级分离器21，初级分离器21的出口位于沉降段20，且沉降段20内设置有用于对经过初级分离器21处理的烟气进行烟气分离的烟气旋风分离器19，沉降段20的顶部设置有用于排放处理后的烟气的排气口。
工作时，经输送管26输送的烟气和固态胺吸附剂的混合并充分接触，然后经过初级分离器21进行固态胺吸附剂和烟气的初步分离，分离后的得到的气体进一步进入烟气旋风分离器19进一步分离，得到洁净的气体并通过排气口排出捕集器外，而经过初级分离器21和烟气旋风分离器19分离出的固体的固态胺吸附剂则在重力的作用下进行沉降，并最终落入搜集密相段22中。
搜集密相段22中的固态胺吸附剂在通过分布环管23和进风口24进入的空气的流化作用下，使固态胺吸附剂流化。然后经过流化后的固态胺吸附剂一部分经过第一固态胺出料口进入解吸器2内，以进行固态胺吸附剂与CO 2的解吸；另一部分则通过吸附剂出料口进入吸附剂进料口，以实现对固态胺吸附剂的再利用。
此处公开了一种处理室的具体结构，其核心在于，在密闭的壳体内设置能够固气分离的结构，并依靠重力实现固体和气体的单独排放。因此，在此基础上的结构均可应用在本方案中，且均在保护范围内。
具体的实施例中，上述的沉降段20的截面面积为搜集密相段22的截面面积的2-10倍，且沉降段20和搜集密相段22通过由沉降段20向搜集密相段22方向渐缩的倾斜段连接。如此设置可便于对与气体分离后的固态胺吸附剂的聚拢和收集以及对固态胺吸附剂的流化，提高了利用率。对于搜集密相段22的具体尺寸可根据不同的需要进行设置，在此不做具体限定。
本申请中的吸附剂出料口与吸附剂进料口通过循环管25连通，并且循环管25上设置有用于控制循环管25通断的循环管滑阀27。通过设置循环管25和循环管滑阀27可对从搜集密相段22排出的固态胺吸附剂进行控制，保证与烟气进口进入的烟气的量相匹配。在实际中，由于该固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置为大型设备，通过人工操作难度大，劳动强度大，因此，将该循环管滑阀27可为电动阀，并与控制系统连接。工作时，可通过流量传感器检测烟气进口进入的烟气的量，并通过计算得到对应的50℃～60℃固态胺吸附剂的量，从而控制循环管滑阀27的工作，以保证进入吸附剂进口的固态胺吸附剂的量。
进一步的实施例中，上述的解吸器2包括解吸器壳体、换热件和解吸器旋风分离器1。其中，该解吸器壳体具有第二固态胺进料口和第二固态胺出料口； 并且换热件设置在解吸器壳体内，该换热件用于对吸附有CO 2的固态胺吸附剂进行加热解吸；上述的解吸器旋风分离器1用于对CO 2和固态胺吸附剂的分离，并且该解吸器旋风分离器1设置在解吸器壳体内。
工作时，球形固态胺吸附剂靠重力输送至鼓泡床解吸环节，固态胺吸附剂换热件的作用下温度升高，具体可加热到80℃～110℃，并解吸3分钟～10分钟，使得CO 2从固态胺吸附剂中解吸出来，再经过解吸器旋风分离器1分离后排出CO 2，并且这些CO 2可生产95％的CO 2产品；而80℃～110℃的固态胺吸附剂在重力作用下输送至冷却环节。
通过解吸器2的解吸可使CO 2从球形的固态胺吸附剂中解吸出来，有利于对CO 2的再利用和与固态胺吸附剂的再利用，减少了废气的排放，节省了成本，并且通过再利用还可实现利润的增长。
优选的实施例中，上述的换热件包括蛇形加热盘管4和蒸汽进口3以及冷凝水排出口5。其中，蛇形加热盘管4设置在解吸器壳体内，通过采用蛇形加热盘管4可增大热交换的面积，保证换热的效果。
使用时，蒸汽通过蒸汽进口3进入蛇形加热盘管4，并在加热盘管4内流动，流动过程中与吸附有CO 2的固态胺吸附剂进行热交换，使得温度较低的固态胺吸附剂温度升高，并在温度升高的过程中完成固态胺吸附剂与CO 2的解吸，此过程中蛇形加热盘管4内的蒸汽因热交换而温度下降形成冷凝水，冷凝水通过冷凝水排水口5排出。
为了保证蒸汽和冷凝水的流向，本申请中将蒸汽进口3的高度设置为高于冷凝水排水口5的高度，如此可对冷凝水的流向进行导向，防止冷凝水倒流的问题出现。
进一步的实施例中，上述公开的解吸器2为鼓泡床，具体的，解吸器壳体内设置有用于向解吸器壳体内提供CO 2的CO 2进料口和对提供的CO 2进行均布的CO 2均布器6，并且CO 2进料口与CO 2均布器6连通，CO 2经CO 2进料口后通过CO 2均布器6的均布实现CO 2的均匀进入。
使用时，自产的CO 2气体从CO 2分布器6进入，0.2MPa(g)～0.6MPa(g)蒸汽从蒸汽进口3进入蛇形加热盘管4中，凝结水从冷凝水排水口5排出。CO 2的来源可为从解吸器中解吸后分离出来的CO 2，采用CO 2作为流化介质， 可减少解吸环节杂质的带入，提高脱吸气CO 2的浓度，为生产高纯度的CO 2的产品创造了条件。
更进一步的实施例中，上述公开的第二固态胺进料口与第一固态胺出料口通过上连接管13连通，上连接管13上设置有用于控制上连接管13通断的上滑阀14，且第一固态胺出料口的高度高于第二固态胺进料口的高度，第二固态胺进料口的高度大于第二固态胺出料口的高度；解吸器2的高度大于搜集密相段22的高度且小于沉降段20的高度。
通过将第二固态胺进料口与第一固态胺出料口通过上连接管13连接，并设置控制上连接管13通断的上滑阀14，可便于对由捕集器流向解吸器的固态胺吸附剂的量进行控制。为了使固态胺吸附剂在重力作用下即可进入解吸器2，而不需要额外的动力设备，本申请中将第一固态胺出料口的高度设置为高于第二固态胺进料口的高度，从而可使固态胺吸附剂在重力作用下滑向解吸器2内。
结合上述实施例可知，为了降低劳动强度，实现自动化控制，该上滑阀14可设置为电动阀，并结合控制器控制该电动阀的通断。此外，该控制器的控制过程需要结合固态胺吸附剂的存储量进行设定。
在上述技术方案的基础上，本申请中公开的冷却器15包括：冷却器壳体和蛇形冷却管17。其中，冷却器壳体为整个冷却器的安装与连接基础，对于冷却器壳体的形状和尺寸在此不限定。具体的，该冷却器壳体上具有上述的第三固态胺进料口和第三固态胺出料口，并且冷却器壳体的顶部设置有与上述沉降段20的排气口连通的排气管7。上述的蛇形冷却管17设置在冷却器壳体内部，并且冷却器壳体上具有与蛇形冷却管17连通的冷却水出口16和冷却水进口18，且冷却水进口18的高度小于冷却水出口16的高度。
工作时，经过解吸器2的固态胺吸附剂的温度较高，为了保证其能够达到再利用的条件，需要对加热后的固态胺吸附剂进行冷却，因此，将解吸后的固态胺吸附剂排入冷却器壳体内，并通过蛇形冷却管17与固态胺吸附剂进行热交换，实现对固态胺吸附剂的冷却，使其最终达到所需的温度，例如，40℃左右。
采用蛇形冷却管17可延长冷却液的流动距离，增大热交换面积，保证热 交换效果。而将冷却水进口18的高度设置为小于冷却水出口16的高度，可使冷却水从低端向上端流动，实现冷却水与固态胺吸附剂逆流换热，提高换热效果。本领域技术人员可以理解的是，在实际中也可采用其他换热降温的方式，且均在保护范围内。
更进一步的实施例中，上述的冷却器15还包括空气进口9和空气均布管10。其中，空气进口9设置在冷却器壳体上并用于向冷却器壳体内提供空气。而空气均布管10与空气进口9连通，空气均布管10为沿冷却器壳体周向布置的环形管，该环形管上均匀设置有空气出口。通过设置空气进口9和空气均布管10，可使流化空气从空气进口9和空气均布管10进入冷却器15，在此基础上，10℃～20℃的冷却水从冷却水进口18进入，并经过三段立置串联的蛇形冷却管17与固态胺吸附剂逆流换热后从冷却水出口16排出，换热时间为5分钟～30分钟，完成整个换热过程。而固态胺吸附剂被冷却到40℃从底部排出，冷却器15的流化空气从顶部经排气管7排至沉降段20上部，最终经排气口排出。
通过采用空气作为流化介质，可不引入新的杂质，保证了固态胺吸附剂的纯净。
在一具体实施例中，上述的冷却器15的第三固态胺出料口通过连接管11与第一固态胺进料口连通，且连接管11上设置有用于控制连接管11通断的连接管滑阀12，且第三固态胺出料口的高度大于第一固态胺进料口的高度；冷却器15的第三固态胺进料口通过下连接管8与第二固态胺出料口连通，且第二固态胺出料口的高度大于第三固态胺进料口的高度，第三固态胺进料口的高度高于蛇形冷却管17的高度，第三出料口的高度低于蛇形冷却管17的高度。
通过连接管11将第三固态胺出料口和第一固态胺进料口连通，并通过连接管滑阀12进行控制，可实现根据不同的工作要求控制固态胺吸附剂所在位置。结合上述实施例中的内容可知，该连接管滑阀12可为电动阀并同时与控制器信号连接。
同理冷却器15的第三固态胺进料口与第二固态胺出料口通过下连接管8连接，并且该第二固态胺出料口的高度大于第三固态胺进料口的高度，以实现固态胺吸附剂在重力作用下的流动，不需要驱动，降低成本，简化结构。
而第三固态胺进料口的高度高于蛇形冷却管17的高度，第三出料口的高度低于蛇形冷却管17的高度，以延长固态胺吸附剂与蛇形冷却管17的接触时间，保证冷却效果。
在具体实施例中可将本申请中公开的输送管26高度设置为30m～50m，沉降段20布置在45m～60m高位置，解吸器2布置在30～50m高位置，冷却器壳体高度8m～20m并布置在15m～35m高位置。该输送管26穿过搜集密相段22伸入沉降段20。综上，冷却器15的高度小于解吸器2的高度，并小于捕集器的高度。
此外，如图2所示，本发明还公开了一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法，具体的，包括以下步骤：
步骤S1：吸附捕集CO 2。
利用风机将烟道气引入输送管，且输送管内流化球形的固态胺吸附剂，输送管内的温度为30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s，烟气与固态胺吸附剂的混合接触时间为3～20秒，完成吸附捕集CO 2。
步骤S2：固气分离。
吸附捕集有CO 2的固态胺吸附剂输送至输送管顶端，并在输送管顶端的沉降室内的烟气旋风分离器内完成气固分离，气体通过排气口排出，固态胺吸附剂沉降至搜集密相段，一部分固态胺吸附剂输送至输送管进入下一次循环。
步骤S3：脱附解吸CO 2。
沉降的固态胺吸附剂依靠重力输送至解吸器，向解吸器内通入上次脱附解吸的CO 2作为流化固态胺吸附剂的流化剂，并利用鼓泡床的换热件加热固态胺吸附剂，当固态胺吸附剂加热到80℃～110℃并解吸3～10分钟，CO 2从球形吸附剂中解吸出来。
步骤S4：冷却固态胺吸附剂。
完成脱附的高温固态胺吸附剂依靠重力从解吸器输送至冷却器，并通过空气流化经蛇形冷却管冷却5～30分钟，得到40℃的固态胺吸附剂，并输送至输送管进入下一步循环。
通过上述方法中：高速输送管传质速度快、捕集CO2效率高；此外，依 靠自身重力完成解吸、冷却、至输送管的循环过程。该流程设备简单，烟气CO 2浓度由10％～15％降低到1％～5％，可生产浓度99％CO 2产品，可用于大规模工业烟气CO 2捕集。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

  1. 一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，包括：
    用于捕集烟气中CO 2的捕集器，所述捕集器包括用于通过球形的固态胺吸附剂吸附烟气中CO 2的处理室和与所述处理室连通的输送管(26)，所述输送管(26)的底端设置有烟气进口(29)、第一固态胺进料口和吸附剂进料口，所述处理室的吸附剂出料口与所述吸附剂进料口连通；
    用于对固态胺吸附剂吸附的CO 2进行加热解吸的解吸器(2)，所述解吸器(2)的第二固态胺进料口与所述捕集器的第一固态胺出料口连通；
    用于对所述解吸器(2)处理后的固态胺吸附剂进行冷却的冷却器(15)，所述冷却器(15)的第三固态胺进料口与所述解吸器(2)的第二固态胺出料口连通，所述冷却器(15)的第三固态胺出料口与所述捕集器的所述第一固态胺进料口连通。
  2. 根据权利要求1所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述输送管(26)内的温度为30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s，且烟气与固态胺吸附剂的混合接触时间为3～20秒。
  3. 根据权利要求1所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述处理室沿所述输送管(26)内物料输送方向依次包括：
    搜集密相段(22)，所述搜集密相段(22)上设置有用于流化空气进入的进风口(24)和与所述进风口(24)连通的分布环管(23)，所述分布环管(23)上沿周向均匀设置有出风口，所述搜集密相段(22)上且在所述分布环管(23)和所述进风口(24)下方设置有所述第一固态胺出料口和所述吸附剂出料口；
    沉降段(20)，所述沉降段(20)与所述搜集密相段(22)连通用于捕集CO 2的固态胺吸附剂沉降，所述输送管(26)的顶端设置有用于对烟气和固态胺吸附剂分离的初级分离器(21)，所述初级分离器(21)的出口位于所述沉降段(20)，且所述沉降段(20)内设置有用于对经过所述初级分离器(21)处理的烟气进行烟气分离的烟气旋风分离器(19)，所述沉降段(20)的顶部 设置有用于排放处理后的烟气的排气口。
  4. 根据权利要求3所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述沉降段(20)的截面面积为所述搜集密相段(22)的截面面积的2-10倍，且所述沉降段(20)和所述搜集密相段(22)通过由所述沉降段(20)向所述搜集密相段(22)方向渐缩的倾斜段连接。
  5. 根据权利要求3所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述吸附剂出料口与所述吸附剂进料口通过循环管(25)连通，且所述循环管(25)上设置有用于控制所述循环管(25)通断的循环管滑阀(27)。
  6. 根据权利要求3所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述解吸器(2)包括：
    解吸器壳体，所述解吸器壳体具有所述第二固态胺进料口和所述第二固态胺出料口；
    设置在所述解吸器壳体内的换热件，所述换热件用于对吸附有CO 2的固态胺吸附剂进行加热解吸；
    设置在所述解吸器壳体内，用于气固分离的解吸器旋风分离器(1)。
  7. 根据权利要求6所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述换热件包括：
    设置在所述解吸器壳体内的蛇形加热盘管(4)；
    设置在所述解吸器壳体上并与所述蛇形加热盘管(4)连通的蒸汽进口(3)和冷凝水排水口(5)，且所述蒸汽进口(3)的高度高于所述冷凝水排水口(5)的高度。
  8. 根据权利要求6所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述解吸器(2)为鼓泡床，且所述解吸器壳体内设置有用于向所述解吸器壳体内提供CO 2的CO 2进料口和对提供的CO 2进行均布的CO 2均布器(6)，且所述CO 2进料口与所述CO 2均布器(6)连通。
  9. 根据权利要求6所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述第二固态胺进料口与所述第一固态胺出料口通过上连接管(13)连通，所述上连接管(13)上设置有用于控制所述上连接管(13)通断的上滑阀(14)，且所述第一固态胺出料口的高度高于所述第二固态胺进料口的高度，所述第二 固态胺进料口的高度大于所述第二固态胺出料口的高度；
    所述解吸器(2)的高度大于所述搜集密相段(22)的高度且小于所述沉降段(20)的高度。
  10. 根据权利要求3所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述冷却器(15)包括：
    冷却器壳体，所述冷却器壳体具有所述第三固态胺进料口和所述第三固态胺出料口，且所述冷却器壳体的顶部具有与所述沉降段(20)的所述排气口连通的排气管(7)；
    设置在所述冷却器壳体内的蛇形冷却管(17)，所述冷却器壳体上具有与所述蛇形冷却管(17)连通的冷却水出口(16)和冷却水进口(18)，且所述冷却水进口(18)的高度小于所述冷却水出口(16)的高度。
  11. 根据权利要求10所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述冷却器(15)还包括：
    设置在所述冷却器壳体上用于向所述冷却器壳体内提供空气的空气进口(9)；
    与所述空气进口(9)连通的空气均布管(10)，所述空气均布管(10)为沿所述冷却器壳体周向布置的环形管，且所述环形管上均匀设置有空气出口。
  12. 根据权利要求10所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述冷却器(15)的所述第三固态胺出料口通过连接管(11)与所述第一固态胺进料口连通，且所述连接管(11)上设置有用于控制所述连接管(11)通断的连接管滑阀(12)，且所述第三固态胺出料口的高度大于所述第一固态胺进料口的高度；
    所述冷却器(15)的所述第三固态胺进料口通过下连接管(8)与所述第二固态胺出料口连通，且所述第二固态胺出料口的高度大于所述第三固态胺进料口的高度，且所述第三固态胺进料口的高度高于所述蛇形冷却管(17)的高度，所述第三出料口的高度低于所述蛇形冷却管(17)的高度。
  13. 根据权利要求12所述的固态胺吸收捕集及解吸CO 2的装置，其特征在于，所述冷却器(15)的高度小于所述解吸器(2)的高度。
  14. 一种固态胺吸收捕集及解吸CO 2的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
    吸附捕集CO 2，利用风机将烟道气引入输送管，且所述输送管内流化球形的固态胺吸附剂，所述输送管内的温度为30℃～40℃、压力70kPa(a)～120kPa(a)、固气比2～30、气体流速2m/s～20m/s，且烟气与固态胺吸附剂的混合接触时间为3～20秒，完成吸附捕集CO 2；
    固气分离，吸附捕集有CO 2的固态胺吸附剂输送至输送管顶端，并在输送管顶端的沉降室内的烟气旋风分离器内完成气固分离，气体通过排气口排出，固态胺吸附剂沉降至搜集密相段，一部分固态胺吸附剂输送至输送管进入下一次循环；
    脱附解吸CO 2，沉降的固态胺吸附剂依靠重力输送至解吸器，向解吸器内通入上次脱附解吸的CO 2作为流化固态胺吸附剂的流化剂，并利用鼓泡床的换热件加热固态胺吸附剂，当固态胺吸附剂加热到80℃～110℃并解吸3～10分钟，CO 2从球形吸附剂中解吸出来；
    冷却固态胺吸附剂，完成脱附的高温固态胺吸附剂依靠重力从解吸器输送至冷却器，并通过空气流化经蛇形冷却管冷却5～30分钟，得到40℃的固态胺吸附剂，并输送至输送管进入下一步循环。
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