專利名稱：一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種利用多級(jí)真空變壓吸附技術(shù)捕集煙道氣中的高濕二氧化碳的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在真空變壓吸附(vacuum swing adsorption, VSA)分離煙道氣中CO2的工藝中，活性炭和13X沸石分子篩一直都是最廣泛應(yīng)用的吸附劑材料。如果對(duì)比活性炭和13X分子篩的分離效果，由于13X具有較高的CO2吸附量和較高的吸附選擇性，13X分子篩具有更好的分離CO2的效果。但是水蒸氣的存在會(huì)使13X被污染而失去活性。除了以上兩種吸附劑外，類滑石材料及金屬有機(jī)框架類材料(MOF)等吸附劑由于具有特殊的孔結(jié)構(gòu)也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。然而，這些材料也才僅僅處在研究的起步階段，離工業(yè)化階段還需要十幾年或者更長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)際煙道氣中含有5 - 10%的飽和水蒸氣不能被除去，13X會(huì)被水蒸氣嚴(yán)重污染。如果分離CO2之前通過(guò)干燥設(shè)備除去水蒸氣也會(huì)大大增加分離CO2的運(yùn)行成本。反過(guò)來(lái)，雖然活性炭對(duì)水蒸氣并不敏感，但是由于較低的分離選擇性，活性炭分離CO2的純度相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用二級(jí)變壓吸附的原理，當(dāng)煙道氣通過(guò)第一級(jí)疏水性吸附劑材料時(shí)，大部分水蒸氣穿過(guò)吸附床吸附床而被除去。從第一級(jí)吸附裝置解吸下來(lái)首次濃縮的CO2作為第二級(jí)吸附裝置的進(jìn)氣，高濃度的進(jìn)氣可以在很簡(jiǎn)單操作步驟條件下得到高純度的CO2，最終達(dá)到僅用簡(jiǎn)單吸附裝置在解決水蒸氣問(wèn)題的同時(shí)，高效捕集co2。本發(fā)明所述的二級(jí)真空變壓吸附工藝，詳細(xì)內(nèi)容如下首先進(jìn)氣中含有12%C02和50° C下飽和水蒸氣的煙道氣由第一級(jí)VSA分離。第一級(jí)VSA中采用的吸附劑為活性炭，原因是水蒸氣對(duì)活性炭對(duì)分離CO2的影響很小。操作過(guò)程中控制進(jìn)氣時(shí)間，從而保證很高的(90%以上)CO2回收率。但是由于活性炭較差的C02/N2選擇性，第一級(jí)VSA中分離的CO2純度較低(40-60%)。由吸附床中解吸下來(lái)的產(chǎn)品氣混有高于飽和蒸汽壓下濃度的水蒸氣，經(jīng)過(guò)減壓裝置后會(huì)大部分凝聚成液態(tài)水。產(chǎn)品氣流經(jīng)存儲(chǔ)罐后由于溫度的下降與會(huì)使水蒸氣進(jìn)一步凝聚成液態(tài)水。經(jīng)過(guò)兩次凝聚后，CO2的純度因?yàn)樗魵鉂舛鹊臏p小會(huì)相應(yīng)地提高，并且此時(shí)產(chǎn)品氣中只含有少量的水蒸氣。煙道氣進(jìn)入第一級(jí)吸附裝置的量有兩種選擇，一種是要保證控制體積濃度小于3%以內(nèi)的CO2穿過(guò)吸附床；另一種情況使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與進(jìn)氣中二氧化碳含量相當(dāng)，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到進(jìn)氣口與進(jìn)氣混合。不保證CO2通過(guò)第一組裝置的回收率達(dá)90% (體積百分比)以上。在第二級(jí)步驟中，以第一級(jí)VSA中濃縮的40 - 60%的CO2為進(jìn)氣，很容易被提純至濃度為95%以上。由于較大的P/F (沖洗/進(jìn)氣)比率，痕量的水蒸氣不會(huì)污染13X而被很容易解吸出來(lái)或者保證在吸附床內(nèi)很低的濃度鋒面而不上升。穿過(guò)第二級(jí)吸附床的進(jìn)氣有三種選擇，一種為控制小于3%以內(nèi)的CO2穿過(guò)吸附床；另一種情況使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與煙道中二氧化碳含量相當(dāng)，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到第一組裝置的進(jìn)氣口與煙道氣混合；第三種情況是使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與第二級(jí)進(jìn)氣中二氧化碳含量相當(dāng)，這種情況下使CO2濃度大于一定值(2-10%)后的那部分排出廢氣重新送到第二組裝置的進(jìn)氣口與進(jìn)氣混合。第一級(jí)裝置的兩種選擇與第二級(jí)選擇的兩種選擇可以根據(jù)實(shí)際需要隨意組合。本吸附裝置設(shè)計(jì)的進(jìn)氣方向?yàn)閺南峦?，這樣煙道氣就由吸附床下方流進(jìn)，而未被吸附的廢氣(主要含有氮?dú)夂退魵?由吸附床上方流走。解吸的方向?yàn)閺纳现料?這樣被解吸下來(lái)的CO2及H2O和少量N2就會(huì)由吸附床下方流出被減壓裝置并打進(jìn)產(chǎn)品罐。從吸附床上解吸下來(lái)的濃縮的二氧化碳?xì)怏w被減壓裝置打進(jìn)產(chǎn)品罐。其中，濕度傳感器被安裝在吸附床的下端入口處，監(jiān)測(cè)進(jìn)氣及被解吸氣體的濕度，本發(fā)明中煙道氣中水蒸氣的體積濃度為5-20%。不同濃度范圍內(nèi)的CO2濃度傳感器被分別安裝在進(jìn)氣口處、出氣口處和產(chǎn)品罐處，隨時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)氣、廢氣和產(chǎn)品氣中CO2的瞬時(shí)濃度。其中煙道氣中CO2所占的體積百分比為5-30%溫度傳感器、流速計(jì)和壓力傳感器分別安裝在不同的單元內(nèi)監(jiān)測(cè)不同循環(huán)條件下的氣體溫度、流速和氣體的壓力值。其中煙道氣的溫度為20-150° C，進(jìn)氣流量為50-500L/min，變壓操作的正壓范圍之內(nèi)運(yùn)行的絕對(duì)壓力值為100-300kPa，變壓操作的在負(fù)壓范圍之內(nèi)運(yùn)行的絕對(duì)壓力值為0-100kPa。通過(guò)減壓裝置獲取用來(lái)解吸的負(fù)壓。為了實(shí)現(xiàn)各種步驟的循環(huán)操作，在吸附床兩頭都各安裝了氣動(dòng)轉(zhuǎn)換閥。通過(guò)程序控制下的轉(zhuǎn)化閥的閉合可以實(shí)現(xiàn)不同操作步驟間的互相轉(zhuǎn)換。操作程序通過(guò)GEFANUC PLC操作系統(tǒng)控制，電腦顯示界面由Citect/SCADA控制。疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合。吸CO2的吸附劑主要選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、娃膠、活性氧化招、金屬有機(jī)框架類材料(M0F)、水滑石類材料(Hydrotalcite-l ikecompounds)及其組合。二氧化碳的捕集發(fā)生在煙道氣除塵、煙氣脫硫脫銷之后。本發(fā)明提供的一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)和方法，包含如下技術(shù)方案如下(I) 一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的方法，將煙道氣通過(guò)至少兩組變壓吸附裝置；每一組吸附裝置含有至少一個(gè)吸附床；第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級(jí)以后的各級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。(2)根據(jù)(I)所述的方法，在每一組變壓吸附裝置中進(jìn)行氣體吸附步驟和氣體解吸步驟；所述氣體吸附步驟為將煙道氣通過(guò)變壓吸附裝置，將二氧化碳吸附在所述變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料上，而未被吸附的廢氣流出所述吸附床；所述氣體解吸步驟為減小所述吸附床中的壓力使二氧化碳從吸附材料上解吸出來(lái)。(3)根據(jù)(I) - (2)任一項(xiàng)所述的方法，通過(guò)減壓裝置實(shí)現(xiàn)減小所述吸附床中的壓力。(4)根據(jù)(I) - (3)任一項(xiàng)所述的方法，煙道氣首先通過(guò)含有疏水吸附劑材料的第
一級(jí)裝置。(5)根據(jù)(I) - (4)任一項(xiàng)所述的方法，含高濕水蒸氣的煙道氣經(jīng)疏水材料吸附床后，大部分水蒸氣穿過(guò)吸附床被廢氣帶走，小部分水蒸氣被吸附在吸附劑表面，這部分水蒸氣在解析過(guò)程中同產(chǎn)品氣一起被解析下來(lái)；含有二氧化碳吸附劑的吸附床中吸附的少量水蒸氣也可以隨產(chǎn)品氣一起被解析下來(lái)。(6)根據(jù)(I) - (5)任一項(xiàng)所述的方法，從每級(jí)吸附裝置解吸下來(lái)的飽和水蒸氣因?yàn)榻馕龊蟮臏囟鹊陀谖酱矁?nèi)時(shí)的溫度，經(jīng)冷凝后排除。(7)根據(jù)(I)- (6)任一項(xiàng)所述的方法，不回收第一級(jí)變壓吸附裝置中產(chǎn)生的尾氣，將第一級(jí)以后的變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。(8)根據(jù)(I) - (7)任一項(xiàng)所述的方法，將各級(jí)變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。(9)根據(jù)(I)- (8)任一項(xiàng)所述的方法，所述變壓吸附裝置的進(jìn)氣方向?yàn)閺南峦希瑹煹罋庥晌酱蚕路搅鬟M(jìn)，而未被吸附的廢氣由吸附床上方流出；解吸的方向?yàn)閺纳现料?，被解吸出?lái)的氣體由吸附床下方流出。( 10)根據(jù)(I) - (9)任一項(xiàng)所述的方法，所述疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合；所述二氧化碳吸附材料選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁、金屬有機(jī)框架類材料、水滑石類材料及其組
八
口 ο( 11)根據(jù)(I) - ( 10)任一項(xiàng)所述的方法，第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為活性炭，吸附時(shí)間為10-20S，解吸時(shí)間為10-20S ;第一級(jí)以后的變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為13X沸石分子篩，吸附時(shí)間為10-20s，解吸時(shí)間為10-20s ;吸附壓力最高為150kPa，最低真空解析壓力為2kPa。(12)根據(jù)(I) - (11)任一項(xiàng)所述的方法，將煙道氣通過(guò)兩組變壓吸附裝置。(13)根據(jù)(I) - (12)任一項(xiàng)所述的方法，當(dāng)中煙道氣進(jìn)入含有疏水吸附材料第一組吸附裝置的量有兩種選擇，一種是要保證控制體積濃度小于3%以內(nèi)的二氧化碳穿過(guò)吸附床；另一種情況使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與進(jìn)氣中二氧化碳含量相當(dāng)，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到進(jìn)氣口與進(jìn)氣混合。(14)根據(jù)(I) - (13)任一項(xiàng)所述的方法，從第一組變壓吸附裝置中解吸下來(lái)的部分水蒸氣和二氧化碳經(jīng)過(guò)真空解析泵后，95%以上水蒸氣會(huì)在減壓裝置內(nèi)發(fā)生冷凝被除去，通過(guò)減壓裝置的全部二氧化碳和小于5%以下的水蒸氣又作為進(jìn)氣通過(guò)第二組吸附裝置。(15)根據(jù)(I) - (14)任一項(xiàng)所述的方法，穿過(guò)第二組吸附裝置吸附床的進(jìn)氣有三種選擇，一種為控制小于3%以內(nèi)的二氧化碳穿過(guò)吸附床；另一種情況使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與煙道中二氧化碳含量相當(dāng)，這種情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到第一組裝置的進(jìn)氣口與煙道氣混合；第三種情況是使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與第第二組進(jìn)氣中二氧化碳含量相當(dāng)，這中情況下使二氧化碳濃度大于預(yù)定值后的那部分排出廢氣重新送到第二組裝置的進(jìn)氣口與進(jìn)氣混合。(16)根據(jù)(I) - (15)任一項(xiàng)所述的方法，所述煙道氣含有占總體積5-30%的二氧化碳和5-20%的水蒸氣；所述煙道氣的溫度為20-150° C，流量為50-500L/min。(17)根據(jù)(I) - (16)任一項(xiàng)所述的方法，在氣體吸附步驟之前還包括煙道氣除塵步驟和脫硫脫硝步驟。(18)根據(jù)(I) - (17)任一項(xiàng)所述的方法，變壓操作是在正壓范圍之內(nèi)運(yùn)行，其壓力值為 100-300kPa。(19)根據(jù)(I) - (18)任一項(xiàng)所述的方法，變壓操作是在負(fù)壓范圍之內(nèi)運(yùn)行，其壓力值為0-100kPa。(20) 一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)，包括至少兩組變壓吸附裝置；每一組變壓吸附裝置含有至少一個(gè)吸附床；第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級(jí)以后的各級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。(21)根據(jù)(20)所述的系統(tǒng)，通過(guò)管道將第一級(jí)以后的變壓吸附裝置尾氣出口與煙道氣進(jìn)氣口相連，使第一級(jí)以后的變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。(22)根據(jù)(20) - (21)任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，通過(guò)管道將各級(jí)變壓吸附裝置尾氣出口與煙道氣進(jìn)氣口相連，使各級(jí)變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。(23)根據(jù)(20)- (22)任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述變壓吸附裝置的進(jìn)氣方向?yàn)閺南峦?，煙道氣由吸附床下方流進(jìn)，而未被吸附的廢氣由吸附床上方流出；解吸的方向?yàn)閺纳现料?，被解吸出?lái)的氣體由吸附床下方流出。(24)根據(jù)(20) - (23)任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合；所述二氧化碳吸附材料選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁、金屬有機(jī)框架類材料、水滑石類材料及其組合。(25)根據(jù)(20) - (24)任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，在所述吸附床的兩端都安裝了氣動(dòng)轉(zhuǎn)換閥，通過(guò)所述氣動(dòng)轉(zhuǎn)換閥的閉合實(shí)現(xiàn)不同操作步驟間的互相轉(zhuǎn)換。(26)根據(jù)(20)- (25)任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括減壓裝置，所述減壓裝置與吸附床相連，用于減小吸附床中的氣壓。(27)根據(jù)(20)- (26)任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括溫度傳感器、流速計(jì)和壓力傳感器分別安裝在不同的單元內(nèi)檢測(cè)不同循環(huán)條件下的氣體溫度、流速和壓力值。(28)根據(jù)(I) - (27)任一項(xiàng)所述的方法或系統(tǒng)，CO2體積濃度的上限范圍(C±)為15-30%, CO2體積濃度的下限范圍(C±)為5-15%。(29)根據(jù)(I) - (28)任一項(xiàng)所述的方法或系統(tǒng)，水蒸氣的體積濃度的上限范圍(W上)為10-20%，水蒸氣的體積濃度的下限范圍(Wt)為5-10%。(30)根據(jù)(I)- (29)任一項(xiàng)所述的方法或系統(tǒng)，煙道氣的進(jìn)氣流速的上限范圍(L上)為300-500L/min，煙道氣的進(jìn)氣流速的下限范圍(L下)為50_200L/min。(31)根據(jù)(I) - (30)任一項(xiàng)所述的方法或系統(tǒng)，吸附壓力上限范圍(Ph_±)為200-300kPa，解吸壓力的下限范圍(Ph_下)為100_160kPa。(32)根據(jù)(I)- (31)任一項(xiàng)所述的方法或系統(tǒng)，解吸壓力上限范圍(Pl-上)為8-15kPa，解吸壓力的下限范圍(PL_T)為0-5kPa。
在具體實(shí)施過(guò)程中，煙道氣中的CO2體積濃度有一個(gè)上限范圍即作C±和下限范圍即作Cp CO2體積濃度的上限范圍((:±)為15-30%，在這個(gè)范圍內(nèi)(:±可以低于25%，理想值為22% ;C±甚至可以低于22%，理想值為18%。CO2體積濃度的下限范圍((:±)為5_15%，在這個(gè)范圍內(nèi)C了可以高于6%，理想值為8% ;C±甚至可以高于10%，理想值為12%。煙道氣中飽和水蒸氣的體積濃度有一個(gè)上限范圍即作W±和一個(gè)下限范圍即作Wτ。水蒸氣的體積濃度的上限范圍(W±)為10-20%，在這個(gè)范圍內(nèi)胃±可以低于18%，理想值為15% ;W±甚至可以低于14%，理想值為12%。水蒸氣的體積濃度的下限范圍(W了)為5-10%，在這個(gè)范圍內(nèi)^^可以高于6%，理想值為7% ;WT甚至可以高于8%，理想值為9%。煙道氣進(jìn)氣流速有一個(gè)上限范圍即作L±和一個(gè)下限范圍即作LT。煙道氣的進(jìn)氣流速的上限范圍(L±)為300-500L/min，在這個(gè)范圍內(nèi)1^可以低于450L/min，理想值為400L/min ;L±甚至可以低于350L/min，理想值為300L/min。煙道氣的進(jìn)氣流速的下限范圍(L下)為50-200L/min，在這個(gè)范圍內(nèi)L下可以高于60L/min，理想值為80L/min ;L下甚至可以高于100L/min，理想值為150L/min。吸附過(guò)程的吸附壓力Ph有一個(gè)上限范圍即作Ph_±和一個(gè)下限范圍即作Ph_T。吸附壓力上限范圍(Ph-±)為200-300kPa，在這個(gè)范圍內(nèi)Ph-上可以低于280kPa，理想值為260kPa ；Ph-上甚至可以低于240kPa，理想值為220kPa。解吸壓力的下限范圍(Ph_T)為100_160kPa，在這個(gè)范圍內(nèi)Ph-了可以高于IlOkPa,理想值為120kPa ;Ph_T甚至可以高于130kPa，理想值為HOkPa0解吸過(guò)程的解吸壓力有一個(gè)上限范圍即作和一個(gè)下限范圍即作IVt。解吸壓力上限范圍(Pl-上)為8-15kPa，在這個(gè)范圍內(nèi)PL_上可以低于13kPa，理想值為12kPa ;Ph-上甚至可以低于lOkPa，理想值為9kPa。解吸壓力的下限范圍(P^t)為0_5kPa，在這個(gè)范圍內(nèi)Pl-下可以高于0.5kPa，理想值為IkPa ;PL_下甚至可以高于2kPa，理想值為3kPa。在真空變壓吸附具體實(shí)施過(guò)程中每個(gè)因素值可以選擇上限值和下限值，并且可以在上限值和下限值之間任意選擇。如煙道氣中C02的體積濃度可以在(:±和Ct之間任意選擇；煙道氣中水蒸氣的濃度可以在WJ^PWt之間任意選擇；煙道氣進(jìn)氣流速可以在1^和Lτ之間任意選擇；進(jìn)氣的吸附壓力可以在Ph-J5PPh-τ之間任意選擇；解吸過(guò)程中的解吸壓力可以在Pt〒之間任意選擇。

表I包含了使用的本發(fā)明涉及到的上面五個(gè)參數(shù)的一些具體組合方式。表I
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的方法，其特征在于:將煙道氣通過(guò)至少兩組變壓吸附裝置；每一組吸附裝置含有至少一個(gè)吸附床；第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級(jí)以后的各級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:在每一組變壓吸附裝置中進(jìn)行氣體吸附步驟和氣體解吸步驟；所述氣體吸附步驟為將煙道氣通過(guò)變壓吸附裝置，將二氧化碳吸附在所述變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料上，而未被吸附的廢氣流出所述吸附床；所述氣體解吸步驟為減小所述吸附床中的壓力使二氧化碳從吸附材料上解吸出來(lái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:通過(guò)減壓裝置實(shí)現(xiàn)減小所述吸附床中的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:煙道氣首先通過(guò)含有疏水吸附劑材料的第一級(jí)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:含高濕水蒸氣的煙道氣經(jīng)疏水材料吸附床后，大部分水蒸氣穿過(guò)吸附床被廢氣帶走，小部分水蒸氣被吸附在吸附劑表面，這部分水蒸氣在解析過(guò)程中同產(chǎn)品氣一起被解析下來(lái)；含有二氧化碳吸附劑的吸附床中吸附的少量水蒸氣也可以隨產(chǎn)品氣一起被解析下來(lái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:從每級(jí)吸附裝置解吸下來(lái)的飽和水蒸氣因?yàn)榻馕龊蟮臏囟鹊陀谖酱矁?nèi)時(shí)的溫度，經(jīng)冷凝后排除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:不回收第一級(jí)變壓吸附裝置中產(chǎn)生的尾氣，將第一級(jí)以后的變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:將各級(jí)變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述變壓吸附裝置的進(jìn)氣方向?yàn)閺南峦希瑹煹罋庥晌酱蚕路搅鬟M(jìn)，而未被吸附的廢氣由吸附床上方流出；解吸的方向?yàn)閺纳现料?，被解吸出?lái)的氣體由吸附床下方流出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合；所述二氧化碳吸附材料選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁、金屬有機(jī)框架類材料、水滑石類材料及其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為活性炭，吸附時(shí)間為10-20S，解吸時(shí)間為10-20S ;第一級(jí)以后的變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為13X沸石分子篩，吸附時(shí)間為10-20s，解吸時(shí)間為10-20s ;吸附壓力最高為150kPa，最低真空解析壓力為2kPa。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:將煙道氣通過(guò)兩組變壓吸附裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于:當(dāng)中煙道氣進(jìn)入含有疏水吸附材料第一組吸附裝置的量有兩 種選擇，一種是要保證控制體積濃度小于3%以內(nèi)的二氧化碳穿過(guò)吸附床；另一種情況使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與進(jìn)氣中二氧化碳含量相當(dāng)，這中情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到進(jìn)氣口與進(jìn)氣混合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于:從第一組變壓吸附裝置中解吸下來(lái)的部分水蒸氣和二氧化碳經(jīng)過(guò)真空解析泵后，95%以上水蒸氣會(huì)在減壓裝置內(nèi)發(fā)生冷凝被除去，通過(guò)減壓裝置的全部二氧化碳和小于5%以下的水蒸氣又作為進(jìn)氣通過(guò)第二組吸附裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:穿過(guò)第二組吸附裝置吸附床的進(jìn)氣有三種選擇，一種為控制小于3%以內(nèi)的二氧化碳穿過(guò)吸附床；另一種情況使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與煙道中二氧化碳含量相當(dāng)，這種情況下使大于3%以后的那部分排出廢氣重新送到第一組裝置的進(jìn)氣口與煙道氣混合；第三種情況是使穿過(guò)吸附床的二氧化碳最高含量與第第二組進(jìn)氣中二氧化碳含量相當(dāng)，這中情況下使二氧化碳濃度大于預(yù)定值后的那部分排出廢氣重新送到第二組裝置的進(jìn)氣口與進(jìn)氣混合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所 述的方法，其特征在于:所述煙道氣含有占總體積5-30%的二氧化碳和5-20%的水蒸氣；所述煙道氣的溫度為20-150° C，流量為50-500L/min ο
17.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:在氣體吸附步驟之前還包括煙道氣除塵步驟和脫硫脫硝步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:變壓操作是在正壓范圍之內(nèi)運(yùn)行，其壓力值為100-300kPa。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:變壓操作是在負(fù)壓范圍之內(nèi)運(yùn)行，其壓力值為0-100kPa。
20.一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)，其特征在于:包括至少兩組變壓吸附裝置；每一組變壓吸附裝置含有至少一個(gè)吸附床；第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級(jí)以后的各級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于:通過(guò)管道將第一級(jí)以后的變壓吸附裝置尾氣出口與煙道氣進(jìn)氣口相連，使第一級(jí)以后的變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于:通過(guò)管道將各級(jí)變壓吸附裝置尾氣出口與煙道氣進(jìn)氣口相連，使各級(jí)變壓吸附裝置產(chǎn)生的尾氣送回進(jìn)氣口，與煙道氣混合。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述變壓吸附裝置的進(jìn)氣方向?yàn)閺南峦?，煙道氣由吸附床下方流進(jìn)，而未被吸附的廢氣由吸附床上方流出；解吸的方向?yàn)閺纳现料拢唤馕鰜?lái)的氣體由吸附床下方流出。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述疏水性吸附材料選自活性炭、活性炭分子篩、活性炭纖維及其組合；所述二氧化碳吸附材料選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁、金屬有機(jī)框架類材料、水滑石類材料及其組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求20-24任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于:在所述吸附床的兩端都安裝了氣動(dòng)轉(zhuǎn)換閥，通過(guò)所述氣動(dòng)轉(zhuǎn)換閥的閉合實(shí)現(xiàn)不同操作步驟間的互相轉(zhuǎn)換。
26.根據(jù)權(quán)利要求20-24任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于:還包括減壓裝置，所述減壓裝置與吸附床相連，用于減小吸附床中的氣壓。
27.根據(jù)權(quán)利要求20-24任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于:還包括溫度傳感器、流速計(jì)和壓力傳感器分別安裝在不同的單元內(nèi)檢測(cè)不同循環(huán)條件下的氣體溫度、流速和壓力值?！?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級(jí)捕集煙道氣中二氧化碳的系統(tǒng)和方法，其中系統(tǒng)包括至少兩組變壓吸附裝置；每一組變壓吸附裝置含有至少一個(gè)吸附床；第一級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為疏水性吸附材料；第一級(jí)以后的各級(jí)變壓吸附裝置的吸附床的吸附材料為二氧化碳吸附材料；而方法為將煙道氣通過(guò)上述系統(tǒng)。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的循環(huán)步驟設(shè)計(jì)了多級(jí)VSA工藝。在第一級(jí)步驟中，采用疏水性吸附劑材料，可以使12%的CO2濃縮至濃度至40–60%，并且保證高于90%的CO2回收率。第一級(jí)操作結(jié)束后，大部分水蒸氣直接穿透吸附床而被排除。在第一級(jí)以后的各級(jí)操作中，采用13X作為吸附劑，可以使40–60%的CO2很容易被提純至濃度為95%以上。
文檔編號(hào)B01D53/047GK103071364SQ20121057307
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者徐冬, 郭樺, 彭妮·肖, 保羅·韋伯利, 翟玉春 申請(qǐng)人:國(guó)電新能源技術(shù)研究院