[發明專利]一種捕集煙道氣中二氧化碳系統和方法

有效

• 申請號: 201210572964.4
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103055659A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 徐冬;郭樺;張軍;保羅·韋伯利;翟玉春
• 申請（專利權）人: 國電新能源技術研究院
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;B01D53/26;C01B31/20
• 代理公司: 北京市大成律師事務所 11352
• 代理人: 陳福

技術領域

本發明涉及一種捕集煙道氣中二氧化碳的系統和方法，尤其涉及一種利用多層真空變壓吸附技術捕集煙道氣中的高濕二氧化碳的系統和方法。?

背景技術

變壓吸附分離提純CO₂的技術可以從多種含CO₂的氣源中捕獲提純CO₂，滿足CO₂的多種工業用途。具有能耗低、吸附劑使用周期長、工藝流程簡單、自動化程度高、環境效益好、無污染產生等優點。?

關于利用真空變壓吸附捕集CO₂技術中吸附劑的選擇，目前最常用也是最具有優勢的吸附劑是13X沸石分子篩。不過目前的大多數研究幾乎都集中在假設工業廢氣為干燥氣體的前提下。?

但是真正的煙道氣中含有10%左右的飽和水蒸氣、微量硫化物、氮化物以及顆粒物等雜質。?

然而，當13X吸附床通過含有高濕煙道氣時(>5%H₂O)，13X的的吸附能力會大大降低。?

傳統的方法是利用干燥設備在廢氣通過吸附床之前除去煙道氣中的飽和水蒸氣，而高濕的水蒸氣處理量很大，干燥劑的及時活化和更新也是問題，這也會大大增加捕集CO₂的成本。?

中國專利申請號200680033169.0的發明專利申請公布說明書公開了，一種純化二氧化碳的方法，該方法包括：使要進行處理的低純度氣流通過至少一個吸附床，所述吸附床含有至少兩層選自以下的吸附層：干燥劑、沸石或其離子交換形式的沸石、和活性碳。但該方法只包括了氣體吸附步驟，而且該氣體吸附步驟吸附的是其它雜質氣體而不是二氧化碳。?

目前，大多數關于多層變壓吸附去除水蒸氣的研究也僅限于空氣提純系統中微量級（ppm?level）飽和水蒸氣含量的研究，而在本發明中，使用的煙道氣中水蒸氣的含量在520%之間。發明內容?

本發明要解決的技術問題是利用多層變壓吸附的原理，在同一個吸附床內先用強親水性并易解吸的吸附劑截留住煙道氣中的水蒸氣，保護主CO₂吸附層。CO₂吸附層選用對于CO₂具有最高吸附選擇性的吸附劑。最終達到僅用一套吸附裝置同時分離水蒸氣和CO₂，最終實現高濃度捕集CO₂的方法。?

本發明包括下列步驟：?

（1）吸附裝置設計的進氣方向為從下往上，煙道氣就由吸附床下方流進，而未被吸附的?廢氣（主要含有氮氣）由吸附床上方流出。?

（2）解吸的方向為從上至下，被解吸下來的CO₂及H₂O和少量N₂由吸附床下方流出。?

（3）從吸附床上解析下來的濃縮的二氧化碳氣體被減壓裝置打進產品罐。?

其中，濕度傳感器被安裝在吸附床的下端入口處，監測進氣及被解吸氣體的濕度，本發明中煙道氣中水蒸氣的體積濃度為5-20%。?

不同濃度范圍內的CO₂濃度傳感器被分別安裝在進氣口處、出氣口處和產品罐處，隨時監測進氣、廢氣和產品氣中CO₂的瞬時濃度。其中煙道氣中CO₂所占的體積百分比為5-30%?

溫度傳感器、流速計和壓力傳感器分別安裝在不同的單元內監測不同循環條件下的氣體溫度、流速和氣體的壓力值。其中煙道氣的溫度為20-150°C，進氣流量為50-500L/min，變壓操作的正壓范圍之內運行的絕對壓力值為100-300kPa，變壓操作的在負壓范圍之內運行的絕對壓力值為1-100kPa。?

通過減壓裝置獲取用來解吸的負壓。?

為了實現各種步驟的循環操作，在吸附床兩頭都各安裝了氣動轉換閥。通過程序控制下的轉化閥的閉合可以實現不同操作步驟間的互相轉換。?

操作程序通過GEFANUC?PLC操作系統控制，電腦顯示界面由Citect/SCADA控制。?

本發明中的吸水材料選自活性氧化鋁，活性氧化硅鋁材料、硅膠及其組合。?

本發明中其吸CO₂的吸附材料選自選自13X沸石分子篩、LiX沸石分子篩、CaX沸石分子篩、活性炭、金屬有機框架類材料（MOF）、水滑石類材料（Hydrotalcite-like?compounds）及其組合。?