回收低温烟气冷量的吸附再生工艺和系统

技术领域

本发明涉及烟气吸附技术邻域，由其是涉及一种回收低温烟气冷量的吸附再生工艺和系统。

背景技术

为了保护环境和人体健康，相关技术中常采用烟气吸附塔将烟气中的污染物脱除，传统上的烟气吸附通常为高温吸附，即锅炉排出的烟气通过冷却塔冷却到大体200℃，然后进入烟气吸附塔进行高温吸附净化，但是高温烟气吸附存在吸附剂消耗大，吸附效果差，吸附后的净烟气中氮氧化物含量高，无法实现近零排放的问题。

为了克服高温吸附的问题，相关技术提出了烟气低温吸附技术，即将烟气冷却为例如室温以下的低温烟气，再通过吸附将烟气中的污染物组分从中脱除。低温吸附中，吸附剂的吸附能力在低温环境下成倍数提升，与常规的高温烟气吸附相比极大提升了吸附净化率，可以实现烟气的近零排放。但是，低温烟气吸附过程中，烟气的吸附效果对吸附温度具有较高的敏感度，因此在实际工程应用中，提供理想的低温吸附环境对保证烟气的吸附效果具有重要意义。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

相关技术中的低温烟气吸附系统采用吸附塔对烟气吸附净化，再生塔对吸附剂进行加热再生，加热再生后的吸附剂被送回吸附塔继续吸附，但是加热再生后的吸附剂温度较高，高温吸附剂送入吸附塔中与低温烟气接触，极大的影响吸附塔中的低温吸附效率和吸附效果。为了降低再生后吸附剂的温度，相关技术中提出了具有冷却段的再生塔，即将加热再生的吸附剂送入冷却段进行冷却后输出，但是经过冷却段冷却后的吸附剂的温度与低温烟气(室温以下)的温度相比仍然较高(约80℃-100℃)，对低温吸附的影响不可忽视。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种回收低温烟气冷量的吸附再生工艺和系统。

本发明的回收低温烟气冷量的吸附再生工艺包括：

吸附步骤：温度在室温以下的低温烟气进入吸附塔，以被所述吸附塔内的吸附剂吸附净化为净烟气；和

再生步骤：在再生塔内将吸附饱和的吸附剂加热为高温吸附剂以使所述吸附剂再生；

其中通过使所述净烟气与所述高温吸附剂进行热交换，将所述高温吸附剂冷却为温度降低的低温吸附剂输送到所述吸附塔内的吸附剂床中，从而将进入所述吸附塔的所述低温烟气吸附净化为净烟气，且在所述吸附塔内吸附饱和后的吸附剂输送至所述再生塔内进行加热再生。

可选地，所述净烟气与所述高温吸附剂在所述吸附塔中进行热交换，且换热后的净烟气从烟气出口排出所述吸附塔。

可选地，所述低温烟气从下向上流动依次完成吸附和热交换后排出所述吸附塔，所述高温吸附剂从上向下流动依次完成热交换和吸附后排出所述吸附塔。

可选地，在所述吸附步骤中，所述低温烟气与所述吸附剂在所述吸附塔内逆向流动或错流。

可选地，所述高温吸附剂的温度为50℃-300℃，所述低温吸附剂的温度0℃-30℃。

可选地，在再生塔内对吸附剂进行再生包括：

预热步骤，将进入所述再生塔的吸附剂预热至80摄氏度-110摄氏度；

加热步骤，将预热后的吸附剂加热至250摄氏度-350摄氏度，以使吸附剂解吸再生。

可选地，在再生塔内对吸附剂进行再生还包括：冷却步骤，利用所述净烟气将再生后的吸附剂冷却至80摄氏度-250摄氏度。

可选地，所述吸附塔的进料口与所述再生塔的出料口之间设有用于输送吸附剂的物料运输装置，所述物料运输装置包括冷却气进口和冷却气出口，所述吸附再生工艺还包括：

使与所述高温吸附剂换热后的的净烟气通过所述冷却气进口进入所述物料运输装置，以与所述物料输送装置中的吸附剂接触以冷却所述吸附剂，而后从所述冷却气出口排出。

本发明提供的吸附再生系统，包括吸附塔和再生塔，所述吸附塔具有第一进料口、第一出料口、烟气进口和烟气出口，所述再生塔具有第二进料口和第二出料口，所述吸附塔的第一出料口与所述再生塔的第二进料口连通，所述吸附塔的第一进料口与所述再生塔的第二出料口连通，

其中温度在室温以下的低温烟气通过所述烟气进口进入所述吸附塔，以被所述吸附塔内的吸附剂吸附净化为净烟气从所述烟气出口排出，在所述再生塔内将吸附饱和的吸附剂加热为高温吸附剂以使所述吸附剂再生；

其中所述净烟气与所述高温吸附剂进行热交换，以将所述高温吸附剂冷却为温度降低的低温吸附剂并通过所述第一进料口输送到所述吸附塔内，在所述吸附塔内吸附饱和后的吸附剂从所述第一出料口排出且通过所述第二进料口输送至所述再生塔内，在所述再生塔内再生后的吸附剂从所述第二出料口排出。

可选地，所述净烟气与所述高温吸附剂在所述吸附塔内进行热交换。

本发明提供的吸附再生系统以及吸附再生工艺利用低温净烟气的冷量对吸附之前的吸附剂进行冷却，降低吸附时吸附剂的温度，提高吸附效率。由于吸附剂在吸附前可以与低温净烟气换热而冷却，还降低了再生塔冷却段的冷却负荷，进而降低了再生塔冷却段的结构复杂性、耗能以及再生成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的吸附再生系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的吸附塔的内部结构示意图。

附图标记：

吸附塔100、第一进料口111、第一出料口112、烟气进口113、烟气出口114、吸附模块120、吸附床121、换热模块130、冷侧流道131、热侧流道132、档板133、换热管134、进料腔140、落料腔150、烟气分布器160、再生塔200、第二进料口211、第二出料口212、预热段220、加热段230、冷却段240、物料运输装置300、冷却气进口311、冷却气出口312、传输设备310、密封箱体320。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据图1-图2描述本发明实施例提供的回收低温烟气冷量的吸附再生工艺以及吸附再生系统，该吸附再生系统基于该吸附再生工艺运作。

如图1所示，吸附再生系统包括吸附塔100和再生塔200，吸附塔100具有第一进料口111、第一出料口112、烟气进口113和烟气出口114，再生塔200具有第二进料口211和第二出料口212，吸附塔100的第一出料口112与再生塔200的第二进料口211连通(图中未示出)，吸附塔100的第一进料口111与再生塔200的第二出料口212连通(图中未示出)。

其中温度在室温以下的低温烟气通过烟气进口113进入吸附塔，以被吸附塔内的吸附剂吸附净化为净烟气从烟气出口114排出，在再生塔200内将吸附饱和的吸附剂加热为高温吸附剂以使吸附剂再生。

其中净烟气与高温吸附剂进行热交换，以将高温吸附剂冷却为温度降低的低温吸附剂并通过第一进料口111输送到吸附塔100内，在吸附塔100内吸附饱和后的吸附剂从第一出料口112排出且通过第二进料口211输送至再生塔200内，在再生塔100内再生后的吸附剂从第二出料口212排出。

从再生塔200输出的吸附剂的温度通常较高，因此称为“高温吸附剂”，根据再生塔200中冷却段的冷却能力的不同，高温吸附剂的温度可选地在50摄氏度-250摄氏度范围内。需要说明的是，此处的“低温吸附剂”中的“低温”为相对“高温吸附剂”中的“高温”而言的，即低温吸附剂的温度低于高温吸附剂的温度。

本发明实施例提供的回收低温烟气冷量的吸附再生工艺，包括：

吸附步骤：温度在室温以下的低温烟气进入吸附塔100，以被吸附塔100内的吸附剂吸附净化为净烟气；和

再生步骤：在再生塔200内将吸附饱和的吸附剂加热为高温吸附剂以使吸附剂再生；

其中通过使净烟气与高温吸附剂进行热交换，将高温吸附剂冷却为温度降低的低温吸附剂输送到吸附塔100内的吸附床中，从而将进入吸附塔100的低温烟气吸附净化为净烟气，且在吸附塔100内吸附饱和后的吸附剂输送至再生塔200内进行加热再生。

本发明实施例提供的吸附再生系统以及吸附再生工艺利用低温净烟气的冷量对进入吸附塔的高温吸附剂进行冷却，降低与低温烟气接触时吸附剂的温度，接触温度的降低有利于提高吸附效率。由于吸附剂在进入吸附塔之后可以与低温净烟气换热而冷却，还降低了再生塔的冷却负荷，进而降低了再生塔的结构复杂性和再生成本。

在一些实施例中，净烟气与高温吸附剂在吸附塔中进行热交换，且换热后的净烟气从烟气出口排出吸附塔，也就是说，吸附剂在吸附塔内与净烟气进行热交换，热交换后的低温吸附剂在吸附塔内随后完成烟气的净化。

进一步地，低温烟气从下向上流动依次完成吸附和换热后排出吸附塔100，高温吸附剂从上向下流动依次完成换热和吸附后排出吸附塔100。也就是说，吸附步骤和换热步骤在吸附塔100中同时进行。

作为示例，如图2所示，吸附塔100的塔体内设有吸附模块120和换热模块130。吸附模块120位于换热模块130下方，烟气进口113位于烟气出口114下方，第一出料口112位于第一进料口111的下方。顺应烟气向上流动和吸附剂在重力作用下向下流动的原理，从烟气进口113进入的低温烟气在吸附模块120被换热后的低温吸附剂吸附变为低温净烟气后向上流入换热模块130，与进入的高温吸附剂换热，冷却吸附剂为低温吸附剂。同理，从第一进料口111进入的高温吸附剂在换热模块130与低温净烟气换热后向下流动进入吸附模块120进行吸附，并最终从底部的第一出料口112排出。

在一些实施例中，在吸附步骤中，低温烟气与低温吸附剂逆向流动，低温烟气向上流动，低温吸附剂向下流动。作为示例，如图2所示，吸附塔100中，吸附剂堆叠形成的吸附床121为逆流式吸附床，低温烟气在吸附剂间隙中流动。

或者在另一些可替换实施例中，在吸附步骤中低温烟气与低温吸附剂错流。吸附塔100中吸附剂堆叠形成的错流式吸附床，低温烟气与吸附剂错流。低温烟气与吸附剂错流是指，低温烟气垂直穿过错流式吸附床，在穿过错流式吸附床时与其接触吸附。

可选地，高温吸附剂的温度为50℃-300℃。

可选地，与低温净烟气吸附换热后的低温吸附剂的温度为0℃-30℃，温度较低的低温吸附剂与低温烟气接触有利于提高吸附效率。

在一些优选实施例中，从第一进料口111输入吸附塔100的高温吸附剂的温度小于100摄氏度，以保证在换热模块130与低温净烟气接触换热后的低温吸附剂的温度足够低，进一步提高吸附效率。

在一些优选实施例中，从烟气进口113进入吸附塔100的低温烟气的温度为零下。

在一些优选实施例中，从烟气进口113进入吸附塔100的低温烟气的温度为零下，例如-80℃～-5℃。

更优选地，所述低温烟气的温度为-20℃～-5℃。发明人通过研究发现，烟气温度越低，对于吸附净化越有利，但是，烟气温度太低，导致冷却烟气的设备结构复杂，能耗增加，例如，要求冷却设备和吸附塔以及管路设置保温层，密封性要求高，从而导致成本增加，另外，过低的温度条件导致吸附塔内容易出现冷凝水，造成吸附剂粘结堵塞，影响吸附。因此，烟气温度冷却为-20℃～-5℃是有利的。

在一些实施例中，在再生塔200中进行的再生包括：

预热步骤，将进入再生塔200的吸附剂预热至80摄氏度-110摄氏度；

加热步骤，将预热后的吸附剂加热至250摄氏度-350摄氏度，以使吸附剂解吸再生。

进一步地，在再生塔200内对吸附剂进行再生还包括；冷却步骤，利用所述净烟气将再生后的吸附剂冷却至80摄氏度-250摄氏度，而后将经过冷却后的吸附剂输入吸附塔100中进行吸附。

优选地，在所述冷却步骤中，利用净烟气将再生后的吸附剂冷却至100摄氏度以下，从第一进料口111输入吸附塔100的高温吸附剂的温度小于100摄氏度，以保证在换热模块130与低温净烟气接触换热后的低温吸附剂的温度足够低，进一步提高吸附效率。

在再生工艺中加入冷却步骤，将吸附剂温度预先冷却，能够保证换热后的低温吸附剂的温度足够低，以进一步提高吸附效率。由于吸附剂在进入吸附塔之后可以与低温净烟气换热而冷却，因此冷却步骤中的冷却负荷较低，有助于降低再生塔的结构复杂性和再生成本。

进一步地，在上述冷却步骤中，还可以利用从吸附塔100的烟气出口114排出的低温净烟气对再生后的吸附剂进行冷却。也就是说，上述冷却步骤中对吸附剂冷却所需的冷量可以来自于从吸附塔100的烟气出口114排出的低温净烟气，从而进一步对烟气中的冷量进行回收利用，避免了冷量的流失。

当然在一些实施例中，吸附塔100中的换热模块130的冷却能力能够满足冷却需求，在对吸附剂进行加热再生后可以直接将高温吸附剂输入吸附塔100中。在上述实施例中，吸附塔100中换热模块130的换热功能直接替代了再生塔200的冷却步骤，降低了再生塔200的结构复杂程度和再生成本。

下面根据图1和图2描述本发明具体实施例提供的吸附再生系统以及基于上述吸附再生系统的吸附再生工艺。

如图1和图2所示，吸附再生系统包括吸附塔100和再生塔200。吸附塔100的顶部设有第一进料口111，底部设有第一出料口112，侧壁上设有烟气进口113和烟气出口114，烟气进口113位于烟气出口114的下方。吸附塔100的塔筒内设有吸附模块120和换热模块130，吸附模块120位于换热模块130的下方，烟气进口113位于吸附模块120的下方，烟气出口114位于换热模块130的上方。

吸附塔100内还限定出进料腔140和落料腔150，第一进料口111与进料腔140连通，进料腔140位于换热模块130的上方，用于向换热模块130中分布吸附剂，落料腔150位于吸附模块120的下方，用于承接从吸附模块120落下的吸附剂，第一出料口112位于落料腔150的底部并与其连通。吸附剂从第一进料口111进入进料腔140，被分配至换热模块130中与烟气完成换热，低温吸附剂进入吸附模块120中吸附，吸附后的吸附剂落入落料腔150并最终从第一出料口112排出。

为了使落料腔226中的吸附剂更加顺畅地从第一出料口112排除，如图2所示，使落料腔150为倒锥型，第一出料口112位于落料腔150的底部。

如图2所示，吸附塔100内还包括烟气分布器160，烟气分布器160与烟气进口113连通。在本实施例中，吸附塔100设有相对的两个烟气进口113，烟气分布器160与两个烟气进口113均连通。烟气分布器160位于吸附模块120与落料腔150之间，用于使低温烟气均匀地进入吸附模块120中。

如图2所示，在吸附模块120中，吸附剂堆积填充形成逆流式的吸附床121，低温烟气与吸附剂逆向流动。从烟气进口113进入吸附塔100中的低温烟气经烟气分布器160分布后向上流动，从换热模块130换热冷却后的低温吸附塔向下流动。

在本实施例中，换热模块130为折叠板式换热器。折叠板式换热器具有冷侧流道131和热侧流道132，低温烟气(净烟气)在冷侧流道131中向上流动，吸附剂在热侧流道132中向下流动。如图1所示，折叠板式换热器包括若干档板133和若干换热管134，换热管134竖直设置，若干换热管134在水平面上间隔设置，换热管134内限定出热侧流道132。换热管134的顶端入口与进料腔140连通，进料腔140中的吸附剂分配至多个竖直方向延伸的换热管134中并向下流动，换热管134的底端出口与吸附床121连通。档板133水平设置，若干档板133在竖直方向上间隔设置，档板133之间限定出蛇型的冷侧流道131，从吸附模块120中排出的低温净烟气沿蛇型的冷侧流道131向上流动，与换热管134中的吸附剂换热，从而降低吸附剂的温度。

此外，低温烟气经过吸附床121后会带出部分吸附剂粉末(例如吸附剂为活性炭，低温烟气带出碳粉)，低温烟气在蛇型的冷侧流道131流动时，会被档板133拦截，有利于减少净烟气中的粉尘量。

在其他实施例中，为了提高换热效率、增大换热面积，使换热管134为蛇形管，其内限定出蛇形的热侧流道132。

如图1所示，再生塔200的顶部设有第二进料口211，底部设有第二出料口212。再生塔200内从上至下依次包括预热段220、加热段230和冷却段240。在预热段220，对吸附剂进行预热，在加热段230对预热后的吸附剂进行加热，使吸附剂中的污染物脱离形成再生气，再生气输出再生塔200进行后处理，脱附后的吸附剂向下进入冷却段240，在冷却段240中被初步冷却，冷却后的吸附剂从底部的第二出料口212流出。

冷却段240设有冷却介质进口(图中未示出)和冷却介质出口(图中未示出)。本实施例中，吸附塔100的烟气出口114与冷却段240的冷却介质进口连通(图中未示出)，低温净烟气输入冷却段240对再生后的吸附剂进行冷却，而后从冷却介质出口排出，并通过烟囱排向大气。

当然在其他实施例中，可以将冷却水或冷却剂等输入冷却段240进行冷却。本实施例采用低温净烟气进行冷却以回收利用冷量。

本实施例提供的吸附再生系统利用低温净烟气的冷量对进入吸附塔的吸附剂进行冷却，降低与烟气的接触温度，提高吸附塔的吸附效率。回收并高效利用了低温烟气的冷量，避免了冷量的流失，提高了能量利用率。

本实施例的回收低温烟气冷量的吸附再生工艺包括：

再生后的高温吸附剂从第一进料口111输入吸附塔100，零下20摄氏度的低温烟气从烟气进口113进入吸附塔100；

在吸附塔100中，低温烟气在吸附模块120中被换热后的低温吸附剂吸附变为低温净烟气后向上流入换热模块130，与进入的高温吸附剂换热，冷却吸附剂为低温吸附剂；从第一进料口111进入的高温吸附剂在换热模块130与低温净烟气换热后向下流动进入吸附模块120进行吸附，并最终从底部的第一出料口112排出；

换热后的净烟气从烟气出口114排出吸附塔100，第一出料口112排出的吸附剂输送至再生塔200进行加热再生；

再生工艺包括：

预热步骤：在预热段220中，将通过第二进料口211进入再生塔200的吸附剂预热至100摄氏度；

加热步骤：在加热段230中，将预热后的吸附剂加热至300摄氏度，以使吸附剂脱附再生，再生气输出再生塔200；

冷却步骤：在冷却段240，从烟气出口114排出吸附塔100的低温净烟气将再生后的吸附剂冷却至100摄氏度；

将经过冷却后的吸附剂通过第一进料口111输入吸附塔100。

为了进一步对烟气中的冷量进行回收利用，在本实施例中，如图1所示，吸附塔100的第一进料口111与再生塔200的第二出料口212之间设有物料运输装置300，物料运输装置300用于将再生后的吸附剂运输至吸附塔100中。物料运输装置300包括冷却气进口311和冷却气出口312，吸附再生工艺还包括：

吸附塔100的烟气出口114流出的低温净烟气通过冷却气进口311输入物料运输装置，低温净烟气在物料运输装置300中流通与吸附剂接触以冷却吸附剂，而后从冷却气出口312排出。

具体地，如图1所示，物料运输装置300包括传输设备310和密封箱体320。传输设备310位于密封箱体320中，传输设备310用于将再生后的吸附剂输送至吸附塔100，即传输设备110用于输送吸附剂。密封箱体320上设有冷却气进口311和冷却气出口312，低温净烟气从冷却气进口311进入密封箱体320对物料进行吹扫，并从冷却气出口312排出。

从再生塔200中排出的再生吸附剂的温度较高，吸附剂输送过程中与密封箱体320内流通的低温净烟气换热，使进入吸附塔100的吸附剂的温度尽可能降低，接近低温烟气的温度，从而有效提升吸附效率。同时低温净烟气将封闭箱体中可能存在的污染物带走，有效地避免吸附剂在输送过程中被污染。

由于吸附剂在进入吸附塔100之前的输送过程中与低温净烟气换热进一步降温，还降低了再生塔200冷却段240的冷却负荷，进而降低了再生塔200的结构复杂性和再生成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。