[发明专利]一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法

说明书

本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法。所述装置包括：旋转式吸附单元、供排气单元、动力单元、换热单元和二氧化碳(CO₂)回收单元；所述旋转式吸附单元吸附烟气中的二氧化碳；所述供排气单元控制装置中的气流流量及方向；所述动力单元为所述旋转式吸附单元提供动力；所述换热单元为所述旋转式吸附单元提供冷量和解吸热量；所述二氧化碳(CO₂)回收单元用于处理并回收所述旋转式吸附单元解吸后的富集气。本发明提所述装置及方法，能实现大规模低能耗的烟气CO₂捕集。

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种旋转式低温吸附捕集烟气中二氧化碳的装置及方法。

背景技术

碳捕集封存与利用(CCUS)的强劲需求推动了烟气CO₂捕集技术的发展，基于吸收法和吸附法的烟气CO₂捕集技术已得到广泛的应用，在电力、水泥、钢铁等行业中进行了广泛的中试和商业运行，国内外诸多学者和公司在新型吸收/吸附剂开发、设备改造、工艺改进等方面进行了大量研究。数据显示基于吸附法的碳捕工艺的再生能耗约占总成本的70％，基于吸收法的碳捕工艺的再生能耗约占总成本的50％。当前基于溶剂吸收法和固体吸附法的烟气CO₂捕集技术尚处于商业运行、工业示范的发展阶段，过高的捕集能耗吸附法与吸收法过高的单位捕集能耗限制了大部分当前烟气CO₂捕集与回收技术的大规模商业化应用。吸收法与吸附法捕集烟气中CO₂的高能耗主要是由三个方面共同决定的，首先是材料本身的再生解吸消耗，吸收/吸附材料本身的性质和扩散特性决定了再生温度与再生能耗；烟气处理的特性(低浓度大流量)使得化学吸收液或吸附剂固定床带来了过高的压阻，导致了动力损耗；当前吸收/吸附工艺的非连续特点使得系统需要间断切换操作，使得带来了额外的内部热量损耗。目前吸收法的单位捕集能耗在2.3-3.7MJ/kg，吸附法的单位捕集能耗在2.0-4.7MJ/kg范围内，烟气CO₂捕集的需求促使国内外对烟气CO₂捕集技术进行了大量研究，但能耗过高问题尚未得到很好的解决，在实际应用中仍存在局限性。

转轮吸附技术作为一种成熟的技术在污染治理、空气调节等多个领域得到了广泛的应用，在处理大流量气流时具备独特的优势。对于基于转轮吸附的气体分离技术，在材料方面，整体式吸附床吸脱附动力学快、再生温度与再生能耗低、比表面积高、稳定性好、压阻低(处理大流量气流时优势明显)、环境友好；在工艺方面，工艺在无阀门切换条件下保障工艺连续，解吸热利用率及回收率高、预处理要求低、流体力学特性与机械结构易于大型化。综上所述，转轮吸附技术的优势使其在一定程度上避免了当前吸附法和吸收法存在的高能耗与环境问题，与未来大流量烟气CO₂捕集的需求更为契合。目前应用最广泛的转轮吸附技术是在VOCs(挥发性有机化合物)治理领域，其需要250℃以上的再生温度(可由富集的VOCs燃烧自行提供热量)，同时工作原理决定了其难以实现解吸气的浓度在90％以上的目标。不同于VOCs转轮吸附捕集工艺，CO₂捕集需要实现较高的富集浓度才具备商业化和环保价值，同时由于CO₂捕集的超大规模，必须要考虑到能耗问题，所以要在保证捕集能力的基础上尽可能的降低再生温度。所以对于一般的转轮工艺而言，应用于烟气CO₂捕集领域存在着瓶颈，首先是工艺的富集浓度难以达到目标要求；其次在于脱附温度过高而使得低品位余热难以得到利用，致使整体运行能耗较高。

现有技术之一提出一种VOCs蜂窝转轮吸附浓缩装置。该装置利用转轮的转动连续浓缩VOCs,将大流量低浓度废气浓缩为小流量较高浓度的废气，适用于较大流量的VOCs废气处理。但该装置存在两个关键问题，使其无法简单用于烟气CO₂的处理，其一在于其脱附温度高，能耗较高；其二为其浓缩气的浓度不高，对于CO₂捕集而言，回收浓度之间关系到技术是否具备商业化的价值。故该技术未能在烟气CO₂捕集领域受到重视。