一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统的制作方法

1.本实用新型属于二氧化碳的回收技术领域，具体涉及一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统。


背景技术：

2.各种蒸汽锅炉的烟气、窑炉尾气以及二氧化碳物理吸收法的尾气中等都含有一定浓度的二氧化碳，体积浓度从8％～80％不等，属于中低浓度，该浓度的二氧化碳气体不能直接精制回收，需要将其进行捕集分离、提浓后，才能进行精制提纯。
3.目前，传统捕集二氧化碳的方法常规有化学吸收法、物理吸附法、膜分离法以及物理吸收法，而市场上比较成熟应用的是化学吸收法和物理吸附法，其中，化学吸收法需要用到蒸汽，且吸收液需要定期补充，且有废渣产生；物理吸附法即psa法，因其自动化程度高、无三废产生，对中低浓度的二氧化碳的捕集，相较于化学吸收法而言，能耗更低。
4.因此，很有必要提供一种基于物理吸附法的中低浓度二氧化碳的捕集分离系统。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统，以能够低能耗、无三废产生且最大程度的回收二氧化碳。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统，所述捕集分离系统包括：
8.原料气压缩系统，用于对含中低浓度二氧化碳的原料气进行提压处理，其中，原料气中二氧化碳的体积浓度为8-80％；
9.二氧化碳捕集系统，包括并联设置的多个吸附塔，所述吸附塔内填充有二氧化碳吸附剂，所述吸附塔的入口通过管道连通于所述原料气压缩系统的出口，所述吸附塔的顶部出气口通过管道连通于下游系统；
10.二氧化碳解吸系统，所述二氧化碳解吸系统的进口通过管道与所述吸附塔的底部出气口连通。可选地，所述原料气压缩系统包括提压设备和气液分离器，所述提压设备的进口通过管道与含中低浓度二氧化碳的原料气源连通，所述提压设备的出口通过管道与所述气液分离器的进口连通，所述气液分离器的出口通过管道与所述吸附塔的入口连通。
11.可选地，所述提压设备的出口管道上设置有控制阀和温度传感器；所述气液分离器上设置有液位计。
12.可选地，所述提压设备为离心式压缩机、鼓风机、螺杆压缩机中的一种；所述气液分离器内置有除沫装置。
13.可选地，含中低浓度二氧化碳的原料气为窑炉尾气，窑炉尾气中二氧化碳的体积浓度为20-70％；所述原料气压缩系统还包括冷却器，所述冷却器位于所述提压设备和所述气液分离器之间。
14.可选地，所述吸附塔的入口管道上设置有控制阀、二氧化碳分析仪和流量计；所述
吸附塔的顶部出气口管道上设置有压力表和压力传感器；所述吸附塔的底部出气口管道上设置有压力表和取样点。
15.可选地，所述吸附塔的入口管道和所述吸附塔的顶部出气口均通过放空管道与外部空气连通，其中，与所述吸附塔的入口管道连通的放空管道上设置有控制阀和放空阀。
16.可选地，与下游系统连通的管道上设置有控制阀、流量计、温度传感器、取样点、压力表和二氧化碳分析仪。
17.可选地，所述二氧化碳解吸系统包括真空泵和缓冲罐，所述真空泵的进口通过管道连通于所述吸附塔的底部出气口，所述真空泵的出口通过管道与所述缓冲罐的进口连通。
18.可选地，所述缓冲罐的出口管道上设置有流量计和二氧化碳分析仪。
19.有益效果：
20.本实用新型本实用新型提供的一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统，包括原料气压缩系统、二氧化碳捕集系统和二氧化碳解吸系统，其中，原料气压缩系统用于对含中低浓度二氧化碳的原料气进行提压处理；二氧化碳捕集系统包括并联设置的多个吸附塔，吸附塔内填充有二氧化碳吸附剂，用于吸附二氧化碳，吸附塔的入口通过管道连通于原料气压缩系统的出口，吸附塔的顶部出气口通过管道连通于下游系统，用于回收原料气中的其他组分；二氧化碳解吸系统的进口通过管道与吸附塔的底部出气口连通。采用本实用新型的捕集分离系统对含中低浓度二氧化碳的原料气进行回收二氧化碳，能够低能耗、无三废产生且最大程度的回收二氧化碳。
附图说明
21.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
22.图1为本实用新型中低浓度二氧化碳的捕集分离系统的示意图；
23.图2为本实用新型中低浓度二氧化碳的捕集分离系统一具体实施例的局部流程示意图。
24.图中标号：100-原料气压缩系统；200-二氧化碳捕集系统；300-二氧化碳解吸系统；1-气液分离器；11-液位计；2-吸附塔；3-温度传感器；4-二氧化碳分析仪；5-流量计；6-压力表；7-压力传感器；8-取样点；9-放空管道；91-放空阀；10-自动控制阀门。
具体实施方式
25.下面将对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.下面将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.本实用新型提供了一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统，以能够低能耗、无三废产生且最大程度的回收二氧化碳，其中，中低浓度二氧化碳是指二氧化碳的体积浓度为
8-80％(比如8％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％以及任意两端点值之间的区间值)。
28.如图1和图2所示，本实用新型提供的一种中低浓度二氧化碳的捕集分离系统，包括原料气压缩系统100、二氧化碳捕集系统200和二氧化碳解吸系统300，其中，原料气压缩系统100用于对含中低浓度二氧化碳的原料气进行提压处理；二氧化碳捕集系统200包括并联设置的多个吸附塔2，吸附塔2内填充有二氧化碳吸附剂，二氧化碳吸附剂为现有吸附剂，其具体成分不做限定，用于吸附二氧化碳，吸附塔2的入口通过管道连通于原料气压缩系统100的出口，吸附塔2的顶部出气口通过管道连通于下游系统，用于回收原料气中的其他组分；二氧化碳解吸系统300的进口通过管道与吸附塔2的底部出气口连通。
29.在采用本实用新型的捕集分离系统对含中低浓度二氧化碳的原料气进行回收二氧化碳时，含中低浓度二氧化碳的原料气首先进入原料气压缩系统100中，原料气压缩系统100对原料气进行提压处理，之后进入二氧化碳捕集系统200中，也即依次进入吸附塔2中，原料气中的二氧化碳被吸附塔2内的二氧化碳吸附剂所吸附，而原料气中的其他组分由吸附塔2的塔顶出气口流出，后续进入下游系统，以对原料气中的其他组分进行回收。如此能够低能耗、无三废产生且最大程度的回收二氧化碳。
30.需要说明的是，在采用本实用新型的捕集分离系统对含中低浓度二氧化碳的原料气进行回收二氧化碳时，吸附塔2的吸附压力设置为0.1-2.5mpa(比如0.1mpa、0.5mpa、1.0mpa、1.5mpa、2.0mpa、2.5mpa以及任意两端点值之间的区间值)，吸附压力相对较低。具体操作时，可以根据原料气中二氧化碳的浓度来选择上述压力范围内的不同压力，实现变压吸附捕集分离二氧化碳。
31.当然地，在采用本实用新型的捕集分离系统对含中低浓度二氧化碳的原料气进行回收二氧化碳时，可以根据原料气中二氧化碳的浓度来选择吸附塔2的数量及相应管路上的控制阀数量，以最大限度上降低投资成本。
32.可选地，二氧化碳解吸系统300可采用自然解吸，也可采用真空泵解吸，具体选择可根据原料气情况充分考虑二氧化碳的回收率和能耗问题。
33.本实用新型具体实施例中，原料气压缩系统100包括提压设备和气液分离器1，提压设备的进口通过管道与含中低浓度二氧化碳的原料气源连通，提压设备的出口通过管道与所述气液分离器1的进口连通，气液分离器1的出口通过管道与吸附塔2的入口连通。其中，提压设备用于对原料气进行提压，气液分离器1用于除去原料气的水分
34.可选地，提压设备为离心式压缩机、鼓风机、螺杆压缩机中的一种，用于对含中低浓度二氧化碳的原料气进行提压处理。
35.可选地，气液分离器1内置有除沫装置，用于对原料气进行除沫，以使其后续顺利的吸附。需要说明的是，这里除沫装置的具体结构设置不做限定，可参照现有除沫装置的结构，只要能实现上述功能即可。
36.进一步地，提压设备的出口管道上设置有控制阀和温度传感器3，温度传感器3用于检测提压后原料气的温度，若检测的温度较高，可以对其进行降温处理。
37.进一步地，气液分离器1上设置有液位计11，以用来检测气液分离器1的液位，保证原料气中气液分离过程的顺利进行。
38.本实用新型具体实施例中，含中低浓度二氧化碳的原料气为窑炉尾气，窑炉尾气
中二氧化碳的体积浓度为20-70％(比如20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％以及任意两端点值之间的区间值)。
39.由于窑炉尾气的温度较高，原料气压缩系统100还包括冷却器，冷却器位于提压设备和气液分离器1之间，用于降低提压后的窑炉尾气的温度，一般将其温度降低至40℃以下。
40.本实用新型具体实施例中，吸附塔2的入口管道上设置有控制阀、二氧化碳分析仪4和流量计5，其中，控制阀为自动控制阀门10，与控制器连接，实现自动化控制操作；二氧化碳分析仪4用于检测进入吸附塔2前原料气中二氧化碳的浓度，流量计5用于检测进入吸附塔2的原料气流量。
41.吸附塔2的顶部出气口管道上设置有压力表6和压力传感器7，压力表6用于检测原料气吸附后其他组分的压力，压力传感器7用于将压力表6检测的压力示数转变为电信号，以供后续指示和过程调节。
42.进一步地，吸附塔2的底部出气口管道上设置有压力表6和取样点8，压力表6用于检测经吸附后的二氧化碳气体的压力，取样点8用于供现场取样需求。
43.如图2所示，吸附塔2的入口管道和吸附塔2的顶部出气口均通过放空管道9与外部空气连通，其中，与吸附塔2的入口管道连通的放空管道9上设置有控制阀和放空阀9。当检测到进入吸附塔2前的原料气和吸附后的原料气其他组分不合格时，打开放空阀9，将其进行放空处理。
44.如图2所示，与下游系统连通的管道上设置有控制阀、流量计5、温度传感器3、取样点8、压力表6和二氧化碳分析仪4。其中，流量计5、温度传感器3、压力表6和二氧化碳分析仪4分别用于检测吸附后原料气其他组分的流量、温度、压力和其中的二氧化碳浓度，取样点8用于供现场取样需求。
45.需要说明的是，可以通过与下游系统连通的管道上的二氧化碳分析仪4示数来确定二氧化碳的回收率。
46.本实用新型具体实施例中，二氧化碳解吸系统300包括真空泵和缓冲罐，真空泵的进口通过管道连通于吸附塔2的底部出气口，真空泵的出口通过管道与缓冲罐的进口连通。本实施例采用真空泵的方式进行解吸，可以有效地降低能耗，还能提高二氧化碳的回收率。
47.进一步地，缓冲罐的出口管道上设置有流量计5和二氧化碳分析仪4，流量计5用于检测其流量，二氧化碳分析仪4用于检测二氧化碳的浓度，以供后续系统使用。需要说明的是，缓冲罐的出口管道连通于后续用二氧化碳系统，比如制作干冰的系统。
48.下面通过具体实施例来对中低浓度二氧化碳的捕集分离系统详细说明。
49.如图2所示，本具体实施例用于对某窑炉尾气中35％的二氧化碳进行捕集回收，其中，窑炉尾气的具体成分如表1所示。
50.表1窑炉尾气的成分
51.成分二氧化碳氮气氧气氩气水温度实测值35.1％7.7％3.7％0.1％53.5％150℃
52.具体操作为：窑炉尾气首先进入压缩机中，提压至0.3mpa，之后进入冷却器中进行降温，将其温度降至40℃以下，之后进入气液分离器1中进行气液分离，以除去其中的水分。提压、降温、除水后的窑炉尾气进入吸附塔2组进行吸附分离，吸附塔2组包括6个并联设置
的吸附塔2，窑炉尾气优先进入第一个吸附塔2，二氧化碳被吸附在该吸附塔2内的吸附剂中，放空气由塔顶流出，其他5个吸附塔2处于均压、终升和抽真空解吸阶段；当第一个吸附塔2吸附饱和后，窑炉尾气进入下一个刚刚完成终升的吸附塔2内进行吸附，而第一个吸附塔2进入均压阶段，如此往复，经过6个吸附塔2的吸附、均压、吹扫、冲压后，二氧化碳被富集在每个吸附塔2内的吸附剂中，进而塔底经真空泵解吸、降温后得到的解吸气为二氧化碳体积含量为92％，压力为15kpa的二氧化碳气体。
53.需要说明的是，本实施例中，每个吸附塔2的吸附压力均采用0.3mpa，为低压吸附，且解吸系统采用真空泵解吸，不但降低了能耗，而且提高了二氧化碳的回收率。
54.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。