本發(fā)明屬于工業(yè)煙氣co2捕集技術(shù)，涉及一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年度全球co2排放總量為321億噸，其中中國(guó)co2排放量為91.93億噸，占全球28.6％，持續(xù)成為世界首要碳排放國(guó)。2014年9月17日《國(guó)務(wù)院關(guān)于國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃(2014-2020年)的批復(fù)》規(guī)定，中國(guó)在2020年之前實(shí)現(xiàn)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值co2排放比2005年下降40％～45％。我國(guó)co2的排放20％來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)，主要包括電力、水泥和鋼鐵等高能耗行業(yè)，其中水泥行業(yè)co2排放占工業(yè)總排放量的5％，居行業(yè)第三位。
與電力和鋼鐵等其他行業(yè)相比，水泥工業(yè)co2不僅來(lái)源于燃料燃燒生成，還包括原料石灰石的分解，以熟料消耗1.5t生料/t熟料、熱耗740kcal/kg熟料計(jì)算，每生產(chǎn)1t熟料，大約排放0.83t的co2，與其它c(diǎn)o2排放行業(yè)鋼鐵(co2含量12％～15％)、火電行業(yè)(co2含量10％～15％)相比，水泥行業(yè)廢氣中的co2濃度(20％～33％)相對(duì)較高，具有潛在的回收價(jià)值和效益。
目前國(guó)外如德國(guó)和日本等國(guó)家針對(duì)水泥窯co2的減排和回收已開(kāi)展了一些工作，包括源頭原料替代和末端減排技術(shù)。
日本水泥協(xié)業(yè)從1996年就開(kāi)展了“環(huán)境自主行動(dòng)計(jì)劃”，目的是開(kāi)展節(jié)約能耗和減排co2的活動(dòng)，采取的主要措施有推廣節(jié)能設(shè)備、提高替代燃料的使用量、擴(kuò)大使用各種廢棄以及增加混合水泥的產(chǎn)量等。從1997年起，全部采用了新型干法燒成工藝和懸浮預(yù)熱器工藝，是世界主要水泥生產(chǎn)國(guó)單位能耗最低的國(guó)家。目前為止幾乎所有水泥廠都采用了工業(yè)廢棄物和城市垃圾，用于水泥配料和替代燃料。日本水泥工業(yè)最近引進(jìn)了以木質(zhì)廢物為燃料的“生物體”發(fā)電技術(shù)，并且焚燒灰可以作為二次廢棄物代用原料使用。日本還研究使用了具有礦物化能力的“球石藻”固定co2，使其再資源化，可控制水泥生產(chǎn)排出的co2量。德國(guó)一直以來(lái)都執(zhí)行嚴(yán)格且完善的垃圾分類(lèi)管理體系，其水泥產(chǎn)業(yè)的廢棄物燃料替代工藝一直處于世界領(lǐng)先水平，另外德國(guó)卡爾斯魯厄技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)出一種基于水合硅酸鈣技術(shù)的“綠色”水泥生產(chǎn)工藝，由于原料和生產(chǎn)溫度的大幅革新，相比傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)工藝可減少50％的co2排放量。
我國(guó)co2減排技術(shù)起步較晚，針對(duì)水泥廠的余熱利用減排，目前水泥窯已應(yīng)用的技術(shù)主要集中在生產(chǎn)工藝方面，比如一些水泥廠家用廢氣的余熱烘干原燃料，可省去烘干用煤，減少co2排放；還有采用碳排放強(qiáng)度低的原料代替石灰質(zhì)原料，替代原料包括電石渣、高爐礦渣、粉煤灰和鋼渣等，此外在生產(chǎn)能耗環(huán)節(jié)，高效粉磨技術(shù)(如cn101665334a和cn101921079a中公開(kāi)的方法)、余熱發(fā)電技術(shù)(cn204783146u和cn202993866u中公開(kāi)的方法)在水泥工業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用，取得了顯著的效果。
在減少排放co2的各種努力中，無(wú)論是將co2作為原料再次利用還是進(jìn)行深海埋藏，co2的富集過(guò)程都是必要的而且是費(fèi)用最高的一步。目前國(guó)外的co2燃燒后捕集利用技術(shù)在國(guó)內(nèi)仍處于研發(fā)和示范階段，面臨著高成本、高能耗和缺乏長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性和可靠性等問(wèn)題，極大的制約著水泥工業(yè)co2減排技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有co2減排技術(shù)中存在的高成本、高能耗和缺乏長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性和可靠性等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)和方法。本發(fā)明利用廉價(jià)的固體吸附劑采用變溫吸附的方法對(duì)工業(yè)煙氣中co2進(jìn)行富集和濃縮，同時(shí)利用煙氣中的余熱再生吸附劑，省去了co2吸收式捕集裝備所必需的煙氣洗滌和氣液分離等系統(tǒng)以及抗氧化劑和緩蝕劑等投資成本，降低了co2回收技術(shù)的成本和能耗，為水泥等工業(yè)co2減排提供新的思路和方法。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
第一方面，本發(fā)明提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括余熱發(fā)電系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)和co2富集系統(tǒng)，其中余熱發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的煙氣產(chǎn)生裝置、分解爐、預(yù)分解爐和余熱發(fā)電裝置，所述煙氣凈化系統(tǒng)包括依次連接的生料磨、第一除塵器和排空煙道，所述余熱發(fā)電裝置的煙氣出口與生料磨的氣體入口相連，所述co2富集系統(tǒng)包括第二除塵器、吸附塔、解析塔和鼓風(fēng)機(jī)，所述預(yù)分解爐的出氣口與第二除塵器的氣體入口相連，第二除塵器的氣體出口與解析塔的殼層氣體入口相連，解析塔的殼層氣體出口與第一除塵器的氣體入口相連，解析塔的co2出口管路分為兩路，一路與co2收集器相連，一路與解析塔的管程入口相連，第一除塵器的出氣口與吸附塔的管程氣體入口相連，吸附塔的管程氣體出口與排空煙道的氣體入口相連，鼓風(fēng)機(jī)的氣體出口與吸附塔的氣體入口相連。
本發(fā)明中，所述鼓風(fēng)機(jī)與吸附塔氣體入口相連，一方面可以給氣體降溫；另一方面可以加速氣體流動(dòng)，增強(qiáng)吸附塔的吸附效果。
本發(fā)明中，所述預(yù)分解爐產(chǎn)生的高溫氣體(溫度在150℃～500℃)一部分用于進(jìn)行發(fā)電，一部分用于對(duì)co2富集系統(tǒng)中的解析塔進(jìn)行解吸，以達(dá)到回收系統(tǒng)中熱量的目的。所述預(yù)分解爐產(chǎn)生的高溫氣體對(duì)co2富集系統(tǒng)中的解析塔進(jìn)行解吸，主要是利用了氣體的高溫加熱吸附了co2的飽和吸附劑，使co2從吸附劑中逸出。
本發(fā)明中，所述解析塔中吸附劑經(jīng)解吸產(chǎn)生的富co2氣體一部分返回解吸塔的入口作為解吸過(guò)程中的惰性氣氛，其一方面可以避免吸附劑再生過(guò)程中可能存在的吸附劑氧化或燃燒，另一方面省去了對(duì)所收集的co2氣體的進(jìn)一步純化的設(shè)備和步驟，進(jìn)而使從解析塔出口捕集到的co2氣體可以直接進(jìn)行成品收集。
本發(fā)明中，從余熱發(fā)電裝置中排出的煙氣經(jīng)生料磨和第一除塵器除塵后進(jìn)入吸附塔中吸附其中的co2，經(jīng)吸附塔在低溫吸附co2后的貧co2氣體經(jīng)排空煙道排出系統(tǒng)。
本發(fā)明中，所述吸附塔和解析塔的結(jié)構(gòu)相同，二者可以替換使用，即當(dāng)吸附塔中的吸附劑飽和后，可以將其作為解析塔，而將解析塔作為吸附塔，二者交替使用，通過(guò)設(shè)置閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)管路的轉(zhuǎn)換。
具體的，如圖2和圖3所示，所述預(yù)分解爐的出氣口經(jīng)第二除塵器，通過(guò)三通閥同時(shí)與解析塔和吸附塔的殼層氣體入口相連，解析塔和吸附塔的殼層氣體出口通過(guò)三通閥同時(shí)與第一除塵器的氣體入口相連，當(dāng)解析塔進(jìn)行解吸，吸附塔進(jìn)行吸附的時(shí)候，三通閥斷開(kāi)第二除塵器和吸附塔的殼層氣體入口的連通，只保持第二除塵器和解析塔相連通，為解析塔提供高溫?zé)煔?，三通閥斷開(kāi)吸附塔與第一除塵器之間的連接，只保持解析塔和第一除塵器之間的連接，以使降溫后的煙氣進(jìn)入第一除塵器進(jìn)行除塵；
第一除塵器氣體出口通過(guò)三通閥同時(shí)與吸附塔和解析塔的管程氣體入口相連，吸附塔的管程氣體出口通過(guò)三通閥同時(shí)與co2收集器和排空煙道相連，解析塔的管程氣體出口通過(guò)三通閥同時(shí)與co2收集器和排空煙道相連；當(dāng)解析塔進(jìn)行解吸，吸附塔進(jìn)行吸附的時(shí)候，調(diào)節(jié)三通閥使第一除塵器與吸附塔相連，第一除塵器與解析塔斷開(kāi)，將第一除塵器排出的煙氣送入吸附塔進(jìn)行吸附，調(diào)節(jié)三通閥使吸附塔的管程氣體出口與排空煙道相連，調(diào)節(jié)三通閥使解析塔的管程氣體出口與co2收集器相連；
經(jīng)解吸后收集的富co2氣體同樣通過(guò)三通閥與吸附塔和解析塔的管程氣體入口相連，當(dāng)解析塔進(jìn)行解吸，吸附塔進(jìn)行吸附的時(shí)候，調(diào)節(jié)三通閥，使富co2氣體與吸附塔之間斷開(kāi)連接，維持富co2氣體與解析塔的之間的連接，使富co2氣體作為解析塔的惰性氣氛。
當(dāng)吸附塔中的吸附劑飽和后，調(diào)節(jié)三通閥將其作為解析塔，而將解析塔作為吸附塔，二者交替使用，使用過(guò)程與上述過(guò)程相同。
以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過(guò)以下技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述系統(tǒng)包括濕式除塵裝置，所述濕式除塵裝置同時(shí)與預(yù)分解爐的氣體出口管路和第一除塵器的入口管路相連。本發(fā)明中，所述濕式除塵裝置為余熱發(fā)電系統(tǒng)和co2富集系統(tǒng)的旁路，當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)和co2富集系統(tǒng)的旁路不工作時(shí)，煙氣可以經(jīng)濕式除塵裝置和第一除塵器直接連煙氣經(jīng)排空煙道排出。
優(yōu)選地，所述第一除塵器和排空煙道之間設(shè)有調(diào)節(jié)閥門(mén)，其組成了煙氣排出的備用管路。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述吸附塔的個(gè)數(shù)≥1個(gè)，例如1個(gè)、3個(gè)、5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、10個(gè)、12個(gè)、14個(gè)、16個(gè)、18個(gè)或20個(gè)個(gè)以及更多，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為5～30個(gè)。
優(yōu)選地，所述解析塔的個(gè)數(shù)≥1個(gè)，例如1個(gè)、3個(gè)、5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、10個(gè)、12個(gè)、14個(gè)、16個(gè)、18個(gè)或20個(gè)以及更多，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為5～30個(gè)。
所述多個(gè)吸附塔和多個(gè)解析塔，以組為單位并聯(lián)使用，每組包括1個(gè)吸附塔和1個(gè)解析塔。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述吸附塔中所用吸附劑為天然沸石、分子篩、氧化鋁、活性炭或金屬有機(jī)固體中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有：天然沸石和分子篩的組合，氧化鋁和活性炭的組合，活性炭和金屬有機(jī)固體的組合，天然沸石、分子篩和氧化鋁的組合，氧化鋁、活性炭和金屬有機(jī)固體的組合，天然沸石、分子篩、氧化鋁、活性炭和金屬有機(jī)固體的組合等，但并不僅限于上述所列吸附劑，對(duì)co2具有良好吸附功能的其他新型吸附劑同樣可適用于本發(fā)明。
優(yōu)選地，所述吸附塔中所用吸附劑的結(jié)構(gòu)包括板狀、螺紋狀或蜂窩狀中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有：板狀和螺紋狀的組合，螺紋狀和蜂窩狀的組合，板狀、螺紋狀和蜂窩狀的組合等，但并不僅限于上述組合。
優(yōu)選地，所述吸附塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為列管式、蛇管式或u型管式中任意一種，但并不僅限于上述所列結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述解析塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為列管式、蛇管式或u型管式中任意一種，但并不僅限于上述所列結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一除塵器為布袋除塵器，其并不僅限于布袋除塵器，其他干式精除塵器同樣適用于本發(fā)明。
優(yōu)選地，所述第二除塵器為旋風(fēng)除塵器，其并不僅限于旋風(fēng)除塵器，其他干式粗除塵器同樣適用于本發(fā)明。
第二方面，本發(fā)明提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收方法，所述方法包括以下步驟：
(1)待處理工業(yè)煙氣依次經(jīng)分解和預(yù)分解處理后，分為兩部分，第一部分煙氣和第二部分煙氣；
(2)步驟(1)中所述第一部分煙氣用于發(fā)電回收熱量和除塵處理后與吸附劑接觸進(jìn)行co2吸附，脫除co2后的煙氣排出系統(tǒng)；
(3)步驟(1)中所述第二部分煙氣經(jīng)除塵后用于對(duì)吸附了co2的飽和吸附劑進(jìn)行解析，所述第二部分煙氣對(duì)飽和吸附劑解析后進(jìn)行除塵處理，并與吸附劑接觸進(jìn)行co2吸附。
此處，所述的“第一部分”和“第二部分”并不是對(duì)煙氣的利用順序進(jìn)行限定，僅僅是簡(jiǎn)單的命名。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述方法包括以下步驟：
(1)待處理煙氣依次經(jīng)分解爐和預(yù)分解爐處理后，分為兩部分，第一部分煙氣和第二部分煙氣；
(2)步驟(1)中所述第一部分煙氣用于余熱發(fā)電裝置中進(jìn)行發(fā)電回收熱量后，經(jīng)第一除塵器除塵后進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行co2吸附，脫除co2的煙氣經(jīng)排空煙道排出系統(tǒng)；
(3)步驟(1)中所述第二部分煙氣經(jīng)第二除塵器除塵后進(jìn)入解析塔中對(duì)吸附了co2的飽和吸附劑進(jìn)行解析，解析出co2氣體，所述第二部分煙氣從解析塔中出來(lái)后進(jìn)入第一除塵器進(jìn)行除塵處理，再進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行co2吸附。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(3)中所述解析得到的co2氣體分為兩部分，一部分進(jìn)行提純后得到成品，另一部分返回解析過(guò)程，作為解析過(guò)程中的惰性氣氛。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(1)中所述待處理煙氣包括來(lái)自水泥廠、火電廠或鋼鐵廠的待處理煙氣，但并不僅限于上述領(lǐng)域。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述待處理煙氣中co2的濃度為5％～50％，例如5％、7％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述待處理煙氣的處理量為0～100萬(wàn)m3/h，例如10萬(wàn)m3/h、20萬(wàn)m3/h、30萬(wàn)m3/h、40萬(wàn)m3/h、50萬(wàn)m3/h、60萬(wàn)m3/h、70萬(wàn)m3/h、80萬(wàn)m3/h、90萬(wàn)m3/h或100萬(wàn)m3/h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
優(yōu)選地，步驟(1)中待處理煙氣依次經(jīng)分解和預(yù)分解處理后的溫度為150℃～500℃，例如150℃、170℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為300℃～350℃。
優(yōu)選地，步驟(2)中所述吸附劑為天然沸石、分子篩、氧化鋁、活性炭或金屬有機(jī)固體中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有：天然沸石和分子篩的組合，氧化鋁和活性炭的組合，活性炭和金屬有機(jī)固體的組合，天然沸石、分子篩和氧化鋁的組合，氧化鋁、活性炭和金屬有機(jī)固體的組合，天然沸石、分子篩、氧化鋁、活性炭和金屬有機(jī)固體的組合等，但并不僅限于上述所列吸附劑，對(duì)co2具有良好吸附功能的其他新型吸附劑同樣可適用于本發(fā)明。
優(yōu)選地，步驟(2)中所述co2吸附的吸附溫度為30℃～80℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
優(yōu)選地，步驟(3)中所述第二部分煙氣從解析塔(10)中出來(lái)后的溫度為100℃～200℃，例如100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明利用廉價(jià)的固體吸附劑采用變溫吸附的方法對(duì)工業(yè)煙氣中co2進(jìn)行富集和濃縮，同時(shí)利用煙氣中的余熱再生吸附劑，實(shí)現(xiàn)co2減排的同時(shí)達(dá)到尾氣余熱利用的節(jié)能目的，省去了co2吸收式捕集裝備所必需的煙氣洗滌和氣液分離等系統(tǒng)以及抗氧化劑和緩蝕劑等投資成本，最終煙氣co2的富集率可達(dá)100％。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明所述工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中吸收塔9和解析塔10連接關(guān)系示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中吸收塔9和解析塔10連接關(guān)系示意圖；
其中，1-煙氣產(chǎn)生裝置，2-分解爐，3-預(yù)分解爐，4-余熱發(fā)電裝置，5-生料磨，6-濕式除塵裝置，7-第一除塵器，8-第二除塵器，9-吸附塔，10-解析塔，11-鼓風(fēng)機(jī)，12-排空煙道，1-1三通閥，1-2三通閥，1-3三通閥，1-4三通閥，1-5三通閥，1-6三通閥。
具體實(shí)施方式
為更好地說(shuō)明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。但下述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施例部分提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括余熱發(fā)電系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)和co2富集系統(tǒng)，其中余熱發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的煙氣產(chǎn)生裝置1、分解爐2、預(yù)分解爐3和余熱發(fā)電裝置4，所述煙氣凈化系統(tǒng)包括依次連接的生料磨5、第一除塵器7和排空煙道12，所述余熱發(fā)電裝置4的煙氣出口與生料磨5的氣體入口相連，所述co2富集系統(tǒng)包括第二除塵器8、吸附塔9、解析塔10和鼓風(fēng)機(jī)11，所述預(yù)分解爐3的出氣口與第二除塵器8的氣體入口相連，第二除塵器8的氣體出口與解析塔10的殼層氣體入口相連，解析塔10的殼層氣體出口與第一除塵器7的氣體入口相連，解析塔10的co2出口管路分為兩路，一路與co2收集器相連，一路與解析塔10的管程入口相連，第一除塵器7的出氣口與吸附塔9的管程氣體入口相連，吸附塔9的管程氣體出口與排空煙道12的氣體入口相連，鼓風(fēng)機(jī)11的氣體出口與吸附塔9的氣體入口相連。
本發(fā)明具體實(shí)施例部分提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收方法，所述方法包括以下步驟：
(1)待處理工業(yè)煙氣依次經(jīng)分解和預(yù)分解處理后，分為兩部分，第一部分煙氣和第二部分煙氣；
(2)步驟(1)中所述第一部分煙氣用于發(fā)電回收熱量和除塵處理后與吸附劑接觸進(jìn)行co2吸附，脫除co2后的煙氣排出系統(tǒng)；
(3)步驟(1)中所述第二部分煙氣經(jīng)除塵后用于對(duì)吸附了co2的飽和吸附劑進(jìn)行解析，所述第二部分煙氣對(duì)飽和吸附劑解析后進(jìn)行除塵處理，并與吸附劑接觸進(jìn)行co2吸附。
以下為本發(fā)明典型但非限制性實(shí)施例；
實(shí)施例1：
本實(shí)施例提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)包括余熱發(fā)電系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)和co2富集系統(tǒng)，其中余熱發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的煙氣產(chǎn)生裝置1、分解爐2、預(yù)分解爐3和余熱發(fā)電裝置4，所述煙氣凈化系統(tǒng)包括依次連接的生料磨5、第一除塵器7和排空煙道12，所述余熱發(fā)電裝置4的煙氣出口與生料磨5的氣體入口相連，所述co2富集系統(tǒng)包括第二除塵器8、吸附塔9、解析塔10和鼓風(fēng)機(jī)11，所述預(yù)分解爐3的出氣口與第二除塵器8的氣體入口相連，第二除塵器8的氣體出口與解析塔10的殼層氣體入口相連，解析塔10的殼層氣體出口與第一除塵器7的氣體入口相連，解析塔10的co2出口管路分為兩路，一路與co2收集器相連，一路與解析塔10的管程入口相連，第一除塵器7的出氣口與吸附塔9的管程氣體入口相連，吸附塔9的管程氣體出口與排空煙道12的氣體入口相連，鼓風(fēng)機(jī)11的氣體出口與吸附塔9的氣體入口相連。
所述系統(tǒng)包括濕式除塵裝置6，濕式除塵裝置6同時(shí)與預(yù)分解爐3的氣體出口管路和第一除塵器7的入口管路相連。所述第一除塵器7為布袋除塵器，第二除塵器8為旋風(fēng)除塵器。
所述第一除塵器7和排空煙道12之間設(shè)有調(diào)節(jié)閥門(mén)。
所述吸附塔9的個(gè)數(shù)為18個(gè)，解析塔10的個(gè)數(shù)為18個(gè)，即18組作業(yè)組并聯(lián)，每組包括1個(gè)吸附塔9和1個(gè)解析塔10，吸附塔9和解析塔10的結(jié)構(gòu)相同，均為列管式，每個(gè)塔的內(nèi)徑為5米，塔高為30米，填充co2吸附劑1500噸，所用吸附劑為常規(guī)的活性炭為吸附劑，其密度為650kg/m3，可以滿(mǎn)足本實(shí)施例的填料要求。
所述吸附塔9和解析塔10替換使用，便于替換，其連接方法如圖2所示，所述預(yù)分解爐3的出氣口經(jīng)第二除塵器8，通過(guò)三通閥1-3同時(shí)與解析塔10和吸附塔9的殼層氣體入口相連，解析塔10和吸附塔9的殼層氣體出口通過(guò)三通閥1-4同時(shí)與第一除塵器7的氣體入口相連，當(dāng)解析塔10進(jìn)行解吸，吸附塔9進(jìn)行吸附的時(shí)候，三通閥1-3斷開(kāi)第二除塵器8和吸附塔9的殼層氣體入口的連通，只保持第二除塵器8和解析塔10相連通，為解析塔10提供高溫?zé)煔?，三通閥1-4斷開(kāi)吸附塔9與第一除塵器7之間的連接，只保持解析塔10和第一除塵器7之間的連接，以使降溫后的煙氣進(jìn)入第一除塵器7進(jìn)行除塵；
第一除塵器7氣體出口通過(guò)三通閥1-2同時(shí)與吸附塔9和解析塔10的管程氣體入口相連，吸附塔的管程氣體出口通過(guò)三通閥1-5同時(shí)與co2收集器和排空煙道12相連，解析塔10的管程氣體出口通過(guò)三通閥1-6同時(shí)與co2收集器和排空煙道12相連；當(dāng)解析塔10進(jìn)行解吸，吸附塔9進(jìn)行吸附的時(shí)候，調(diào)節(jié)三通閥1-2第一除塵器7與吸附塔9相連，第一除塵器7與解析塔10斷開(kāi)，將第一除塵器7排出的煙氣送入吸附塔9進(jìn)行吸附，調(diào)節(jié)三通閥1-5使吸附塔9的管程氣體出口與排空煙道12相連，調(diào)節(jié)三通閥1-6使解析塔10的管程氣體出口與co2收集器相連；
經(jīng)解吸后收集的富co2氣體同樣通過(guò)三通閥1-1與吸附塔9和解析塔10的管程氣體入口相連，當(dāng)解析塔10進(jìn)行解吸，吸附塔9進(jìn)行吸附的時(shí)候，調(diào)節(jié)三通閥1-1，使富co2氣體與吸附塔9之間斷開(kāi)連接，維持富co2氣體與解析塔10的之間的連接，使富co2氣體作為解析塔10的惰性氣氛。
采用本實(shí)施例中所述系統(tǒng)，處理從新型干法水泥爐窯中排出的溫度為300℃～350℃的熱煙氣，其處理方法為：
(1)待處理煙氣依次經(jīng)分解爐2和預(yù)分解爐3處理后，分為兩部分，第一部分煙氣和第二部分煙氣；
(2)步驟(1)中所述第一部分煙氣用于余熱發(fā)電裝置4中進(jìn)行發(fā)電回收熱量后，經(jīng)第一除塵器7除塵后進(jìn)入吸附塔9中進(jìn)行在60℃下進(jìn)行co2吸附，脫除co2的煙氣經(jīng)排空煙道12排出系統(tǒng)；
(3)步驟(1)中所述第二部分煙氣經(jīng)第二除塵器8除塵后進(jìn)入解析塔10中對(duì)吸附了co2的飽和吸附劑進(jìn)行解析，所述第二部分煙氣從解析塔10中出來(lái)后降至100℃～200℃后進(jìn)入第一除塵器7進(jìn)行除塵處理，再進(jìn)入吸附塔9中進(jìn)行co2吸附。
當(dāng)吸附塔9中的吸附劑飽和后，調(diào)節(jié)三通閥將其作為解析塔，而將解析塔10作為吸附塔，二者交替使用，使用過(guò)程與上述過(guò)程相同。
在本實(shí)施例中，co2吸附劑的吸附量為0.13g/g(3mmol/g)，則每臺(tái)作業(yè)塔的co2飽和吸附量按下式計(jì)算：
g飽＝g×m(1)
其中g(shù)表示co2吸附劑的吸附量(0.13g/g)，m為吸附劑的使用量，計(jì)算得出每臺(tái)作業(yè)塔的co2吸附量g飽為195噸。在本實(shí)施例中，每臺(tái)作業(yè)塔對(duì)co2的吸附效率設(shè)計(jì)值為85％，則18臺(tái)吸附塔同時(shí)工作的co2吸附量為2983.5噸。假設(shè)煙氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，則18臺(tái)吸附塔同時(shí)工作的co2吸附量為1.66×106m3。
在本實(shí)施例中，根據(jù)對(duì)水泥廠窯尾煙氣的測(cè)試得知co2的體積濃度為22％，則18臺(tái)脫附塔同時(shí)工作時(shí)可處理的煙氣總量為754.2萬(wàn)m3。
在本實(shí)施例中，水泥廠窯尾煙氣排放量為50萬(wàn)m3/h，所以吸附塔達(dá)到飽和吸附量的理論工作時(shí)間為15.08小時(shí)，在實(shí)際工作中需要消除不理想因素的影響，每12小時(shí)對(duì)吸附/脫附塔進(jìn)行一次切換。
富集后排空的煙氣中沒(méi)有co2，co2的富集量為11萬(wàn)m3/h，富集量率達(dá)100％。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照實(shí)施例1，區(qū)別在于：所述吸附塔9的個(gè)數(shù)為20個(gè)，解析塔10的個(gè)數(shù)為20個(gè)，即20組作業(yè)組并聯(lián)，每組包括1個(gè)吸附塔9和1個(gè)解析塔10，吸附塔9和解析塔10的結(jié)構(gòu)相同，均為蛇型管，其有利于煙氣與吸附劑進(jìn)行更加充分的物質(zhì)和能量交換。每個(gè)塔的內(nèi)徑為6米，塔高為30米，填充co2吸附劑1800噸。在本實(shí)施例中采用常規(guī)的分子篩為吸附劑，其密度為700kg/m3，可以滿(mǎn)足本實(shí)施例的填料要求。
所述吸附塔9和解析塔10替換使用，其連接方法如圖3所示，參照實(shí)施例1。
采用本實(shí)施例中所述系統(tǒng)，處理從新型干法水泥爐窯中排出的溫度為300℃～350℃的熱煙氣，其處理方法操作實(shí)施例1中操作方法，區(qū)別僅在于步驟(1)中co2吸附的吸附溫度為30℃～33℃。
在本實(shí)施例中，co2吸附劑的吸附量為0.198g/g(4.5mmol/g)，則每臺(tái)作業(yè)塔的co2飽和吸附量按實(shí)施例一中式(1)計(jì)算得出每臺(tái)作業(yè)塔的co2吸附量g飽為356.4噸。在本實(shí)施例中，每臺(tái)作業(yè)塔對(duì)co2的吸附效率設(shè)計(jì)值為0.9，則20臺(tái)吸附塔同時(shí)工作的吸附量為6415.2噸。假設(shè)氣體處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，則20臺(tái)吸附塔同時(shí)工作的吸附量為3.57×106m3。
在本實(shí)施例中，根據(jù)對(duì)水泥廠窯尾煙氣的測(cè)試得知co2的體積濃度為22％，則20臺(tái)脫附塔同時(shí)工作時(shí)可處理的煙氣總量為1623萬(wàn)m3。
在本實(shí)施例中，水泥廠窯尾煙氣排放量為20萬(wàn)m3/h，所以吸附塔達(dá)到飽和吸附量的理論工作時(shí)間為81.14小時(shí)，在實(shí)際工作中需要消除不理想因素的影響，每72小時(shí)對(duì)吸附/脫附塔進(jìn)行一次切換。
富集后排空的煙氣中沒(méi)有co2，富集量率達(dá)100％。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照實(shí)施例1，區(qū)別僅在于吸附塔9的個(gè)數(shù)為5個(gè)，解析塔10的個(gè)數(shù)為6個(gè)。
采用本實(shí)施例中所述系統(tǒng)，處理溫度為150℃～200℃的co2體積濃度為7％的熱煙氣，其處理方法操作實(shí)施例1中操作方法，區(qū)別僅在于步驟(1)中co2吸附的吸附溫度為77℃～80℃。
富集后排空的煙氣中沒(méi)有co2，富集量率達(dá)100％。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例提供了一種工業(yè)煙氣中co2富集以及余熱回收系統(tǒng)及其處理方法，所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照實(shí)施例1，區(qū)別僅在于吸附塔9的個(gè)數(shù)為29個(gè)，解析塔10的個(gè)數(shù)為30個(gè)。
采用本實(shí)施例中所述系統(tǒng)，處理溫度為450℃～500℃的co2體積濃度為48％的熱煙氣，其處理方法操作實(shí)施例1中操作方法。
富集后排空的煙氣中沒(méi)有co2，富集量率達(dá)100％。
綜合上述實(shí)施例的結(jié)果可以看出，本發(fā)明利用廉價(jià)的固體吸附劑采用變溫吸附的方法對(duì)工業(yè)煙氣中co2進(jìn)行富集和濃縮，同時(shí)利用煙氣中的余熱再生吸附劑，實(shí)現(xiàn)co2減排的同時(shí)達(dá)到尾氣余熱利用的節(jié)能目的，省去了co2吸收式捕集裝備所必需的煙氣洗滌和氣液分離等系統(tǒng)以及抗氧化劑和緩蝕劑等投資成本，最終煙氣co2的富集率可達(dá)100％。
申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴(lài)上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。