本发明专利技术公开了一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，包括顺次连接的过滤器、热交换器、二氧化碳转轮组件、引风机和烟囱；热交换器上设有含二氧化碳气体入口、冷却气体出口、脱附蒸汽出口和冷却介质入口，过滤器与含二氧化碳气体入口相连，冷却介质入口用于通入冷却介质；二氧化碳转轮组件上设有冷却气体入口、脱附蒸汽入口、脱碳气体出口和二氧化碳出口，二氧化碳转轮组件内部设置吸附转轮，吸附转轮与驱动装置相连，冷却气体入口与冷却气体出口相连，脱附蒸汽入口与脱附蒸汽出口相连；引风机通过回流管与含二氧化碳气体入口相连；二氧化碳出口与第一储罐相连。本发明专利技术极大地缩短占地面积，节省投资成本，提高了二氧化碳最终的回收率。回收率。回收率。
【技术实现步骤摘要】
一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统及其捕集方法
[0001]本专利技术属于气体捕集领域，具体为一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统及其捕集方法。
技术介绍
[0002]根据国际能源署预测，化石燃料在将来仍是全球重要的能源来源，而化石燃料燃烧和工业过程产生的二氧化碳(CO2)排放量占全球温室气体排放总量的65％，二氧化碳被认为是最主要的温室气体，2021年世界总排放量达到363亿吨，所以控制CO2的排放并解决其转化利用的问题受到了广泛关注。
[0003]目前，CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)能较好地解决碳排放问题的主要策略。其中CCUS技术的核心部分为CO2捕集技术，捕集技术有膜分离捕集技术、溶剂吸收分离捕集技术、固体吸收分离捕集技术和吸附分离捕集技术。捕集能耗高、工艺流程复杂和设备投资大是目前CO2捕集的技术瓶颈。
[0004]申请号为202011466069.5的中国专利公开了一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统及方法，虽然可以达到较高的二氧化碳回收率，但是由于其采用了三段压缩，能耗较高；膜分离过程需要加湿，耗水量大；在二氧化碳烟气浓度较低的情况下，二氧化碳的回收率并不高。
[0005]申请号为202210535708.1的中国专利公开了一种针对燃煤机组的二氧化碳捕集系统，采用胺类吸收剂对烟气中的二氧化碳进行化学吸收捕集，但是其反应动力学较慢，反应热较高，采用多个换热器进行热量的收集和释放，不仅增加了设备投资成本和操作成本，而且极易造成能量的浪费，不符合节能的生产要求。<br/>[0006]申请号为202210340477.9的中国专利公开了一种水泥窑二氧化碳捕集系统，利用氧化钙直接吸收高温烟气中的二氧化碳，且只有一次换热过程，工艺简单，成本可控。但是，二氧化碳脱附温度过高(850～1250℃)，燃烧能耗也较大。同时，该系统需要来回切换二氧化碳吸附装置的工作状态，无法保证生产的连续性，具有一定的操作难度。
[0007]总的来说，现有的二氧化碳回收率并不高，能耗较高，无法保证生产的连续性，操作难度较高，不符合节能的生产要求。
技术实现思路
[0008]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种提高最终回收率、纯度高、具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，本专利技术的另一目的是提供一种简单易于操作、吸附热和脱附能耗都较低的二氧化碳捕集方法。
[0009]技术方案：本专利技术所述的一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，包括顺次连接的过滤器、热交换器、二氧化碳转轮组件、引风机和烟囱；热交换器上设有含二氧化碳气体入口、冷却气体出口、脱附蒸汽出口和冷却介质入口，过滤器与含二氧化碳气体入口相连，冷却介质入口用于通入冷却介质；二氧化碳转轮组件上设有冷却气体入口、脱附蒸汽入
口、脱碳气体出口和二氧化碳出口，二氧化碳转轮组件内部设置吸附转轮，吸附转轮与驱动装置相连，冷却气体入口与冷却气体出口相连，脱附蒸汽入口与脱附蒸汽出口相连；引风机通过回流管与含二氧化碳气体入口相连；二氧化碳出口与第一储罐相连。
[0010]作为优选的技术方案，第一储罐内设置冷却管；二氧化碳捕集系统还包括第二储罐和水箱；第一储罐上设置气体入口、气体出口、液体出口、冷却管出口和冷却管入口，水箱上设有第一冷却介质出口、第二冷却介质出口和冷却介质回收入口；冷却介质入口分别与第一冷却介质出口、冷却管出口相连，气体入口与二氧化碳出口相连，气体出口与第二储罐相连，液体出口与冷却介质回收入口相连，冷却管入口与第二冷却介质出口相连，冷却管的两端设置冷却管出口、冷却管入口。
[0011]进一步地，吸附转轮包括吸附区、脱附区和冷却区，吸附区用于吸入二氧化碳气体，脱附区用于完成二氧化碳的脱附，冷却区用于冷却固体吸附剂。吸附区的面积大于等于整个吸附转轮面积的/，脱附区和冷却区的面积相等。
[0012]进一步地，吸附转轮外周面设有齿圈，驱动装置包括电机、齿轮箱和驱动齿轮，电机的输出端与齿轮箱的输入端相连，齿轮箱的输出端与驱动齿轮相连，驱动齿轮与齿圈相啮合。
[0013]进一步地，吸附区包括固体吸附剂，固体吸附剂为锂基、氧化钙基、氧化镁基、类水滑石基、碳基、分子筛基、固体胺、碱金属、金属有机框架复合改性吸附剂、共价有机框架复合改性吸附剂、多孔有机聚合物复合改性吸附剂中的一种或多种。优选地，固体吸附剂为共价有机框架(COFs)复合改性吸附剂。
[0014]上述二氧化碳捕集系统的捕集方法，包括以下步骤：
[0015](a)将烟气通入过滤器，得到不含固体颗粒物和有害金属杂质的含二氧化碳气体；
[0016](b)沿冷却介质入口向换热器中通入冷却介质，将含二氧化碳气体通入热交换器中，与冷却介质进行换热降温，变成冷却气体，并对冷却介质进行加热；
[0017](c)经冷却后的含二氧化碳气体吸入吸附转轮中，与吸附转轮上的固体吸附剂接触进行脱碳形成脱碳气体，脱碳气体在引风机的作用下排出吸附转轮，一部分通过烟囱排放，另一部分进入回流管形成回流循环气体，回流循环气体与冷却气体一起进入吸附转轮内；
[0018](d)吸附转轮吸附二氧化碳后转入吸附转轮，完成二氧化碳的脱附，脱附后的二氧化碳排出到第一储罐内。
[0019]进一步地，回流循环气体的回流比为0～60％，优选为30％；脱碳的温度为20～100℃，优选为65℃；压力为0～0.3MPa，优选为0.15MPa，合适的吸附温度和吸附压力能提升吸附效果。回流比不宜超过60％，若超过60％，回流循环气体过多，反而会影响捕集系统的压力值，并且影响冷却气体的进入，还有可能造成冷却气体倒灌，回流比在0
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60％内具有很好的回流效果，捕集的二氧化碳纯度高。
[0020]进一步地，脱附温度为100～150℃，优选为110℃；脱附压力为0～0.2MPa，优选为0.1MPa，合适的脱附温度和脱附压力能提高脱附效率；吸附转轮的转速为2～7r/h，优选为4r/h，转速在此范围内能够使得二氧化碳在微通道内的层流更加稳定可控。
[0021]进一步地，固体吸附剂经吸附转轮上的冷却区冷却，冷却后的固体吸附剂再次转入吸附区进行吸附。冷却介质加热后的温度为100～150℃，优选为120℃，加热后的冷却介
质温度不宜高于150℃，防止破坏固体吸附剂，避免影响捕集效果，也有可能使得二氧化碳产生反应，而温度低于100℃，则脱附效果不佳。
[0022]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0023]1、利用二氧化碳转轮组件实现了在一台设备内完成二氧化碳吸附和脱附，极大地缩短了二氧化碳捕集系统的占地面积，节省了设备投资成本，同时也实现了节能目标，设置回流管实现回流循环功能，从而提高了二氧化碳最终的回收率；
[0024]2、设置第二储罐、水箱和冷却管，冷却管将第一储罐中的蒸汽冷却，将二氧化碳和蒸汽分离，然后通入第二储罐中以得到纯度更高的二氧化碳，同时冷却管中产生的蒸汽与热交换器中的脱附蒸汽一起进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：包括顺次连接的过滤器(1)、热交换器(2)、二氧化碳转轮组件(3)、引风机(4)和烟囱(5)；所述热交换器(2)上设有含二氧化碳气体入口(201)、冷却气体出口(202)、脱附蒸汽出口(203)和冷却介质入口(204)，所述过滤器(1)与含二氧化碳气体入口(201)相连，所述冷却介质入口(204)用于通入冷却介质；所述二氧化碳转轮组件(3)上设有冷却气体入口(301)、脱附蒸汽入口(302)、脱碳气体出口(303)和二氧化碳出口(304)，所述二氧化碳转轮组件(3)内部设置吸附转轮(305)，所述吸附转轮(305)与驱动装置(306)相连，所述冷却气体入口(301)与冷却气体出口(202)相连，所述脱附蒸汽入口(302)与脱附蒸汽出口(203)相连；所述引风机(4)通过回流管(6)与含二氧化碳气体入口(201)相连；所述二氧化碳出口(304)与第一储罐(7)相连。2.根据权利要求1所述的一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述第一储罐(7)内设置冷却管(10)。3.根据权利要求2所述的一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：还包括第二储罐(8)和水箱(9)；所述第一储罐(7)上设置气体入口(701)、气体出口(702)、液体出口(703)、冷却管出口(1002)和冷却管入口(1001)，所述水箱(9)上设有第一冷却介质出口(901)、第二冷却介质出口(902)和冷却介质回收入口(903)；所述冷却介质入口(204)分别与第一冷却介质出口(901)、冷却管出口(1002)相连，所述气体入口(701)与二氧化碳出口(304)相连，所述气体出口(702)与第二储罐(8)相连，所述液体出口(703)与冷却介质回收入口(903)相连，所述冷却管入口(1001)与第二冷却介质出口(902)相连，所述冷却管(10)的两端设置冷却管出口(1002)、冷却管入口(1001)。4.根据权利要求1所述的一种具有回流循环功能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述吸附转轮(305)包括吸附区(3051)、脱附区(3052)和冷却区(3053)，所述吸附区(3051)用于吸入二氧化碳气体，所述脱附区(3052)用于完成二氧化碳的脱附，所述冷却区(3053)用于冷却固体吸附剂。5.根据权利要求4所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：于超，王庆，李子涵，张武翔，陈啸，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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