一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统和方法

技术领域

本申请属于环境保护、工业烟气治理、资源利用技术领域，特别涉及一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统和方法。

背景技术

工业烟气治理是环境保护的重要问题之一。工业烟气是二氧化碳的主要排放源，对烟气中二氧化碳的捕集及其资源利用的技术研发在环保领域越来越受到关注和重视。在几种气体分离方法中，通过吸附分离技术捕集烟气中CO

吸附剂是吸附分离法捕集二氧化碳的一个关键因素，常用的二氧化碳吸附剂包括碳基材料、沸石分子筛、固体胺吸附剂等。并且，工业上根据解吸方式不同将吸附工艺分为变压吸附、变温吸附和变电吸附等。二氧化碳吸附及解吸的过程非常复杂；如何从烟气中高效捕集CO

发明内容

基于此，本申请提供一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统和方法，本申请的装置系统用于工业烟气CO

本申请提供一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统，包括吸附装置、解吸装置和冷却装置，所述吸附装置内部从上到下层叠设有至少两组薄层鼓泡床组件，每组薄层鼓泡床组件主体为布气孔板，所述布气孔板的一端为进料端、另一端为出料端，在其出料端设有下料管，所述下料管下端敞口并与下一组布气孔板进料端连通；所述吸附装置顶部设有气体出口，下部设有烟气进口及吸附剂排料管，并经第一输送管与解吸装置中部连接；

所述解吸装置顶部依次设有过滤器及解吸气出口，下部设有加热盘管和分布器，底部具有物料出口，并经第二输送管与冷却装置下部连接；所述冷却装置内设有冷却管和分布管，顶部连接有提升管；所述提升管上端伸到吸附装置内部。

在本申请的实施例中，所述每组薄层鼓泡床组件还包括位于布气孔板出料端的溢流堰，出料端流化料越过溢流堰进入下料管。

在本申请的实施例中，所述溢流堰高度在30～100mm之间。

在本申请的实施例中，所述下料管位于吸附装置壳体的外部和/或内部；所述吸附装置顶部气体出口前还设有烟气过滤器。

在本申请的实施例中，所述每组薄层鼓泡床组件的鼓泡床厚度在50～100mm之间。

在本申请的实施例中，所述吸附装置内部从上到下层叠设有2～6组薄层鼓泡床组件。

本申请提供一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸的方法，包括以下步骤：

采用前文所述的球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统；烟气从吸附装置下部烟气进口引入，烟气流化球形固态胺吸附剂颗粒，并被吸附捕集烟气中的CO

吸附CO

解吸后的固态胺颗粒从解吸装置底部物料出口、经第二输送管进入冷却装置，流化空气从分布管引入，将所述的固态胺颗粒冷却，经提升管输送到吸附装置内部循环使用。

在本申请的实施例中，所述球形固态胺吸附剂捕集30～100g CO

在本申请的实施例中，所述吸附捕集在40～80℃、100～120kPa条件下进行，接触时间为1～10秒。

在本申请的实施例中，将所述的吸附剂加热到80～110℃，解吸操作3～10分钟。

本申请实施例所述的二氧化碳捕集及解吸系统包括吸附装置、解吸装置和冷却装置，实现了CO

球形固态胺吸附剂从吸附装置上部进入1级薄层鼓泡床，吸附剂固态胺颗粒被烟气流化，充分接触并向出料端移动，越过1级溢流堰进入1级下料管，靠重力流动进入2级薄层鼓泡床的进料端，依次流过2级薄层鼓泡床、3级薄层鼓泡床、4级薄层鼓泡床，然后进入4级下料管，靠重力流动进入5级薄层鼓泡床，被烟气流化并向出料端移动，越过5级溢流堰进入吸附剂排料管，经第一螺旋输送管进入解吸装置；烟气从烟气进口进入，依次穿过各级薄层鼓泡床向上流动，在各级薄层鼓泡床中烟气流化球形固态胺吸附剂颗粒，在一定条件下充分接触，吸附捕集烟气中的CO

所述解吸装置中，流化蒸汽或CO

在本发明中，薄层鼓泡床压降低(每级薄层鼓泡床压降为0.5～1kPa)，故可设计更多级数的鼓泡床，实现烟气与吸附剂逆流接触，CO

附图说明

图1为本申请实施例提供的球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统的结构示意图；

其中，1-气体出口，2-烟气过滤器，3-吸附器，4-快分头，5-1级布气孔板，6-1级溢流堰，7-1级下料管，8-4级下料管，9-5级布气孔板，10-5级溢流堰，11-吸附剂排料管，12-烟气进口，13-第一螺旋输送管，14-蒸汽进口，15-加热盘管，16-凝结水出口，17-分布器，18-立管，19-第二螺旋输送管，20-分布管，21-提升管，22-解吸气出口，23-解吸气过滤器，24-解吸器，25-冷却器，26-蛇形冷却管；A-1级薄层鼓泡床，B-2级薄层鼓泡床，C-3级薄层鼓泡床，D-4级薄层鼓泡床，E-5级薄层鼓泡床。

具体实施方式

下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统，包括吸附装置、解吸装置和冷却装置；

所述吸附装置内部从上到下层叠设有至少两组薄层鼓泡床组件，每组薄层鼓泡床组件主体为布气孔板，所述布气孔板的一端为进料端、另一端为出料端，在其出料端设有下料管，所述下料管下端敞口并与下一组布气孔板进料端连通；所述吸附装置顶部设有气体出口，下部设有烟气进口及吸附剂排料管，并经第一输送管与解吸装置中部连接；所述解吸装置顶部依次设有过滤器及解吸气出口，下部设有加热盘管和分布器，底部具有物料出口，并经第二输送管与冷却装置下部连接；所述冷却装置内设有冷却管和分布管，顶部连接有提升管；所述提升管上端伸到吸附装置内部。

本申请的装置系统用于工业烟气CO

参见图1，图1为本申请实施例提供的二氧化碳捕集及解吸系统的结构示意图。其中，1为气体出口，2为烟气过滤器，3为吸附器，4为快分头，5为1级布气孔板，6为1级溢流堰，7为1级下料管，8为4级下料管，9为5级布气孔板，10为5级溢流堰，11为吸附剂排料管，12为烟气进口，13为第一螺旋输送管，14为蒸汽进口，15为加热盘管，16为凝结水出口，17为分布器，18为立管，19为第二螺旋输送管，20为分布管，21为提升管，22为解吸气出口，23为解吸气过滤器，24为解吸器，25为冷却器，26为蛇形冷却管。

本申请实施例提供的二氧化碳捕集及解吸系统包括：用于捕集CO

吸附器3壳体内部，从上到下层叠设有2～6组或更多的薄层鼓泡床组件。在本发明的实施例中，每组薄层鼓泡床组件由布气孔板、溢流堰及下料管组成，布气孔板是薄层鼓泡床组件的主体结构，其采用窄缝或筛孔或舌孔型布气孔板，开孔率为5％～15％，一般不设置风帽；溢流堰具有维持板上流化层均匀溢出的作用，是平堰或齿型堰。

本申请实施例的单级布气孔板的一端为进料端，另一端为出料端，在其出料端设有溢流堰和下料管，下料管下端敞口并与下一组(级)布气孔板进料端连通；单级布气孔板出料端的流化料越过其溢流堰进入下料管。在本申请的实施例中，各级的下料管可以位于吸附装置壳体的外部，也可以位于吸附装置壳体的内部，优选均设置于吸附装置壳体的外部。

在本申请的实施例中，所述每组薄层鼓泡床组件的鼓泡床厚度在50～100mm之间，优选在55mm～80mm之间；2层鼓泡床间距(高度)，0.5～1m。作为优选，各组溢流堰的高度在30～100mm之间，可以相同尺寸设置。

本申请的吸附装置内部设有多级薄层鼓泡床(有多级布气孔板及下料管)，单级鼓泡床厚度低、级数多(例如为4级、5级、6级等)；本申请采用球形固态胺吸附剂，吸附剂颗粒在薄层鼓泡床中径向流动，然后沿下料管向下流动，本发明中吸附过程的逆流程度更高、CO

在本申请的一些实施例中，球形固态胺吸附剂从吸附器3上部进入1级薄层鼓泡床(A，有1级布气孔板5)，吸附剂固态胺颗粒被烟气流化，充分接触并向出料端移动，越过1级溢流堰6进入1级下料管7，靠重力流动进入2级薄层鼓泡床(B)的进料端，依次流过2级薄层鼓泡床(B)、3级薄层鼓泡床(C)、4级薄层鼓泡床(D)，然后进入4级下料管8，靠重力流动进入5级薄层鼓泡床(E，第5级布气孔板9)，被烟气流化并向出料端移动，越过5级溢流堰10进入吸附剂排料管11，经输送管进入解吸装置；烟气从烟气进口12进入，向上流动依次穿过各级薄层鼓泡床，在各级薄层鼓泡床中烟气流化球形固态胺吸附剂颗粒，在一定条件下充分接触，吸附捕集烟气中的CO

其中，本申请对各级下料管、吸附剂排料管的设置并无特殊限制；吸附CO

如图1所示，本申请实施例所述的二氧化碳捕集及解吸系统包括解吸器24、冷却器25和提升管21；所述的解吸装置具有蒸汽进口14，下部设有加热盘管15、凝结水出口16和分布器17，顶部设有解吸气出口22及烟气过滤器23，底部具有物料出口，并经第二输送管19与冷却装置下部连接。所述的冷却装置内设有分布管20和冷却管26，且顶部连接有提升管21，其上端伸到吸附装置内部。

本发明所述的解吸装置优选采用立式结构，并且内设蛇形加热盘管，采用蒸汽冷凝加热，解吸效果好。在本发明实施例所述解吸装置中，流化蒸汽或CO

作为优选，80～110℃的固态胺颗粒经立管(18)、第二螺旋输送管(19)进入冷却器(25)；流化空气从分布管(20)进入，蛇形冷却管(26)内进入冷却水，将固态胺吸附剂颗粒冷却到40℃，经提升管(21)输送到吸附器(3)顶层薄层鼓泡床循环使用，该提升管上端伸到吸附器(3)内部与快分头(4)连接。

其中，所述的冷却装置也可以配套为立式结构；优选采用蛇形冷却水管。本发明实施例所述的装置系统包括上述专门的冷却器，可根据需要设计的足够大，充分保证冷却效果。

相应地，本申请提供了一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸的方法，包括以下步骤：

采用前文所述的球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统；烟气从吸附装置下部烟气进口引入，烟气流化球形固态胺吸附剂颗粒，并被吸附捕集烟气中的CO

吸附CO

解吸后的固态胺颗粒从解吸装置底部物料出口、经第二输送管进入冷却装置，流化空气(增压后的空气)从分布管引入，蛇形冷却管中进入冷却水将所述的固态胺颗粒冷却，经提升管输送到吸附装置内部循环使用。

采用前文所述的球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统，以球形固态胺为吸附剂，可应用于工业烟气CO

在本申请的实施例中，所述吸附装置中吸附捕集CO

吸附CO

解吸后的固态胺颗粒进入冷却装置，流化空气(增压后的空气)从分布管引入(使固态胺颗粒处于流化状态、具有流动性，并加强其与冷却管间传热)，蛇形冷却管内进入冷却水，将固态胺吸附剂颗粒冷却到40℃，经提升管输送到吸附装置内部，循环使用。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统和方法进行具体地描述。本申请以下实施例所用到的原料均为市售商品。

实施例1

参见图1，球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸装置包括吸附器(3)、解吸器(24)、冷却器(25)及提升管(21)，在吸附器(3)内部设置5组薄层鼓泡床组件，由布气孔板、溢流堰及下料管组成；吸附器(3)顶部设有烟气过滤器(2)及气体出口(1)，下部设有烟气进口(12)及吸附剂排料管(11)，并经第一螺旋输送管(13)与解吸器(24)连接；解吸器(24)顶部设有解吸气过滤器(23)及解吸气出口(22)，下部设有加热盘管(15)和分布器(17)，底部经立管(18)、第二螺旋输送管(19)与冷却器(25)下部连接；冷却器(25)内设有蛇形冷却管(26)、分布管(20)，顶部与提升管(21)下端连接；提升管(21)上端伸到吸附器(3)内部与快分头(4)连接。

各组薄层鼓泡床组件中，布气孔板开孔率为10％～15％；溢流堰高度50mm；下料管设置在吸附器壳体外部。

薄层鼓泡床厚度60mm；采用DRC吸附剂，每公斤球形固态胺吸附剂捕集70～80gCO

针对CO

由以上实施例可知，本发明系统及方法的CO

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。