一种发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置及方法与流程

1.本发明属于燃煤电厂烟气净化领域，尤其是一种发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置及方法。


背景技术：

2.随着工业化的进程，大量的化石燃料被消耗，导致大气中二氧化碳的浓度增大，全球气候日益变暖。因此，烟气二氧化碳的捕集已成为应对气候变化和酸雨污染的重要战略手段。同时，回收的二氧化碳可以通过不同的化学或生物途径生成重要的含碳产品，具有重要的经济和环境效益。燃煤电厂烟气二氧化碳气体排放的绝对数量，约占我国二氧化碳气体排放总量的一半，是我国温室气体的最主要排放源。因此，燃煤电厂烟气氧化碳气体的减排将是我国燃煤发电未来可持续发展的瓶颈之一，且将刻不容缓。
3.目前，二氧化碳捕集技术主要适用于化工领域中二氧化碳含量比较高的气体，其特点是二氧化碳成分的分压较高，常超过0.(5)大气压。常用的二氧化碳脱除的方法主要有：吸收法、吸附法、深冷分离、膜分离等方法。以上方法在化工领域中应用时，由于二氧化碳成分的分压较高，整个分离过程的能耗也比较低。但是，对于燃煤电厂烟气来说，二氧化碳分压非常低，分离过程中吸收剂使用量很大，吸收剂再生的热量消耗也会非常大。现有发电厂用烟气二氧化碳捕集装置的热源形式多以电厂抽蒸汽和烟气余热等作为再生热源，使得电厂的发电效率降低，同时对热源温度要求高的局限性，也会进一步限制装置的适用范围和推广运行。因此，降低二氧化碳捕集的能量消耗，提高过程的经济性，是燃煤电厂二氧化碳捕集最主要的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置及方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置，包括太阳能热水器、热水储罐、制冷器、缠绕换热器、二氧化碳加热器、烟气冷却器和第一变温吸附器和第二变温吸附器，
7.所述太阳能热水器热水出口连接有热水储罐的入口，所述热水储罐的出口分别连接有制冷器的热水通道入口和二氧化碳加热器的壳程入口，所述制冷器的热水通道的出口通过管道与太阳能热水器的冷水回流口连接，所述二氧化碳加热器的壳程出口通过管道与太阳能热水器的冷水回流口连接；
8.所述制冷器的工质出口通过管道依次连接有烟气冷却器的管程和制冷器的工质通道入口。
9.进一步的，还包括缠绕换热器，所述缠绕换热器的壳程入口连接有烟气管道，缠绕换热器的壳程出口连接有烟气冷却器的壳程入口，烟气冷却器的壳程出口的管道分成两个支路分别连接有第一变温吸附器的底部连通口和第二变温吸附器的底部连通口，第一变温
吸附器所处的支路上设有第三阀门，第二变温吸附器所处的支路上设有第四阀门；
10.第一变温吸附器的顶部连通口和第二变温吸附器的顶部连通口通过自个支路交汇为一个管道，通过所述管道连接缠绕换热器的尾气通道，缠绕换热器的尾气通道连接有尾气管道，第一变温吸附器的顶部连通口所处的支路上设有第七阀门，第二变温吸附器的顶部连通口所处的支路上设有阀门；
11.二氧化碳加热器的管程入口连接有二氧化碳管道，二氧化碳加热器的管程另一侧连接有管道，所述管道分成两个旁路，一个旁路上通过第五阀门连接有第一变温吸附器的顶部连通口上的支路，一个旁路上通过第六阀门连接有第二变温吸附器的顶部连通口上的支路；
12.所述二氧化碳管道还连接有一个管道，管道分成两个旁路，一个旁路通过第一阀门连接有第一变温吸附器的底部连通口上的支路，另一个旁路通过第二阀门连接有第二变温吸附器的底部连通口上的支路。
13.进一步的，包括以下步骤：
14.太阳能热水器利用太阳光加热水，热水存储于热水储罐中；
15.热水储罐中的热水分别通过管道流入制冷器的热水通道和二氧化碳加热器的壳程，制冷器热水通道的热水用于驱动得到低温工质，低温工质进入烟气冷却器的管程，将壳程中的烟气冷却至固体吸附剂吸附所需的温度，之后换热后的低温工质再返回到制冷器的工质通道入口；
16.二氧化碳加热器管程入口通过二氧化碳管道进入二氧化碳气体，二氧化碳气体被二氧化碳加热器壳程的热水加热到固体吸附剂解吸所需要的温度，之后加热后的二氧化碳气体通过第五阀门所在的管路进入第一变温吸附器或者通过第六阀门所在的管路进入第二变温吸附器内，加热后的二氧化碳气体用于解吸第一变温吸附器和第二变温吸附器内的固体吸附剂；
17.常温烟气通过烟气管道进入缠绕换热器的壳程入口，在第一变温吸附器和第二变温吸附器内的解吸后的气体分别通过第七阀门和阀门所在的管道进入缠绕换热器的管程，对缠绕换热器的壳程的烟气进行降温，降温后的烟气进入烟气冷却器冷却，之后通过第三阀门或者第四阀门所在的管路进入步骤未进行解吸的变温吸附，冷却烟气用于使得变温吸附器内的固体吸附剂完成对二氧化碳的吸附。
18.进一步的，步骤中制冷器的热水通道和二氧化碳加热器的壳程内的热水换热后重新进入太阳能热水器。
19.进一步的，步骤中缠绕换热器管程内对缠绕换热器的壳程的烟气进行降温后的气体进入尾气管道后排出，
20.进一步的，当固体吸附剂低温吸附二氧化碳时，来自于烟气冷却器壳程出口的烟气经管道、经过第三阀门后，进入第一变温吸附器，在第一变温吸附器中完成对烟气二氧化碳的吸附，脱除二氧化碳后得到尾气经过管道和第七阀门后，依次进入缠绕换热器的管程和尾气管道中，排出；
21.在上述过程中，第一阀门、第四阀门、第五阀门和阀门均处于关闭状态。
22.进一步的，当固体吸附剂解吸二氧化碳时，二氧化碳加热器管程的加热后的二氧化碳气体经管道和第六阀门后，进入第二变温吸附器，在第二变温吸附器中完成对固体吸
附剂所吸附二氧化碳的解吸，解吸出来的二氧化碳连同作为热载体通入的二氧化碳气体经管道和第二阀门后，进入二氧化碳管道内，排出；
23.在上述过程中，第一阀门、第四阀门、第五阀门和阀门处于均关闭状态。
24.进一步的，当第一变温吸附器内固体吸附剂吸附二氧化碳饱和后，打开第一阀门和第五阀门，关闭第二阀门、第四阀门、第六阀门和第七阀门，第一变温吸附器内固体吸附剂处解吸状态；同时，打开第四阀门和阀门，关闭第二阀门、第三阀门、第六阀门和第七阀门，第二变温吸附器内的处于固体吸附剂处于吸收状态。
25.进一步的，其特征在于，
26.操作阀门，使得第一变温吸附器和第二变温吸附器交替的处于解吸和吸收状态，进而实现解吸和吸收的连续运行。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明的发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置及方法，将太阳热能以水为媒介，作为制冷器的热源，得到冷却工质，可以降低烟气的温度，以低温驱动固体吸附剂对二氧化碳的吸附，节省了电耗；将太阳热能分别以水和二氧化碳为媒介，作为固体吸附剂热再生即二氧化碳解吸的驱动力，节省了传统的蒸汽消耗；装置内部实现脱除二氧化碳后的低温烟气通过缠绕换热器与超温进行热量交换，提高了热量的利用效率；以太阳能替代传统能源，充分利用可再生能源的清洁性和可再生性进行二氧化碳的捕集工作，有效提高了过程的经济性和环境友好性；热水易保温和储存，在日照期间可以获得足够的热水，用于驱动夜间烟气二氧化碳捕集装置的正常连续稳定运行；装置设计巧妙，结构简单，占地小，适应性强，且不依赖于蒸汽的局限性，可以在任意位置设置独立装置，对烟气中二氧化碳进行捕集。本发明设计精巧，操作简单、弹性大、设备投资小、节能，而且可以实现全天连续无间断工作，通过上述太阳能热水器，将太阳能集热作为热驱动能源，可同时为吸附剂再生和制冷器制冷提供所需要的热量，再加上通过缠绕换热器回收系统冷量后，显著提高了装置的能源利用效率。本发明能够有效降低燃煤电厂烟气捕集二氧化碳的能耗，完全取消了从电厂抽取蒸汽的必要性，从而节约了能源。
附图说明
29.图1为本发明的结构示图。
30.图中，1-太阳能热水器；2-热水储罐制冷器；3-制冷器；4-二氧化碳加热器；5-缠绕换热器；6-烟气冷却器；7-变温吸附器；8-变温吸附器；13-第一阀门；14-第二阀门；15-第三阀门；16-第四阀门；17-第五阀门；18-第六阀门；19-第七阀门；21-烟气管道；35-尾气管道；36-二氧化碳管道。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.本发明提出一种以发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置，实现了二氧化碳的捕集过程与可再生能源利用的高度集成，既能实现对发电厂烟气二氧化碳的分离纯化的功能，同时又能利用清洁能源实现减排任务，大大提高了发电厂烟气二氧化碳捕集的经济性。
34.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
35.参见图1，图1为本发明的结构示意图，一种发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置，主要包括：太阳能热水器1、热水储罐2、制冷器3、缠绕换热器5、二氧化碳加热器4、烟气冷却器6和第一变温吸附器7和第二变温吸附器8；太阳能热水器1获得的热水，经由其热水出口通过管道与热水储罐2连接，将热水存储于热水储罐2中；所述热水储罐2中的热水再分别通过管道连接于制冷器3的热水通道和二氧化碳加热器4的壳程，作为其热源来使用，以上经换热降温后的水再通过管道连接返回到太阳能热水器1的冷水回流口；所述制冷器3中，通过热水驱动可以获得低温工质，低温工质通过管道与烟气冷却器6的管程连接，待完成冷却烟气冷却器6壳程的烟气到固体吸附剂吸附所需要的低温的任务后，再通过管道连接返回到制冷器3的工质通道入口；所述二氧化碳加热器4管程入口为来自于二氧化碳管道35的常温二氧化碳气体，被其壳程的热水加热到固体吸附剂解吸所需要的高温后，再通过管道和第五阀门17、第一阀门13或第六阀门18、第二阀门14连接送至第一变温吸附器7和第二变温吸附器8，用于驱动第一变温吸附器7和第二变温吸附器8内的固体吸附剂的高温再生；所述缠绕换热器5的壳程入口为来自于烟气管道36的常温烟气，被其管程的来自于第一变温吸附器7和第二变温吸附器8的已完成二氧化碳脱除的低温尾气初步冷却后，通过管道与烟气冷却器6连接，在烟气冷却器6中被进一步冷却后，再通过管道和第三阀门15、第七阀门19或第四阀门16、阀门21连接送至第一变温吸附器7和8，其低温可以驱动第一变温吸附器7和第二变温吸附器8内的固体吸附剂完成对二氧化碳的低温吸附。
36.当固体吸附剂低温吸附二氧化碳时，来自于烟气冷却器6壳程出口的低温烟气经管道连接，且先后经过第三阀门15后，进入所述第一变温吸附器7，在其中完成对烟气二氧化碳的低温吸附，脱除二氧化碳以后的尾气，则经过管道连接，且经由第七阀门19后，经由管道依次与缠绕换热器5的管程和尾气管道35连接，送出界区，在上述过程中，第一阀门13、第四阀门16、第五阀门17、阀门21处于关闭状态；当固体吸附剂高温解吸二氧化碳时，来自于二氧化碳加热器4管程出口的高温二氧化碳气体经管道连接，且先后经过第六阀门18后，进入所述第二变温吸附器8，在其中完成对固体吸附剂所吸附二氧化碳的高温解吸，解吸出来的二氧化碳连同作为热载体通入的二氧化碳气体，再经管道连接，且经由第二阀门14后，经由管道与二氧化碳管道36连接，送出界区，在上述过程中，第一阀门13、第四阀门16、第五阀门17、阀门21处于关闭状态。
37.当上述第一变温吸附器7内固体吸附剂吸附二氧化碳饱和以后，打开第一阀门13、第五阀门17，关闭第二阀门14、第四阀门16、第六阀门18、第七阀门19，使得第一变温吸附器7处于再生模式；同时，打开第四阀门16、阀门21，关闭第二阀门14、第三阀门15、第六阀门18、第七阀门19，使得已完成热再生的第二变温吸附器8处于吸收模式。如此周而复始对第一变温吸附器7和8进行切换操作，进而实现过程的连续运行。
38.上述的太阳能热水器1的大小规格是正常的需求量的2.4倍，热水储罐2的容积能够满足14小时的用量储备，如此可以使得太阳能热水器1在日照期间可以获得足够的热水，除了满足日间装置正常运行的消耗外，还能充满热水储罐2，而热水储罐2的热水存量，又能够完全满足二氧化碳捕集装置在夜间或非日常时间内正常连续稳定运行所需要的能量。
39.通过上述分析可以得出，一种发电厂用烟气二氧化碳捕集的变温吸附装置设计巧妙，实现了二氧化碳的捕集过程与可再生能源利用的高度集成，具有总占地面积小、减少工程投资，且操作简单，负荷调整弹性大、安全可靠等特点，同时又能利用清洁能源实现减排任务，大大提高了发电厂烟气二氧化碳捕集的经济性，可在工程中应用，为燃煤电厂烟气净化以及温室气体减排装置技术领域，提供了一个新的优化解决结构。
40.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。