本发明涉及co2工业化吸附领域，具体涉及连续吸附co2的装置和方法。
背景技术：
以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，控制温室气体排放已经成为当今国际社会普遍的共识。co2捕集、利用与封存技术(carboncapture,utilization&storage，ccus)作为减少化石燃料温室气体排放的重要手段仍将是全球研究热点。而目前制约ccus技术发展的一个主要瓶颈是co2捕集成本过高，开展新的更低成本的co2捕集技术迫在眉睫。
调研发现，溶剂法是目前最主要的co2捕集工艺，但为了降低溶液粘度及有机胺的挥发性，溶剂法在使用过程中需要加入70％左右的水。在co2吸收富液再生过程中，这些水同样需要加热，由此造成溶剂法碳捕集成本居高不下。
为了进一步降低碳捕集成本，以吸附法为代表的非溶剂co2捕集法应运而生。初步能耗核算结果表明，相比于溶剂法，吸附法能耗明显降低。但吸附法在使用过程中存在实现连续吸附与再生，致使吸附、再生与冷凝操作需要频繁切换，增加了操作复杂性。
cn102772981a公开了一种用活性炭连续吸附和解吸有机废气的装置，包括吸附塔、解析塔、活性炭流化系统、有机溶剂回收系统，其中吸附和解吸过程同时连续进行，所述吸附塔底部进气口连接第一过滤器、第一风机，吸附塔上部连接旋风分离器，旋风分离器上部连接袋式除尘器，袋式除尘器下放置灰桶，吸附塔底部管道连接解析塔，中间设置第一旋转阀和管道视镜，用于控制和观察吸附剂的流动状态，解析塔底部管道连接加速器，中间设置有第二旋转阀和吸附剂补充罐，所述的活性炭流化系统包括第二过滤器、第二风机、加速器和输送管道，第二过滤器出口连接第二风机，第二风机出口分两路，一路连接吸附塔上部和解吸塔上部，一路连接加速器的一个入口，加速器的另一个入口连接第二旋转阀，加速器的出口连接输送管道，输送管道向上连接旋风分离器上部，所述的有机溶剂回收系统包括换热器、冷凝器、分离槽，水蒸气管线接换热器进口，换热器出口管线进入解吸塔内部连接加热盘管，解吸塔塔顶蒸气出口管线接冷凝器，冷凝器连接分离槽，静置分离后从重相出口或轻相出口分别流出有机溶剂或废水。该装置和方法用于对有机废气进行吸附净化的处理，例如处理含微量二氯甲烷的工业废气、含微量甲苯的废气或含微量二甲苯的工业废气。该装置要求废气在吸附塔内与活性炭逆流接触，水蒸汽与活性炭在解析塔内逆流接触，吸收塔与解析塔之间必须设置旋转阀连接，阀体容易堵塞，且装置操作和控制不方便。
cn102019127a公开了有机废气活性炭吸附回收装置，包括相并联设置的多个填充有活性炭吸附层的吸附罐、用于输送有机废气的废气输送通道、用于输送净化气体的净气输送通道、用于制造高温脱附蒸汽的蒸汽发生装置、用于收集脱附溶剂的溶剂回收装置，所述的废气输送通道、吸附罐、净气输送通道依次构成吸附部分，所述的蒸汽发生装置、吸附罐、溶剂回收装置依次构成脱附部分，其中，各个所述的吸附罐设置有两层活性炭吸附层。用于对苯、醇、酮、酯、汽油等有机溶剂的废气吸收回收。该装置固定吸附层，引导气流穿过吸附罐完成吸附，再以蒸汽穿过吸附罐完成脱附。
现有技术吸附co2的能耗高且吸附效率低，脱附出的co2的浓度低。需要改进的吸附烟气中co2的方法和设备。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术吸附烟气中co2的能耗高且脱附出的co2的浓度低，吸附效率低的问题，提供连续吸附co2的装置和方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种连续吸附co2的系统，包括：吸附装置1、筛分器2、提升机3和气液分离器4；所述吸附装置包括移动床吸附器10、废气管路、带冷却器109的水蒸汽管路和冷却管路；其中，
移动床吸附器10设有吸附剂入口101、吸附段102、脱附段103、冷却段104和吸附剂出口106，用于吸附剂顺序进行吸附co2、脱附co2和冷却；
所述吸附段设有烟气入口11和净气出口12，用于连通所述废气管路使烟气垂直吸附剂输送的方向穿过吸附剂；所述脱附段设有蒸汽入口13和蒸汽出口14，用于连通所述水蒸汽管路使水蒸汽垂直吸附剂输送的方向穿过吸附剂；所述冷却段设有冷却介质入口16和冷却介质出口15，用于连通所述冷却管路使冷却介质垂直吸附剂输送的方向穿过吸附剂；
其中，所述筛分器在所述吸附剂出口的下方，用于将从所述吸附剂出口排出的吸附剂进行筛分除去破碎的吸附剂颗粒；
所述提升机连通所述筛分器和所述吸附剂入口，用于将吸附剂循环回所述移动床吸附器；
所述气液分离器连通所述带冷却器的水蒸汽管路，用于将来自所述脱附段的夹带co2的水分离出co2。
优选地，移动床吸附器10的宽度w为10～500cm。
优选地，所述吸附段、脱附段和冷却段之间的间距大于所述宽度w；优选所述间距为所述宽度w的1.5～15倍。
优选地，所述烟气入口和净气出口、所述蒸汽入口和蒸汽出口、所述冷却介质入口和冷却介质出口均相对开设，且开口面积为所述移动床吸附器在宽度w方向上的横截面的面积的0.5～3倍。
优选地，在所述烟气入口和净气出口、所述蒸汽入口和蒸汽出口、所述冷却介质入口和冷却介质出口均设置包括多个横向挡板19的百叶窗结构120。
优选地，挡板宽度h为1～140cm，所述挡板与所述移动床吸附器的侧壁间α角为45～80°；相邻挡板之间的距离d为0.5～100cm。
优选地，所述废气管路包括烟气进气管线111和干净气出气管线112，所述水蒸汽管路包括进水管线113和出水汽管线114，所述冷却管路包括冷却进管116和冷却出管115；其中，所述干净气出气管线连通所述冷却进管。
优选地，所述系统还包括文丘里管108，连通所述冷却出管和所述干净气出气管线。
优选地，所述移动床吸附器还包括在所述冷却段和吸附剂出口之间的空冷段105；所述空冷段设有冷气入口17和热气出口18，分别连通冷气进气管线117和热气出气管线118，所述热气出气管线连通所述冷却进管和所述文丘里管。
优选地，所述冷气入口和热气出口相对开设，且开口面积为所述移动床吸附器在宽度w方向上的横截面的面积的0.5～3倍，并设置所述百叶窗结构。
优选地，所述吸附剂出口设置有调节挡板107，用于控制吸附剂的循环速度。
本发明第二方面提供一种co2连续吸附的方法，包括将含co2的烟气通入本发明的连续吸附co2的系统；步骤包括：
s1、吸附剂在移动床吸附器10中沿从吸附段102到脱附段103再到冷却段104的方向移动；烟气在吸附段102中垂直吸附剂移动的方向穿过吸附剂，得到干净气和吸附co2的待生剂；水蒸汽在脱附段103中垂直吸附剂移动的方向穿过待生剂，得到夹带co2的水蒸汽和脱附剂，所述夹带co2的水蒸汽进行冷却和气液分离，得到纯co2；部分所述干净气在冷却段104中垂直吸附剂移动的方向穿过脱附剂，得到冷却的再生剂；
s2、所述再生剂经过设有调节挡板107的吸附剂出口106输送到筛分器2，筛除破损的吸附剂颗粒；
s3、将筛选出的吸附剂颗粒返回吸附剂入口101，循环用于吸附烟气中的co2。
优选地，吸附剂平均粒度为0.05～3cm，吸附剂料层移动速度为0.001～0.5m/s，吸附剂料层的堆密度为0.1～2kg/l；所述烟气的表压压力为-0.05mpa～0.5mpa。
通过上述技术方案，可以提高吸附烟气中co2的效率，收取的co2纯度更好，同时降低吸附过程的能耗，并相比现有技术可以减少设备结构，简化操作。
附图说明
图1是本发明提供的一种连续吸附co2的系统的示意图；
图2是百叶窗结构示意图。
附图标记说明
1、吸附装置2、筛分器3、提升机
4、气液分离器10、移动床吸附器11、烟气入口
12、净气出口13、蒸汽入口14、蒸汽出口
15、冷却介质出口16、冷却介质入口17、冷气入口
18、热气出口19、横向挡板101、吸附剂入口
102、吸附段103、脱附段104、冷却段
105、空冷段106、吸附剂出口107、调节挡板
108、文丘里管109、冷却器111、烟气进气管线
112、干净气出气管线113、进水管线114、出水汽管线
115、冷却出管116、冷却进管117、冷气进气管线
118、热气出气管线119、热交换器120、百叶窗结构
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，移动床吸附器为竖直放置，吸附剂入口在上，吸附剂出口在下。在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”与吸附剂入口和吸附剂出口的方位相同。
本发明第一方面提供一种连续吸附co2的系统，如图1所示，包括：吸附装置1、筛分器2、提升机3和气液分离器4；所述吸附装置包括移动床吸附器10、废气管路、带冷却器109的水蒸汽管路和冷却管路；其中，
移动床吸附器10设有吸附剂入口101、吸附段102、脱附段103、冷却段104和吸附剂出口106，用于吸附剂顺序进行吸附co2、脱附co2和冷却；
所述吸附段设有烟气入口11和净气出口12，用于连通所述废气管路使烟气垂直吸附剂输送的方向穿过吸附剂；所述脱附段设有蒸汽入口13和蒸汽出口14，用于连通所述水蒸汽管路使水蒸汽垂直吸附剂输送的方向穿过吸附剂；所述冷却段设有冷却介质入口16和冷却介质出口15，用于连通所述冷却管路使冷却介质垂直吸附剂输送的方向穿过吸附剂；
其中，所述筛分器在所述吸附剂出口的下方，用于将从所述吸附剂出口排出的吸附剂进行筛分除去破碎的吸附剂颗粒；
所述提升机连通所述筛分器和所述吸附剂入口，用于将吸附剂循环回所述移动床吸附器；
所述气液分离器连通所述带冷却器的水蒸汽管路，用于将来自所述脱附段的夹带co2的水分离出co2。
本发明中，含有co2的烟气在吸附段102横向穿过移动床吸附器中的吸附剂料层，吸附co2的待生剂向下移动到脱附段103与水蒸汽接触脱除co2，然后脱附co2的再生剂被冷却，并筛分除去破损的颗粒后循环回继续进行吸附co2。优选地，移动床吸附器10的宽度w为10～500cm。保证烟气可以有效穿过吸附剂料层。优选宽度w为15～150cm。
本发明中，所述吸附段、脱附段和冷却段各段之间保持适当的间距，可以防止各段之间可能发生的窜料现象。优选地，所述吸附段、脱附段和冷却段之间的间距大于所述宽度w；优选所述间距为所述宽度w的1.5～15倍。所述间距包括所述吸附段与脱附段之间的间距a1、所述脱附段与冷却段之间的间距a2。a1与a2可以相同或不同。
本发明中，所述吸附段的烟气、所述脱附段的水蒸汽和所述冷却段的冷却介质均横向穿过吸附剂料层。所述吸附段、脱附段和冷却段上的开口保证与各段中吸附剂料量相匹配。优选地，所述烟气入口和净气出口、所述蒸汽入口和蒸汽出口、所述冷却介质入口和冷却介质出口均相对开设，且开口面积为所述移动床吸附器在宽度w方向上的横截面的面积的0.5～3倍，优选为1～2倍。上述开口形状可以是长方形或圆形。
本发明中，可以如图2所示，优选地，在所述烟气入口和净气出口、所述蒸汽入口和蒸汽出口、所述冷却介质入口和冷却介质出口均设置包括多个横向挡板19的百叶窗结构120。进一步地，所述百叶窗结构中，优选地，挡板宽度h为1～140cm；所述挡板与所述移动床吸附器的侧壁间α角为45～80°，优选为30～45°；相邻挡板之间的距离d为0.5～100cm，优选为3～12cm。设置百叶窗结构可以保证吸附剂料层在所述移动床吸附器中从上至下移动时不泄漏到所述移动床吸附器外。
本发明中，可以使用从所述吸附段得到的干净气作为冷却介质，通道所述冷却段进行再生剂的冷却。优选地，所述废气管路包括烟气进气管线111和干净气出气管线112，所述水蒸汽管路包括进水管线113和出水汽管线114，所述冷却管路包括冷却进管116和冷却出管115；其中，所述干净气出气管线连通所述冷却进管。优选地，可以在所述冷却出管上设置热交换器119，以使来自所述干净气出气管线的干净气降温，更适合用作所述冷却段的冷却介质。
本发明中，优选地，所述系统还包括文丘里管108，连通所述冷却出管和所述干净气出气管线。使用所述文丘里管可以将冷却再生剂的干净气进行抽吸，利用干净气余压形成冷却再生剂所需要的压降，可以达到节能目的。
本发明中，可以根据需要进一步冷却再生剂达到满足后续循环使用的要求。优选地，所述移动床吸附器还包括在所述冷却段和吸附剂出口之间的空冷段105；所述空冷段设有冷气入口17和热气出口18，分别连通冷气进气管线117和热气出气管线118，所述热气出气管线连通所述冷却进管和所述文丘里管。所述空冷段可以使用空气为冷却介质。所述文丘里管排出干净气可以直排大气。
本发明中，优选地，所述冷气入口和热气出口相对开设，且开口面积为所述移动床吸附器的截面积的0.5～3倍，并设置所述百叶窗结构。所述百叶窗结构如上所述，不在赘述。
本发明中，优选地，所述空冷段与所述冷却段之间的间隔距离a3可以大于所述移动床吸附器的宽度w，优选所述间隔距离为所述宽度w的1.5～15倍。a1、a2与a3可以相同或不同。
本发明中，优选地，所述吸附剂出口设置有调节挡板107，可以用于控制吸附剂的循环速度。
本发明中，筛分器2设置有目数为5～7目的筛子，以筛分破损的吸附剂。
本发明中，所述移动床吸附器的宽度w的限定范围可以适应需要处理的烟气的不同流量。相应地，所述百叶窗结构的参数限定优选对应所述宽度w的限定范围，当所述宽度w取范围下限时，百叶窗结构参数也对应取范围下限。同理取范围上限时也如此约定。
本发明第二方面提供一种co2连续吸附的方法，包括将含co2的烟气通入本发明的连续吸附co2的系统；步骤包括：
s1、吸附剂在移动床吸附器10中沿从吸附段102到脱附段103再到冷却段104的方向移动；烟气在吸附段102中垂直吸附剂移动的方向穿过吸附剂，得到干净气和吸附co2的待生剂；水蒸汽在脱附段103中垂直吸附剂移动的方向穿过待生剂，得到夹带co2的水蒸汽和脱附剂，所述夹带co2的水蒸汽进行冷却和气液分离，得到纯co2；部分所述干净气在冷却段104中垂直吸附剂移动的方向穿过脱附剂，得到冷却的再生剂；
s2、所述再生剂经过设有调节挡板107的吸附剂出口106输送到筛分器2，筛除破损的吸附剂颗粒；
s3、将筛选出的吸附剂颗粒返回吸附剂入口101，循环用于吸附烟气中的co2。
本发明中，优选地，所述再生剂可以再经过空冷段105与例如空气接触进一步冷却，然后经吸附剂出口106输送到筛分器2。
本发明中，吸附剂的床层在移动床吸附器中按照向下的方向移动，先后经过吸附段、脱附段、冷却段，甚至空冷段，再输送到筛分器2，筛除破损的吸附剂颗粒，最后筛出的吸附剂颗粒再循环返回移动床吸附器中用于吸附烟气中的co2。在吸附剂的床层经过吸附段、脱附段、冷却段，甚至空冷段时，含co2的烟气、水蒸汽、干净气和空气分别垂直穿过吸附剂的床层，使吸附剂可以依次连续进行co2吸附、co2脱附、吸附剂冷却，可以实现连续吸附吸附烟气中的co2，实现提高吸附烟气中co2的效率，收取的co2纯度更好，同时降低吸附过程的能耗。
本发明中，优选地，吸附剂平均粒度为0.05～3cm，优选为0.5～1cm；吸附剂料层移动速度为0.001～0.5m/s；吸附剂料层的堆密度为0.1～2kg/l，优选为0.45～0.65kg/l；所述烟气的表压压力为-0.05mpa～0.5mpa，优选为0.005～0.05mpa。
本发明中，用于进行脱附的水蒸汽可以是温度为100～150℃，表压压力为0.1～0.2mpa。
本发明提供的方法中，通入的含co2烟气的流量、通入的水蒸汽的流量、通入的干净气的流量以及空气的流量可以不做特别的限定，只要在本领域常规的操作范围内，且调整为与吸附剂料层的移动速度、吸附剂平均粒度和堆密度相匹配，解决本发明的技术问题即可。
本发明中，所述吸附剂可以为本领域用于co2吸附的吸附剂，例如可以是可以用于co2吸附的分子筛。优选地，所述吸附剂采用颗粒形式，能够用于移动床。所述吸附剂均为已知物质，可以商购获得。
本发明中，所述移动床吸附器的尺寸可以相应于不同的烟气处理流量，因而使用吸附剂和进行吸附的相应条件也不同。一般地，上述吸附剂和吸附条件限定的范围的下限和上限可以分别对应所述移动床吸附器的宽度w限定的范围的下限和上限。
本发明中，加入的含co2的烟气的量可以根据实际处理要求确定，可以优选相对于所述吸附段中装填的吸附剂总体积确定，含co2的烟气通入所述吸附段的体积空速为1-50h-1，优选为10-40h-1。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
将吸附剂(分子筛吸附剂，颗粒平均粒度为0.5-1cm)连续输送进图1所示的本发明的连续吸附co2的系统。
系统中，移动床吸附器的宽度w为15cm，间距a1＝a2＝a3＝100cm；吸附段、脱附段、冷却段和空冷段中的开口为长方形，开口面积为移动床吸附器的宽度方向上横截面积的1倍；
百叶窗结构中，挡板宽度h为15cm，α角为30°，距离d为3cm；筛分器中筛子的目数为7目。
移动床吸附器中吸附剂料层的移动速度为0.005m/s，堆密度为0.45kg/l，烟气表压压力为0.02mpa；水蒸汽温度为150℃，水蒸汽表压压力为0.15mpa。
将压力为0.02mpa、温度为30℃、co2含量为11体积％的烟气通入吸附段，流量为3m3/h，体积空速为30h-1，与吸附段中的吸附剂接触进行吸附反应，并通过吸附前后的co2浓度变化判断吸附效果。
脱除co2的能耗为2.4gj/tco2，得到的co2的纯度为91.5％。
实施例2
将吸附剂(有机胺改性分子筛，颗粒平均粒度为0.8-1cm)连续输送进图1所示的本发明的连续吸附co2的系统。
系统中，移动床吸附器的宽度w为25cm，间距a1＝a2＝a3＝300cm；吸附段、脱附段、冷却段和空冷段中的开口为长方形，开口面积为移动床吸附器的宽度方向上横截面积的2倍；
百叶窗结构中，挡板宽度h为25cm，α角为35°，距离d为6cm；筛分器中筛子的目数为5目。
移动床吸附器中吸附剂料层的移动速度为0.5m/s，堆密度为0.65kg/l，烟气表压压力为0.05mpa；水蒸汽温度为150℃，水蒸汽表压压力为0.1mpa。
将压力为0.05mpa、温度为25℃、co2含量为12体积％的烟气通入吸附段，流量为10m3/h，体积空速为40h-1，与吸附段中的吸附剂接触进行吸附反应，并通过吸附前后的co2浓度变化判断吸附效果。
脱除co2的能耗为2.35gj/tco2，得到的co2的纯度为93.5％。
实施例3
将吸附剂(有机胺改性分子筛，颗粒平均粒度为0.8-1cm)连续输送进图1所示的本发明的连续吸附co2的系统。
系统中，移动床吸附器的宽度w为150cm，间距a1＝a2＝a3＝500cm；吸附段、脱附段、冷却段和空冷段中的开口为长方形，开口面积为移动床吸附器的宽度方向上横截面积的1.5倍；
百叶窗结构中，挡板宽度h为140cm，α角为45°，距离d为12cm；筛分器中筛子的目数为5目。
移动床吸附器中吸附剂料层的移动速度为0.001m/s，堆密度为0.65kg/l，烟气表压压力为0.05mpa；水蒸汽温度为150℃，水蒸汽表压压力为0.1mpa。
将压力为0.05mpa、温度为40℃、co2含量为12体积％的烟气通入吸附段，流量为60m3/h，体积空速为40h-1，与吸附段中的吸附剂接触进行吸附反应，并通过吸附前后的co2浓度变化判断吸附效果。
脱除co2的能耗为2.3gj/tco2，得到的co2的纯度为95％。
对比例1
常规的间歇方法吸附co2。
采用固定床吸附：吸附床直径为0.3m，高度为3m，装填吸附剂(分子筛吸附剂，颗粒平均粒度为0.5-1cm)。
将表压压力为0.05mpa、温度为40℃、co2含量为12体积％的烟气从吸附床底部加入，流量为10m3/h，体积空速为40h-1；吸附剂吸附饱和后，切换通入水蒸汽(150℃，0.1mpa，3kg/h)进行吸附剂脱附。
脱除co2的能耗为2.8gj/tco2，得到的co2的纯度为85％。
通过实施例和对比例的结果可以看出，采用本发明的装置和方法的实施例可以有效地实现提高吸附烟气中co2的效率，收取的co2纯度更好，同时降低吸附过程的能耗。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。