一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统的制作方法
专利名称:一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，属于二氧化碳捕集技术领域；该系统包括空压机、烟气分析仪、二氧化碳收集罐、吸脱附装置、第一阀门组、第二阀门组、两个压力表、三个流量计和三个温度表；本实用新型采用可循环利用且经济可靠的沸石13X作为吸附剂，并且在利用低品位热能的同时，同步进行二氧化碳吸脱附过程，提高了换热效率，实现了余热利用与二氧化碳捕集双效节能的效果；以烟气中的低品位热能作为能量来源，结合物理变温实现循环吸脱附，提高了效率，节约了系统运行时间，降低了约六成系统能耗，降低了火电厂的烟气造成的环境污染，并且三步吸附后二氧化碳的捕集浓度可以达到百分之九十。
【专利说明】
一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统
技术领域
[0001]本实用新型属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统。
【背景技术】
[0002]近年来，CO2排放量呈增长趋势，且排放量巨大，其中2014年全球的CO2排放量为323亿吨；为了应对由温室气体导致的全球变暖的问题，CO2捕集技术不断发展;CO2的捕集技术主要有物理吸附法、化学吸收法、膜分离技术和低温分离技术;其中物理吸附法是利用气体与吸附剂表面活性点之间的引力在填充流化床内实现的，具有设备简单、无腐蚀、压力范围广、能耗和环境污染低、吸附剂可循环利用的特点，相比起其他吸附方式更符合节能减排的思想，并且在技术领域也更利于实现；目前CO2的物理捕集方法主要有变压吸附法、变温吸附法、变电吸附法以及变温压耦合吸附法等。
[0003]在物理吸附法中，变温吸附法是利用气体组分在固体材料上吸附性能的差异以及吸附容量在不同温度下的变化实现的，具有工艺流程简单，吸附剂解吸的能力较强等优点，在工程中得到了广泛的应用;通常，在低温条件下，吸脱附床对CO2进行吸附；吸附饱和后，对吸附柱进行加热，使其达到0)2脱附的条件下，完成脱附过程，从而使吸附剂得到再生;脱附完全后，经冷却操作，再在低温下吸附C02，以此循环；目前，以变温吸附法为设计依据设计的吸脱附装置，主要是由两台吸附塔、再生加热器、再生冷却器和再生水分离器组成；其中一塔吸附，另一塔再生，合成气从吸附塔底由下至上通过吸附剂，微量的水及CO2被依次吸附；以天然气经蒸汽转化后的粗合成气为例，主要气体成分为:氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷;经过甲基二乙醇胺溶剂脱除了绝大部分的二氧化碳，再经过冷干机冷却分液后进入TSA吸附塔进行净化;进吸附塔中的合成气中还含有饱和的水蒸汽以及约20mg/kg的二氧化碳等杂质，这部分杂质在后续冷箱进行深冷分离过程中会冻结析出，造成冷箱设备和管道堵塞，致使装置无法正常生产，所以在合成气进入冷箱之前必需要把这些物质除去。吸附塔再生的气体来自冷箱，该气体主要为甲烷、氢气及少量氮气。再生后的气体送至蒸汽转化系统作为转化炉的主要燃料。
[0004]但是在变温吸附过程中，由于吸附剂的比热容较大，在不断加热和冷却吸附柱的过程中能耗很大，吸附床加热和冷却的时间也较长，这成为限制变温吸附发展的主要的因素，也成为学者们致力解决的问题;且选用化学吸附剂会带来一定的环境污染，不利于循环经济的发展;近年来提出的变电吸附法是对传统的变温吸附法的一种改进，其原理是对具有导电性的吸附剂进行通电加热，使吸附剂的升温速率加快，在高温条件下解吸的过程，具有加热速度快、能耗较低、便于自动控制的优点，但是由于附加的电能也要消耗相当一部分能量，所以在这个过程中仍然存在能源的消耗和资源的浪费的问题;与此同时，热电厂生产中产生大量的低温(100-200 °C)的烟气，这部分低位热能含量巨大，但是在实际生产中很难直接再利用，往往直接排放到环境中，不仅造成环境的热污染，而且浪费能源。
[0005]目前现有的二氧化碳变温吸脱附系统大多采用热栗的方式，然而单独使用第一类或第二类吸收式热栗无法提供与现有的高温热电联供系统相结合的高温供热水，能量消耗过高，浪费资源，并且吸附材料不能循坏利用，吸脱附过程不能匹配控制，吸脱附效率比较低，设备运行时间长，成本比较高。
【实用新型内容】
[0006]针对现有技术的不足，本实用新型提出一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，以达到降低能量消耗、实现吸附材料循环利用、提高吸脱附效率和降低环境污染的目的。
[0007]一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，该系统包括空压机、烟气分析仪、二氧化碳收集罐、吸脱附装置、第一阀门组、第二阀门组、两个压力表、三个流量计和三个温度表；
[0008]所述空压机和火电厂的烟气排气管道分别通过管道与第一阀门组相连接，第一阀门组通过管道与吸脱附装置的入口相连接;吸脱附装置的出口通过管道与第二阀门组相连接，第二阀门组通过管道分别与二氧化碳收集罐和烟气分析仪相连接;将烟气分析仪的出口设置为气体排放通道;第一压力表、第一流量计和第一温度表安装在火电厂的烟气排气管道的出口处，第二压力表、第二流量计和第二温度表安装在空压机的排气出口处，第三流量计安装在二氧化碳收集罐的入口处，第三温度表安装在烟气分析仪的入口处；
[0009]所述吸脱附装置包括第一吸脱附装置、第二吸脱附装置、第三阀门组和第四阀门组;所述第一吸脱附装置和第二吸脱附装置均包括内管、翅片、吸附剂和外管;所述内管设置在外管的管道中，内管的外壁上缠绕设置有翅片，内管的内部由吸附剂填充满;所述内管和外管均设置有入口和出口；所述第一吸脱附装置的外管出口和第二吸脱附装置的外管出口分别通过管道连接第三阀门组，第三阀门组通过管道分别连接气体排放通道和第四阀门组，第四阀门组通过管道分别连接第一吸脱附装置的内管入口和第二吸脱附装置的内管入口；将第一吸脱附装置的外管入口和第二吸脱附装置的外管入口设置为吸脱附装置的入口，将第一吸脱附装置的内管出口和第二吸脱附装置的内管出口设置为吸脱附装置的出
□ O
[0010]所述的吸附剂采用沸石13X分子筛。
[0011 ]所述的翅片采用高频绕片式翅片。
[0012]所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的阀门的个数大于等于连接该阀门组的管道的个数。
[0013]所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的每个阀门相互独立。
[0014]本实用新型的优点:
[0015]本实用新型提出一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，采用可循环利用且经济可靠的沸石13X作为吸附剂，并且可以在利用低品位热能的同时，同步进行二氧化碳吸脱附过程，提高了换热效率，实现了余热利用与二氧化碳捕集双效节能的效果;本实用新型以烟气中的低品位热能作为能量来源，结合物理变温吸附实现循环吸脱附，提高了吸脱附的效率，节约了系统运行时间，降低了约六成系统能耗，降低了火电厂的烟气造成的环境污染，并且二氧化碳的捕集浓度可以达到百分之九十。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一种实施例的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型一种实施例的第一吸脱附装置的结构示意图；
[0018]其中，I为烟气排气管道，2为第一压力表，3为第一温度表，4为第一流量计，5为第一阀门组，6为第一阀门，7为第二阀门，8为第三阀门，9为第四阀门，10为第二阀门组，11为第五阀门，12为第六阀门，13为第七阀门，14为第八阀门，15为第一吸脱附装置，16为第一外管入口，17为第一外管出口，18为第一内管入口，19为第一内管出口，20为第二吸脱附装置，21为第二外管入口，22为第二外管出口，23为第二内管入口，24为第二内管出口，25为第三阀门组，26为第九阀门，27为第十阀门，28为第十一阀门，29为第十二阀门，30为第四阀门组，31为第十三阀门，32为第十四阀门，33为第二流量计，34为二氧化碳收集罐，35为烟气分析仪，36为空压机，37为第二压力表，38为第二温度表，39为第三流量计，40为第三温度表，41为翘片，42为外管，43为内管，44为气体排放通道。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
[0020]本实施例中，一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，系统结构示意图如图1所示，该系统包括空压机36、烟气分析仪35、二氧化碳收集罐34、吸脱附装置、第一阀门组5、第二阀门组10、第一压力表2、第二压力表37、第一流量计4、第二流量计33、第三流量计39、第一温度表3、第二温度表38和第三温度表40;
[0021]本实施例中，第一阀门组5包含四个独立阀门，分别为:第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8和第四阀门9，任意两个阀门能够相互连通;第二阀门组10包含四个独立阀门，分别为:第五阀门11、第六阀门12、第七阀门13和第八阀门14，任意两个阀门能够相互连通；
[0022]本实施例中，如图1和图2所示，所述的吸脱附装置包括第一吸脱附装置15、第二吸脱附装置20、第三阀门组25和第四阀门组30;所述第一吸脱附装置15和第二吸脱附装置20均包括内管43、外管42、翅片41和吸附剂;其中，
[0023]第三阀门组25包含4个独立阀门，分别为:第九阀门26、第十阀门27、第十一阀门28和第十二阀门29，任意两个阀门能够相互连通;第四阀门组包含两个独立阀门，分别为:第十三阀门31和第十四阀门32，任意两个阀门能够相互连通；
[0024]所述内管43设置在外管的管道中，内管43的外壁上均匀缠绕焊接有翅片41，内管43的内部由吸附剂填充满;所述内管43和外管42均设置有入口和出口；所述第一吸脱附装置15的第一外管出口 17通过管道连接第三阀门组25的第九阀门26，第二吸脱附装置20的第二外管出口 22通过管道连接第三阀门组25的第十阀门27，第三阀门组25的第^^一阀门28通过管道连接第四阀门组30的入口，第三阀门组25的第十二阀门29通过管道连接气体排放通道44;第四阀门组30的第十三阀门31通过管道连接第一吸脱附装置15的第一内管入口 18，第十四阀门32通过管道连接第二吸脱附装置20的第二内管入口 23;将第一吸脱附装置15的第一外管入口 16和第二吸脱附装置20的第二外管入口 21设置为吸脱附装置的入口，将第一吸脱附装置15的第一内管出口 19和第二吸脱附装置20的第二内管出口 24设置为吸脱附装置的出口；
[0025]本实施例中，内管43外壁的翅片41采用翅高为12.5mm的高频绕片式不锈钢翅片，也可以直接采用高频绕片式不锈钢翅片管，相较于单一吸附柱可增大换热面积；内管规格为内径32mm，外径36.4mm，壁厚2.2mm;外管米用内径70mm，夕卜径80mm的普通招管，壁厚5mm;第一内管入口 18、第一内管出口 19、第二内管入口 23、第二内管出口 24、第一外管入口 16、第一外管出口 17、第二外管入口 21和第二外管出口 22均采用内径15mm，外径21.3mm，壁厚2.75_的4分管;吸附剂采用沸石13X分子筛；
[0026]本实施例中，如图1所示，所述火电厂的烟气排气管道I通过管道与第一阀门组5的第一阀门6相连接，空压机36的排气出口通过管道与第一阀门组5的第二阀门7相连接，第一阀门组5的第三阀门8通过管道与第一吸脱附装置15的第一外管入口 16相连接，第一阀门组5的第四阀门9通过管道与第二吸脱附装置20的第二外管入口 21相连接，第一吸脱附装置15的第一内管出口 19通过管道与第二阀门组10的第五阀门11相连接，第二吸脱附装置20的第二内管出口 24通过管道与第二阀门组10的第六阀门12相连接，第二阀门组10的第七阀门13通过管道与二氧化碳收集罐34相连接，第二阀门组10的第八阀门14通过管道与烟气分析仪35相连接，将烟气分析仪35的出口设置为气体排放通道44;所述的第一压力表2、第一流量计4和第一温度表3的测量探头分别通过三通阀安装在火电厂的烟气排气管道I出口的内壁上，显示屏固定在外壁上;第二压力表37、第二流量计33和第二温度表38的测量探头分别通过三通阀安装在空压机的排气出口内壁上，显示屏固定在外壁上；第三流量计39的测量探头分别通过三通阀安装在二氧化碳收集罐34的入口的内壁上，显示屏固定在外壁上;第三温度表40的测量探头通过三通阀安装在烟气分析仪35的入口的内壁上，显示屏固定在外壁上；
[0027]本实施例中，每个温度表均采用计量程为O?300°C的温度计;每个流量计均采用计量程为O?20L/min的流量计;每个压力表均采用量程为0.6MPa的压力表；
[0028]本实施例中，采用所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统进行的吸脱附方法为:首先设定二氧化碳含量阈值为15%，将第一阀门组5的第一阀门6和第四阀门9连接，使烟气排气管道I与第二外管入口21连通，并将第二阀门7和第三阀门8连接，使空压机36与第一外管入口 16连通，将第二阀门组10的第五阀门11和第八阀门14连接，使第一内管出口 19与烟气分析仪35连通，并将第六阀门12和第七阀门13连接，使第二内管出口 24与二氧化碳收集罐34连通，将第三阀门组25的第九阀门26和第十二阀门29连接，使第一外管出口 17与气体排放通道连通，将第十阀门27和第^^一阀门28连接，并将第四阀门组30的入口与第十三阀门31连接，使第二外管出口 22与第一内管入口 18连通;将火电厂从烟气排气管道I中排放的100°C?200°C的烟气通过第二吸脱附装置20的外管42进入到第一吸脱附装置15的内管43中，采用沸石13X分子筛进行二氧化碳吸附，吸附后的烟气进入烟气分析仪35中，判断烟气分析仪35中烟气的二氧化碳含量是否小于15%，若是，继续采用第一吸脱附装置15进行二氧化碳吸附，否则，设定第一吸脱附装置进行二氧化碳脱附，并设定第二吸脱附装置进行二氧化碳吸附，将第一阀门组5的第一阀门6和第三阀门8连接，使烟气排气管道I与第一外管入口 16连通，并将第二阀门7和第四阀门9连接，使空压机36与第二外管入口 23连通，将第二阀门组10的第五阀门11和第七阀门13连接，使第一内管出口 19与二氧化碳收集罐34连通，并将第六阀门12和第八阀门14连接，使第二内管出口 24与烟气分析仪35连通，将第三阀门组25的第九阀门26和第十一阀门28连接，使第二外管出口 22与气体排放通道连通，将第十阀门27和第十二阀门29连接，并将第四阀门组30的入口与第十四阀门32连接，使第一外管出口 17与第二内管入口 23连通;采用第一压力表2检测烟气排气管道I中烟气的压力并显示，采用第一流量计4检测烟气排气管道I中烟气的流量并显示，采用第一温度表3检测烟气排气管道I中的烟气温度并显示，采用第二压力表37检测空压机36吹出空气的压力并显示，采用第二流量计33检测空压机36吹出空气的流量并显示，采用第二温度表38检测空压机36吹出空气的温度并显示;火电厂从烟气排气管道I中排放的100°C?200°C的烟气进入第一吸脱附装置15的外管42中，对内管43进行加热，内管43中的二氧化碳进行脱附，脱附后的二氧化碳进入二氧化碳收集罐34中进行收集，并采用第三流量计39检测脱附后的二氧化碳的流量并显示，空压机36吹出的空气冷风进入第二吸脱附装置20的外管42中，对内管43进行降温，完成换热的空气从气体排放通道44中排入大气中，第一吸脱附装置15的外管42中完成换热的烟气进入第二吸脱附装置20的内管43中进行二氧化碳吸附，吸附后的烟气进入烟气分析仪35中进行分析，并采用第三温度表40检测吸附后的烟气的温度并显示，判断烟气分析仪35中的烟气的二氧化碳含量是否大于等于15%，若是，则二氧化碳吸脱附过程完成，将烟气进行排放，通过每个阀门组将系统的各个装置进行重新连通，使第一吸脱附装置进行二氧化碳吸附，第二吸脱附装置进行二氧化碳脱附，否则，继续进行二氧化碳吸脱附。
【主权项】
1.一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:该系统包括空压机、烟气分析仪、二氧化碳收集罐、吸脱附装置、第一阀门组、第二阀门组、两个压力表、三个流量计和三个温度表； 所述空压机和火电厂的烟气排气管道分别通过管道与第一阀门组相连接，第一阀门组通过管道与吸脱附装置的入口相连接;吸脱附装置的出口通过管道与第二阀门组相连接，第二阀门组通过管道分别与二氧化碳收集罐和烟气分析仪相连接;将烟气分析仪的出口设置为气体排放通道;第一压力表、第一流量计和第一温度表安装在火电厂的烟气排气管道的出口处，第二压力表、第二流量计和第二温度表安装在空压机的排气出口处，第三流量计安装在二氧化碳收集罐的入口处，第三温度表安装在烟气分析仪的入口处； 所述吸脱附装置包括第一吸脱附装置、第二吸脱附装置、第三阀门组和第四阀门组;所述第一吸脱附装置和第二吸脱附装置均包括内管、翅片、吸附剂和外管;所述内管设置在外管的管道中，内管的外壁上缠绕设置有翅片，内管的内部由吸附剂填充满;所述内管和外管均设置有入口和出口；所述第一吸脱附装置的外管出口和第二吸脱附装置的外管出口分别通过管道连接第三阀门组，第三阀门组通过管道分别连接气体排放通道和第四阀门组，第四阀门组通过管道分别连接第一吸脱附装置的内管入口和第二吸脱附装置的内管入口；将第一吸脱附装置的外管入口和第二吸脱附装置的外管入口设置为吸脱附装置的入口，将第一吸脱附装置的内管出口和第二吸脱附装置的内管出口设置为吸脱附装置的出口。2.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的吸附剂采用沸石13X分子筛。3.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的翅片采用高频绕片式翅片。4.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的阀门的个数大于等于连接该阀门组的管道的个数。5.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的每个阀门相互独立。
【文档编号】B01D53/04GK205700031SQ201620355554
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】杜涛, 王昊, 欧阳硕, 于洋
【申请人】东北大学
【专利摘要】本实用新型一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，属于二氧化碳捕集技术领域；该系统包括空压机、烟气分析仪、二氧化碳收集罐、吸脱附装置、第一阀门组、第二阀门组、两个压力表、三个流量计和三个温度表；本实用新型采用可循环利用且经济可靠的沸石13X作为吸附剂，并且在利用低品位热能的同时，同步进行二氧化碳吸脱附过程，提高了换热效率，实现了余热利用与二氧化碳捕集双效节能的效果；以烟气中的低品位热能作为能量来源，结合物理变温实现循环吸脱附，提高了效率，节约了系统运行时间，降低了约六成系统能耗，降低了火电厂的烟气造成的环境污染，并且三步吸附后二氧化碳的捕集浓度可以达到百分之九十。
【专利说明】
一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统
技术领域
[0001]本实用新型属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统。
【背景技术】
[0002]近年来，CO2排放量呈增长趋势，且排放量巨大，其中2014年全球的CO2排放量为323亿吨；为了应对由温室气体导致的全球变暖的问题，CO2捕集技术不断发展;CO2的捕集技术主要有物理吸附法、化学吸收法、膜分离技术和低温分离技术;其中物理吸附法是利用气体与吸附剂表面活性点之间的引力在填充流化床内实现的，具有设备简单、无腐蚀、压力范围广、能耗和环境污染低、吸附剂可循环利用的特点，相比起其他吸附方式更符合节能减排的思想，并且在技术领域也更利于实现；目前CO2的物理捕集方法主要有变压吸附法、变温吸附法、变电吸附法以及变温压耦合吸附法等。
[0003]在物理吸附法中，变温吸附法是利用气体组分在固体材料上吸附性能的差异以及吸附容量在不同温度下的变化实现的，具有工艺流程简单，吸附剂解吸的能力较强等优点，在工程中得到了广泛的应用;通常，在低温条件下，吸脱附床对CO2进行吸附；吸附饱和后，对吸附柱进行加热，使其达到0)2脱附的条件下，完成脱附过程，从而使吸附剂得到再生;脱附完全后，经冷却操作，再在低温下吸附C02，以此循环；目前，以变温吸附法为设计依据设计的吸脱附装置，主要是由两台吸附塔、再生加热器、再生冷却器和再生水分离器组成；其中一塔吸附，另一塔再生，合成气从吸附塔底由下至上通过吸附剂，微量的水及CO2被依次吸附；以天然气经蒸汽转化后的粗合成气为例，主要气体成分为:氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷;经过甲基二乙醇胺溶剂脱除了绝大部分的二氧化碳，再经过冷干机冷却分液后进入TSA吸附塔进行净化;进吸附塔中的合成气中还含有饱和的水蒸汽以及约20mg/kg的二氧化碳等杂质，这部分杂质在后续冷箱进行深冷分离过程中会冻结析出，造成冷箱设备和管道堵塞，致使装置无法正常生产，所以在合成气进入冷箱之前必需要把这些物质除去。吸附塔再生的气体来自冷箱，该气体主要为甲烷、氢气及少量氮气。再生后的气体送至蒸汽转化系统作为转化炉的主要燃料。
[0004]但是在变温吸附过程中，由于吸附剂的比热容较大，在不断加热和冷却吸附柱的过程中能耗很大，吸附床加热和冷却的时间也较长，这成为限制变温吸附发展的主要的因素，也成为学者们致力解决的问题;且选用化学吸附剂会带来一定的环境污染，不利于循环经济的发展;近年来提出的变电吸附法是对传统的变温吸附法的一种改进，其原理是对具有导电性的吸附剂进行通电加热，使吸附剂的升温速率加快，在高温条件下解吸的过程，具有加热速度快、能耗较低、便于自动控制的优点，但是由于附加的电能也要消耗相当一部分能量，所以在这个过程中仍然存在能源的消耗和资源的浪费的问题;与此同时，热电厂生产中产生大量的低温(100-200 °C)的烟气，这部分低位热能含量巨大，但是在实际生产中很难直接再利用，往往直接排放到环境中，不仅造成环境的热污染，而且浪费能源。
[0005]目前现有的二氧化碳变温吸脱附系统大多采用热栗的方式，然而单独使用第一类或第二类吸收式热栗无法提供与现有的高温热电联供系统相结合的高温供热水，能量消耗过高，浪费资源，并且吸附材料不能循坏利用，吸脱附过程不能匹配控制，吸脱附效率比较低，设备运行时间长，成本比较高。
【实用新型内容】
[0006]针对现有技术的不足，本实用新型提出一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，以达到降低能量消耗、实现吸附材料循环利用、提高吸脱附效率和降低环境污染的目的。
[0007]一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，该系统包括空压机、烟气分析仪、二氧化碳收集罐、吸脱附装置、第一阀门组、第二阀门组、两个压力表、三个流量计和三个温度表；
[0008]所述空压机和火电厂的烟气排气管道分别通过管道与第一阀门组相连接，第一阀门组通过管道与吸脱附装置的入口相连接;吸脱附装置的出口通过管道与第二阀门组相连接，第二阀门组通过管道分别与二氧化碳收集罐和烟气分析仪相连接;将烟气分析仪的出口设置为气体排放通道;第一压力表、第一流量计和第一温度表安装在火电厂的烟气排气管道的出口处，第二压力表、第二流量计和第二温度表安装在空压机的排气出口处，第三流量计安装在二氧化碳收集罐的入口处，第三温度表安装在烟气分析仪的入口处；
[0009]所述吸脱附装置包括第一吸脱附装置、第二吸脱附装置、第三阀门组和第四阀门组;所述第一吸脱附装置和第二吸脱附装置均包括内管、翅片、吸附剂和外管;所述内管设置在外管的管道中，内管的外壁上缠绕设置有翅片，内管的内部由吸附剂填充满;所述内管和外管均设置有入口和出口；所述第一吸脱附装置的外管出口和第二吸脱附装置的外管出口分别通过管道连接第三阀门组，第三阀门组通过管道分别连接气体排放通道和第四阀门组，第四阀门组通过管道分别连接第一吸脱附装置的内管入口和第二吸脱附装置的内管入口；将第一吸脱附装置的外管入口和第二吸脱附装置的外管入口设置为吸脱附装置的入口，将第一吸脱附装置的内管出口和第二吸脱附装置的内管出口设置为吸脱附装置的出
□ O
[0010]所述的吸附剂采用沸石13X分子筛。
[0011 ]所述的翅片采用高频绕片式翅片。
[0012]所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的阀门的个数大于等于连接该阀门组的管道的个数。
[0013]所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的每个阀门相互独立。
[0014]本实用新型的优点:
[0015]本实用新型提出一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，采用可循环利用且经济可靠的沸石13X作为吸附剂，并且可以在利用低品位热能的同时，同步进行二氧化碳吸脱附过程，提高了换热效率，实现了余热利用与二氧化碳捕集双效节能的效果;本实用新型以烟气中的低品位热能作为能量来源，结合物理变温吸附实现循环吸脱附，提高了吸脱附的效率，节约了系统运行时间，降低了约六成系统能耗，降低了火电厂的烟气造成的环境污染，并且二氧化碳的捕集浓度可以达到百分之九十。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一种实施例的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型一种实施例的第一吸脱附装置的结构示意图；
[0018]其中，I为烟气排气管道，2为第一压力表，3为第一温度表，4为第一流量计，5为第一阀门组，6为第一阀门，7为第二阀门，8为第三阀门，9为第四阀门，10为第二阀门组，11为第五阀门，12为第六阀门，13为第七阀门，14为第八阀门，15为第一吸脱附装置，16为第一外管入口，17为第一外管出口，18为第一内管入口，19为第一内管出口，20为第二吸脱附装置，21为第二外管入口，22为第二外管出口，23为第二内管入口，24为第二内管出口，25为第三阀门组，26为第九阀门，27为第十阀门，28为第十一阀门，29为第十二阀门，30为第四阀门组，31为第十三阀门，32为第十四阀门，33为第二流量计，34为二氧化碳收集罐，35为烟气分析仪，36为空压机，37为第二压力表，38为第二温度表，39为第三流量计，40为第三温度表，41为翘片，42为外管，43为内管，44为气体排放通道。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
[0020]本实施例中，一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，系统结构示意图如图1所示，该系统包括空压机36、烟气分析仪35、二氧化碳收集罐34、吸脱附装置、第一阀门组5、第二阀门组10、第一压力表2、第二压力表37、第一流量计4、第二流量计33、第三流量计39、第一温度表3、第二温度表38和第三温度表40;
[0021]本实施例中，第一阀门组5包含四个独立阀门，分别为:第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8和第四阀门9，任意两个阀门能够相互连通;第二阀门组10包含四个独立阀门，分别为:第五阀门11、第六阀门12、第七阀门13和第八阀门14，任意两个阀门能够相互连通；
[0022]本实施例中，如图1和图2所示，所述的吸脱附装置包括第一吸脱附装置15、第二吸脱附装置20、第三阀门组25和第四阀门组30;所述第一吸脱附装置15和第二吸脱附装置20均包括内管43、外管42、翅片41和吸附剂;其中，
[0023]第三阀门组25包含4个独立阀门，分别为:第九阀门26、第十阀门27、第十一阀门28和第十二阀门29，任意两个阀门能够相互连通;第四阀门组包含两个独立阀门，分别为:第十三阀门31和第十四阀门32，任意两个阀门能够相互连通；
[0024]所述内管43设置在外管的管道中，内管43的外壁上均匀缠绕焊接有翅片41，内管43的内部由吸附剂填充满;所述内管43和外管42均设置有入口和出口；所述第一吸脱附装置15的第一外管出口 17通过管道连接第三阀门组25的第九阀门26，第二吸脱附装置20的第二外管出口 22通过管道连接第三阀门组25的第十阀门27，第三阀门组25的第^^一阀门28通过管道连接第四阀门组30的入口，第三阀门组25的第十二阀门29通过管道连接气体排放通道44;第四阀门组30的第十三阀门31通过管道连接第一吸脱附装置15的第一内管入口 18，第十四阀门32通过管道连接第二吸脱附装置20的第二内管入口 23;将第一吸脱附装置15的第一外管入口 16和第二吸脱附装置20的第二外管入口 21设置为吸脱附装置的入口，将第一吸脱附装置15的第一内管出口 19和第二吸脱附装置20的第二内管出口 24设置为吸脱附装置的出口；
[0025]本实施例中，内管43外壁的翅片41采用翅高为12.5mm的高频绕片式不锈钢翅片，也可以直接采用高频绕片式不锈钢翅片管，相较于单一吸附柱可增大换热面积；内管规格为内径32mm，外径36.4mm，壁厚2.2mm;外管米用内径70mm，夕卜径80mm的普通招管，壁厚5mm;第一内管入口 18、第一内管出口 19、第二内管入口 23、第二内管出口 24、第一外管入口 16、第一外管出口 17、第二外管入口 21和第二外管出口 22均采用内径15mm，外径21.3mm，壁厚2.75_的4分管;吸附剂采用沸石13X分子筛；
[0026]本实施例中，如图1所示，所述火电厂的烟气排气管道I通过管道与第一阀门组5的第一阀门6相连接，空压机36的排气出口通过管道与第一阀门组5的第二阀门7相连接，第一阀门组5的第三阀门8通过管道与第一吸脱附装置15的第一外管入口 16相连接，第一阀门组5的第四阀门9通过管道与第二吸脱附装置20的第二外管入口 21相连接，第一吸脱附装置15的第一内管出口 19通过管道与第二阀门组10的第五阀门11相连接，第二吸脱附装置20的第二内管出口 24通过管道与第二阀门组10的第六阀门12相连接，第二阀门组10的第七阀门13通过管道与二氧化碳收集罐34相连接，第二阀门组10的第八阀门14通过管道与烟气分析仪35相连接，将烟气分析仪35的出口设置为气体排放通道44;所述的第一压力表2、第一流量计4和第一温度表3的测量探头分别通过三通阀安装在火电厂的烟气排气管道I出口的内壁上，显示屏固定在外壁上;第二压力表37、第二流量计33和第二温度表38的测量探头分别通过三通阀安装在空压机的排气出口内壁上，显示屏固定在外壁上；第三流量计39的测量探头分别通过三通阀安装在二氧化碳收集罐34的入口的内壁上，显示屏固定在外壁上;第三温度表40的测量探头通过三通阀安装在烟气分析仪35的入口的内壁上，显示屏固定在外壁上；
[0027]本实施例中，每个温度表均采用计量程为O?300°C的温度计;每个流量计均采用计量程为O?20L/min的流量计;每个压力表均采用量程为0.6MPa的压力表；
[0028]本实施例中，采用所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统进行的吸脱附方法为:首先设定二氧化碳含量阈值为15%，将第一阀门组5的第一阀门6和第四阀门9连接，使烟气排气管道I与第二外管入口21连通，并将第二阀门7和第三阀门8连接，使空压机36与第一外管入口 16连通，将第二阀门组10的第五阀门11和第八阀门14连接，使第一内管出口 19与烟气分析仪35连通，并将第六阀门12和第七阀门13连接，使第二内管出口 24与二氧化碳收集罐34连通，将第三阀门组25的第九阀门26和第十二阀门29连接，使第一外管出口 17与气体排放通道连通，将第十阀门27和第^^一阀门28连接，并将第四阀门组30的入口与第十三阀门31连接，使第二外管出口 22与第一内管入口 18连通;将火电厂从烟气排气管道I中排放的100°C?200°C的烟气通过第二吸脱附装置20的外管42进入到第一吸脱附装置15的内管43中，采用沸石13X分子筛进行二氧化碳吸附，吸附后的烟气进入烟气分析仪35中，判断烟气分析仪35中烟气的二氧化碳含量是否小于15%，若是，继续采用第一吸脱附装置15进行二氧化碳吸附，否则，设定第一吸脱附装置进行二氧化碳脱附，并设定第二吸脱附装置进行二氧化碳吸附，将第一阀门组5的第一阀门6和第三阀门8连接，使烟气排气管道I与第一外管入口 16连通，并将第二阀门7和第四阀门9连接，使空压机36与第二外管入口 23连通，将第二阀门组10的第五阀门11和第七阀门13连接，使第一内管出口 19与二氧化碳收集罐34连通，并将第六阀门12和第八阀门14连接，使第二内管出口 24与烟气分析仪35连通，将第三阀门组25的第九阀门26和第十一阀门28连接，使第二外管出口 22与气体排放通道连通，将第十阀门27和第十二阀门29连接，并将第四阀门组30的入口与第十四阀门32连接，使第一外管出口 17与第二内管入口 23连通;采用第一压力表2检测烟气排气管道I中烟气的压力并显示，采用第一流量计4检测烟气排气管道I中烟气的流量并显示，采用第一温度表3检测烟气排气管道I中的烟气温度并显示，采用第二压力表37检测空压机36吹出空气的压力并显示，采用第二流量计33检测空压机36吹出空气的流量并显示，采用第二温度表38检测空压机36吹出空气的温度并显示;火电厂从烟气排气管道I中排放的100°C?200°C的烟气进入第一吸脱附装置15的外管42中，对内管43进行加热，内管43中的二氧化碳进行脱附，脱附后的二氧化碳进入二氧化碳收集罐34中进行收集，并采用第三流量计39检测脱附后的二氧化碳的流量并显示，空压机36吹出的空气冷风进入第二吸脱附装置20的外管42中，对内管43进行降温，完成换热的空气从气体排放通道44中排入大气中，第一吸脱附装置15的外管42中完成换热的烟气进入第二吸脱附装置20的内管43中进行二氧化碳吸附，吸附后的烟气进入烟气分析仪35中进行分析，并采用第三温度表40检测吸附后的烟气的温度并显示，判断烟气分析仪35中的烟气的二氧化碳含量是否大于等于15%，若是，则二氧化碳吸脱附过程完成，将烟气进行排放，通过每个阀门组将系统的各个装置进行重新连通，使第一吸脱附装置进行二氧化碳吸附，第二吸脱附装置进行二氧化碳脱附，否则，继续进行二氧化碳吸脱附。
【主权项】
1.一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:该系统包括空压机、烟气分析仪、二氧化碳收集罐、吸脱附装置、第一阀门组、第二阀门组、两个压力表、三个流量计和三个温度表； 所述空压机和火电厂的烟气排气管道分别通过管道与第一阀门组相连接，第一阀门组通过管道与吸脱附装置的入口相连接;吸脱附装置的出口通过管道与第二阀门组相连接，第二阀门组通过管道分别与二氧化碳收集罐和烟气分析仪相连接;将烟气分析仪的出口设置为气体排放通道;第一压力表、第一流量计和第一温度表安装在火电厂的烟气排气管道的出口处，第二压力表、第二流量计和第二温度表安装在空压机的排气出口处，第三流量计安装在二氧化碳收集罐的入口处，第三温度表安装在烟气分析仪的入口处； 所述吸脱附装置包括第一吸脱附装置、第二吸脱附装置、第三阀门组和第四阀门组;所述第一吸脱附装置和第二吸脱附装置均包括内管、翅片、吸附剂和外管;所述内管设置在外管的管道中，内管的外壁上缠绕设置有翅片，内管的内部由吸附剂填充满;所述内管和外管均设置有入口和出口；所述第一吸脱附装置的外管出口和第二吸脱附装置的外管出口分别通过管道连接第三阀门组，第三阀门组通过管道分别连接气体排放通道和第四阀门组，第四阀门组通过管道分别连接第一吸脱附装置的内管入口和第二吸脱附装置的内管入口；将第一吸脱附装置的外管入口和第二吸脱附装置的外管入口设置为吸脱附装置的入口，将第一吸脱附装置的内管出口和第二吸脱附装置的内管出口设置为吸脱附装置的出口。2.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的吸附剂采用沸石13X分子筛。3.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的翅片采用高频绕片式翅片。4.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的阀门的个数大于等于连接该阀门组的管道的个数。5.根据权利要求1所述的基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其特征在于:所述的第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组和第四阀门组的每个阀门相互独立。
【文档编号】B01D53/04GK205700031SQ201620355554
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】杜涛, 王昊, 欧阳硕, 于洋
【申请人】东北大学
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