專利名稱：變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法
技術領域：
本發明涉及煙道氣凈化富集及綜合利用、尤其是變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法。
背景技術：
進入21世紀以來，中國食糖消費以年均5% -7%的速度增長，消費量和產糖量分別占世界第二位和第三位。其中，廣西食糖產量占全國產糖量的60%以上，2011/2012年榨季廣西糖產量約720萬噸。廣西大部分甘蔗糖廠所需能源主要靠燃燒蔗渣和煤提供，鍋爐煙道氣一般經水洗除塵、除渣處理后，直接排向大氣。這些煙道氣中N2含量約占總排放量的75% -80%，CO2占7% -12%，O2占8% -12%，還有極少量NO和SO2等。糖廠排放的煙道氣總量大，流量不穩定；C02分壓低，含量常波動；含大量惰性氣體；主要雜質氣體為02、N0、S02等，造成了嚴重的環境污染。隨著全球對溫室效應的關注，CO2減排日益引起人們的重視。 同時，CO2是一種重要的碳源和化工產品的儲備原料，也是碳酸法生產白糖的原料，因此CO2的轉化和利用是一個必須重視的問題。研究發展新技術減少CO2的排放和回收利用勢在必行。目前，國內外工業上分離回收二氧化碳主要有干法和濕法，其中濕法包括溶劑吸收法、低溫蒸餾法、膜分離法和變壓吸附法，具有處理量大、可再生的特點，多用于高含硫氣體脫硫；干法是變壓吸附法(PSA)，常用于低含硫氣體處理特別是氣體的精脫硫。溶劑吸收法主要適合處理氣體中二氧化碳含量較低的氣源，分離效果較好，通常可以得到99. 99%的高濃度二氧化碳氣體，但是投資費用大，能耗高，經濟性較差。低溫蒸餾法適用處理氣體中二氧化碳含量較高的氣源(氣體中二氧化碳含量大于60 %)，但是該工藝設備投資大，能耗高，分離效果不佳，較少采用此法；膜分離法的工藝過程簡單、操作方便、技術先進、能耗低、經濟性好，投資僅為溶劑吸收法的一半，但此法得到的二氧化碳濃度較低，不適用于工業化。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種可高效地將甘蔗糖廠煙道氣中二氧化碳分離、凈化和富集、回收濃度達到98%以上的變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法。本發明以如下技術方案解決上述技術問題本發明的工藝步驟如下( I)煙道氣經水洗塔除塵、除渣；(2)步驟(I)所得糖廠煙道氣，經復合分子篩深度脫水工藝系統脫水干燥；(3)傳感器將步驟(2)所得干燥煙道氣壓力和流量的相關參數傳輸給煙道氣壓縮機的變頻器；變頻器通過調節壓縮機的電機使壓縮機的流量、壓力、轉速和功率參數與煙道氣的參數匹配，干燥的煙道氣經變頻煙道氣壓縮機壓縮后進入緩沖罐；
(4)由緩沖罐出來的煙道氣從吸附塔底部勻速進入變壓吸附系統，進行變壓吸附分離、凈化，實現節能、高效、安全、穩定地制取高純度的二氧化碳。深度精脫水干燥使用的復合分子篩，是以3A沸石為主的組合干燥吸附劑，其成分和質量比為3A分子篩45%-85%和13X分子篩55%_15%。復合分子篩深度脫水后使糖廠煙道氣中的水含量降低到3mg/kg-10mg/kg。變頻煙道氣壓縮機的排氣壓力O. 6MPa I. 2MPa，排氣溫度35°C 41 °C。變頻煙道氣壓縮機的變頻器的輸出頻率為30Hz 130Hz，輸出電壓140V 280V。變頻器為高性能矢量控制變頻器、電壓型變頻器、脈寬調制變頻、U/f控制變頻器或轉差頻率控制變頻器。本發明的方法有如下優點 I.將復合分子篩精脫水、變頻變壓吸附的技術綜合應用于糖廠煙道氣脫水、脫碳，不僅解決了煙道氣中的水與酸性氣體對設備腐蝕和因煙道氣流量不穩定影響正常生產的問題，而且有效提高了煙道氣分離和凈化效果，實現綠色節能、低碳減排、安全穩定、高效地獲得高純度的二氧化碳，為實現糖廠煙道氣的工業產業化、集成規模化的發展提供了一種新的模式。2.通過調頻器自動調節壓縮機組電機的轉速和功率，使之與脫水后的煙道氣壓力和流量相匹配，維持吸附塔在基本穩定的工況下工作；3.由于實現了壓力和流量的高精度控制，有利于減少因開停機而造成的壓力損失、流量波動、和減少煙道氣壓縮機組頻繁開停和長時間工作在低效率工況下的現象，同時減少相關設備產生的振動、噪聲及電流、電壓的波動，煙道氣壓縮機始終運行在最佳工作范圍內，也使后續的變壓吸附系統在基本穩定的條件下正常工作，即使在低速、低壓比條件下也具有良好的運行工況，提高了能源利用率，利于最終獲得高純度二氧化碳。
圖I是本發明變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳方法的工藝流程圖。圖中1_水洗塔2-分子篩深度脫水系統3-壓力、流量傳感器4-變頻壓縮機5-緩沖罐6-變壓吸附系統
具體實施例方式糖廠煙道氣氣體流量大、不穩定，CO2分壓低且含量常波動，含有大量惰性氣體和雜質氣體o2、no、so2等，直接排放會造成嚴重的環境污染。為降低CO2的排放并使CO2得到重新利用，申請人經長時間研究，發現用變壓吸附法處理廢氣中的CO2工藝過程簡單，能耗低，且腐蝕小；特別是當二氧化碳含量小于50%時，PSA技術比其它方法具有經濟優勢。將變頻和變壓吸附技術同時應用于減少糖廠煙道氣中二氧化碳的排放和凈化回收處理，二氧化碳的回收濃度可達到98%以上，直接供工業使用。本發明的技術方案是在申請人的另外兩個專利申請《變壓吸附分離和提純沼氣中二氧化碳的方法》(申請號201110295013. 2)和《變頻變壓吸附分離和提純沼氣及二氧化碳的方法》(申請號201110385290. 2)的基礎上改進提高，提出將糖廠排放的煙道氣經水洗除塵、除渣后，再經復合分子篩深度脫水干燥，盡可能地去除煙道氣中的水分和其它雜質氣體，減少糖廠煙道氣的排放和污染，同時將煙道氣中的二氧化碳進行分離、凈化和回收，提高能源的利用效率，實現進一步節能、減排和低碳的目的。本發明的工藝流程是I.煙道氣經水洗塔I除塵除渣；2.除塵、除渣后的煙道氣，再經復合分子篩深度脫水系統2脫水；深度脫水干燥使用的復合分子篩是以3A沸石為主的組合干燥吸附劑，其成分和質量比為3A分子篩45%-85%和13X分子篩55%-15% ;深度脫水干燥使沼氣中的水含量降低到3mg/kg-10mg/kg ；3.已深度脫水干燥后的糖廠煙道氣，由傳感器3將其壓力和流量的相關參數傳輸給煙道氣壓縮機的變頻器，變頻器通過調節壓縮機的電機調整壓縮機的流量、壓力、轉速和功率參數，使與煙道氣壓力和流量匹配，確保壓縮機4的高效率運行，提高能源的利用效率；同時，也使后續的變壓吸附系統在基本穩定的工況下正常工作；當煙道氣被變頻煙道 氣壓縮機壓縮至O. 6MPa I. 2MPa、排氣溫度35°C 41°C后進入緩沖罐5。4.從緩沖罐出來的干燥煙道氣，勻速地從變壓吸附系統6的吸附塔底部進入變壓吸附塔進行變壓吸附分離、凈化和富集回收二氧化碳，實現綠色節能、高效安全、減排低碳、穩定制取所需氣體。變頻煙道氣壓縮機的變頻器的輸出頻率為30Hz 130Hz，輸出電壓140V 280V。變頻器為高性能矢量控制變頻器、電壓型變頻器、脈寬調制變頻、U/f控制變頻器或轉差頻率控制變頻器。實施例I將從糖廠煙道出來的含二氧化碳為7%、壓力為0.9MPa O. lOMpa、流量為2800Nm3/h的煙道氣經水洗塔除塵除渣后，再經質量比為3A分子篩65%和13X分子篩35%的組合分子篩精脫水工藝系統，對煙道氣進行深度脫水干燥，使煙道氣中的水含量降低到小于8. 2mg/kg，再經變頻煙道氣壓縮機壓縮至O. 6MPa，(進入變頻煙道氣壓縮機前，通過壓力調節閥調至O. IMPa左右)，由檢測煙道氣流量和壓力的傳感器控制，自動調節流量和壓力，使之與干燥后的煙道氣壓力和流量約O. 75m3/s相匹配，變頻煙道氣壓縮機的進氣溫度24. 5°C，排氣壓力O. 8MPa，排氣溫度35°C，再進入緩沖罐，然后勻速地從吸附塔底部進入變壓吸附系統，進行變壓吸附分離、凈化和富集回收煙道氣中的二氧化碳。最后，得到二氧化碳的純度為98. 5%。實施例2 將從糖廠煙道出來的含二氧化碳為10%、壓力為O. 09MPa O. llMpa、流量為3500Nm3/h的煙道氣，經水洗塔除塵除渣，再經質量比為3A分子篩85%和13X分子篩15%的組合分子篩脫水工藝系統，對煙道氣進行深度脫水干燥，使煙道氣中的水含量降低到小于10. 9mg/kg，再經變頻煙道氣壓縮機壓縮至排氣壓力O. 9MPa，(進入變頻煙道氣壓縮機前，通過壓力調節閥調至O. IMPa左右)，變頻煙道氣壓縮機由檢測煙道氣流量和壓力的傳感器控制自動調節其流量和壓力，使之與干燥后的煙道氣壓力和流量約O. 92m3/s相匹配，變頻煙道氣壓縮機的進氣溫度28. 50C，排氣壓力O. 9MPa，排氣溫度38°C，再進入緩沖罐，然后勻速地從吸附塔底部進入變壓吸附系統，進行變壓吸附分離、凈化和富集回收煙道氣中的二氧化碳。最后，得到二氧化碳的純度為98. 9%。實施例3
將從糖廠煙道出來的含二氧化碳為12%、壓力為O. IOMPa O. 12Mpa、流量為5000Nm3/h的煙道氣，經水洗塔除塵除渣，再經質量比為3A分子篩45%和13X分子篩55%的組合分子篩脫水工藝系統，對煙道氣進行深度精脫水干燥，使煙道氣中的水含量降低到小于3. lmg/kg，再經變頻煙道氣壓縮機壓縮至I. 2MPa，(進入變頻煙道氣壓縮機前，通過壓力調節閥調至O. IMPa左右)，變頻煙道氣壓縮機由檢測煙道氣流量和壓力的傳感器控制，自動 調節其流量和壓力，使之與干燥后的煙道氣壓力和流量約I. 50m3/s相匹配，變頻煙道氣壓縮機的進氣溫度8. 2°C，排氣壓力I. 2MPa，排氣溫度41°C，再進入緩沖罐，然后勻速地從吸附塔底部進入變壓吸附系統，進行變壓吸附分離、凈化和富集回收煙道氣中的二氧化碳，最后，得到二氧化碳的純度為99. 6%。
權利要求
1.一種變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，其特征是工藝步驟是 (1)煙道氣經水洗塔除塵、除渣； (2)步驟(I)所得糖廠煙道氣，經復合分子篩深度脫水工藝系統脫水干燥； (3)傳感器將步驟(2)所得干燥煙道氣壓力和流量的相關參數傳輸給煙道氣壓縮機的變頻器；變頻器通過調節壓縮機的電機使壓縮機的流量、壓力、轉速和功率參數與煙道氣的參數匹配，干燥的煙道氣經變頻煙道氣壓縮機壓縮后進入緩沖罐； (4)由緩沖罐出來的煙道氣從吸附塔底部勻速進入變壓吸附系統，進行變壓吸附分離、凈化，實現節能、高效、安全、穩定地制取高純度的二氧化碳。
2.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，其特征是深度精脫水干燥使用的復合分子篩，是以3A沸石為主的組合干燥吸附劑，其成分和質量比為3A分子篩45%-85%和13X分子篩55%_15%。
3.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，其特征是復合分子篩深度脫水后使糖廠煙道氣中的水含量降低到3mg/kg-10mg/kg。
4.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，其特征是變頻煙道氣壓縮機的排氣壓力O. 6MPa I. 2MPa，排氣溫度35°C 41 °C。
5.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，其特征是變頻煙道氣壓縮機的變頻器的輸出頻率為30Hz 130Hz，輸出電壓140V 280V。
6.如權利要求I所述的變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，其特征是變頻器為高性能矢量控制變頻器、電壓型變頻器、脈寬調制變頻、U/f控制變頻器或轉差頻率控制變頻器。
全文摘要
一種變頻變壓吸附凈化富集糖廠煙道氣中二氧化碳的方法，工藝步驟是煙道氣經水洗塔除塵、除渣再經復合分子篩脫水，又經壓縮后進入緩沖罐，最后勻速地從吸附塔底部進入變壓吸附系統，進行變壓吸附分離、凈化和富集煙道氣中二氧化碳。本發明將復合分子篩精脫水、變頻變壓吸附的技術綜合應用于糖廠煙道氣脫水、脫碳，同時解決了煙道氣中的水與酸性氣體對設備腐蝕、因氣流量不穩定影響正常生產的問題，提高了煙道氣的凈化效果，實現綠色節能、低碳減排、安全穩定、高效地獲得高純度的二氧化碳，為實現糖廠煙道氣的工業產業化、集成規模化的發展提供了一種新的模式。
文檔編號C01B31/20GK102872677SQ201210357778
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者盧朝霞, 黃福川, 莫宇飛, 梁景, 唐彩珍, 藍明新, 李宏君, 肖友程, 李勝, 田宗義, 唐興中, 粟滿榮, 趙鐘興, 唐丹葵 申請人:廣西大學