一种基于窑炉尾气的二氧化碳提纯回收装置的制作方法

1.本发明属于二氧化碳回收利用技术领域，特别是涉及一种基于窑炉尾气的二氧化碳提纯回收装置。


背景技术：

2.随着工业化进程的发展,我国二氧化碳作为废气的排放量每年已愈100亿吨。二氧化碳的来源主要有天然气开采及其燃烧、合成氨生产、石油炼制工业、炼钢工业、锅炉燃烧、焦炭及重油燃烧。过量的二氧化碳的排放，会造成温室效应，给环境带来很大危害。因此控制二氧化碳的排放量，及对排放的二氧化碳回收、利用，已成为世界各国十分关注的问题。
3.中国专利申请cn107899376a公开了一种烟气中二氧化碳和氮气的联合捕集回收装置及方法，该装置包括烟气处理系统，第一co2膜分离单元，第二co2膜分离单元以及n2膜分离单元。该装置具有对二氧化碳的高富集程度，并能回收氮气，避免资源浪费。但是该装置在使用时对二氧化碳处理不全面，虽然捕集效果好但是不能对二氧化碳进行提纯，而且设备使用过程中容易产生堵塞，堵塞后维修不便。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于窑炉尾气的二氧化碳提纯回收装置，全面彻底的捕集并提纯二氧化碳，对烟气中的二氧化碳进行回收，极大减少烟气中碳排放量。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种基于窑炉尾气的二氧化碳提纯回收装置，包括用于对窑炉尾气进行除尘的除尘系统、用于对除尘后的尾气依次进行脱硫和脱氮的第一脱硫系统和第一脱氮系统；以及与第一脱氮系统连通、且用于将第一脱氮系统排出的尾气与氧气混合的气体混合系统；与气体混合系统相连通、且用于脱除残余可燃气体的灼烧系统；与灼烧系统连通、且依次进行脱硫和脱氮的第二脱硫系统和第二脱氮系统；所述第二脱氮系统的出气端通过一管道连通有一用于变压吸附预处理后的烟气并排出氧气的psa系统，所述psa系统的出气端连通一变压吸附提纯系统，所述变压吸附提纯系统用于对第二脱氮系统排出的二氧化碳进一步变压吸附提纯；还包括与二氧化碳变压吸附提纯系统连通、且用于二氧化碳变压吸附提纯系统处理得到的二氧化碳解吸气加压液化及去除水分和腐蚀性杂质的二氧化碳压缩系统；所述二氧化碳压缩系统连通用于对二氧化碳压缩系统产出的二氧化碳通过精馏塔进一步精提纯后贮存至成品罐内的精馏贮存系统。
7.进一步地，所述气体混合系统连通有一氧气回收收统，所述氧气回收系统与所述psa系统相连通；所述第一脱氮系统和第二脱氮系统均包括至少两个并列的脱氮吸附塔，所述脱氮吸附塔内填充脱氮吸附剂，任意一所述脱氮吸附塔均经历吸附、均压降、逆放、均压升、最终升压的工作阶段；通过氧气回收系统的设置，实现对尾气中残存的氧气进行回收。
8.进一步地，所述psa系统包括若干并列第一吸附塔组成，所述脱氮吸附塔内填充吸附剂，任意一所述第一吸附塔均用于对二氧化碳进行吸附并将氧气由吸附塔顶部排出至混
合气母管，逆放解吸气有吸附塔底部排入至解吸气母管；在运行过程中，psa系统中每台所述第一吸附塔都需经历吸附、均压降、逆放、均压升、最终升压的工作阶段。
9.进一步地，所述变压吸附提纯系统包括若干并列第二吸附塔组成，所述脱氮吸附塔内填充吸附剂；在运行过程中，每台所述第二吸附塔都需经历吸附、均压降、逆放、均压升、最终升压的工作阶段。
10.进一步地，所述二氧化碳压缩系统包括多个用于压缩变压吸附提纯系统排出的二氧化碳气流的压缩机；以及一个或更多用于进一步压缩所述气流的喷射器；以及定位于所述一个或更多喷射器的下游的冷凝器；以及一废热源；其中，所述气流的返回部分能够经由所述废热源而与所述一个或更多喷射器连通。
11.进一步地，所述管道的外周侧设置有一换热器，所述废热源包括来自换热器的热气流，通过换热器的设置为废热源提供热气流，实现能源的循环使用，环保。
12.进一步地，所述除尘系统包括一立罐，所述立罐内设置有支撑隔板一、以及设置在所述支撑隔板一正上方的支撑隔板二；所述支撑隔板一和支撑隔板二之间形成的区域内由下至上依次填充有活性炭吸附层、沸石层和石英砂层；所述立罐的底部设置有进气口，位于所述支撑隔板二上立罐一侧壁上设置有出气口，所述出气口通过一排气管连通所述第一脱硫系统。
13.进一步地，所述立罐的顶部设置有喷淋管，所述喷淋管呈“回”型或蛇形设置在立罐的顶部，且所述喷淋管的周侧设置有喷淋孔；所述喷淋管的一端贯穿并延伸出立罐外侧、且连通有一储水箱，所述储水箱连通所述二氧化碳压缩系统，通过喷淋管喷出水到沸石层和石英砂层上，增强沸石层和石英砂层表面湿度，从而增强沸石层和石英砂层对尾气中包含的颗粒进行吸附；同时通过储水箱的设置，对二氧化碳压缩系统处理获得的水进行回收利用，避免直接排放到空气中造成环境破坏。
14.进一步地，所述气体混合系统包括壳体，所述壳体内设置有呈圆柱状的混合腔；所述壳体外侧对称设置有两进气口和一出气口；两所述进气口分别连通氧气回收系统和第一脱氮系统；所述混合腔内通过销轴可转动的扇叶。
15.在实际使用中，出气口处安装有氧气浓度传感器和二氧化碳浓度传感器，所述混合腔分别通过一进气管a和进气管b与氧气回收系统和第一脱氮系统连通，所述进气管a和进气管b上设置有流量阀a和流量阀b，且所述进气管a和进气管b内分别设置有用于检测气体流量的流量传感器a和流量传感器b；还包括一与氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、流量传感器a、流量传感器b、流量阀a和流量阀b相连接的控制器。
16.进一步地，所述灼烧系统包括一陶瓷管体，所述陶瓷管体外侧依次设置有石棉隔热层、泡棉隔热层和钢结构防护层；所述陶瓷管体内部沿其长度方向依次设置有多个平行设置的灼热的铜网；通过铜网的设置，方便对尾气中含有的氢气、硫化氢、一氧化碳等残存的可燃性气体进行燃烧。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明通过在二氧化碳压缩提纯前，通过脱氮系统和脱硫系统的设置，对含有的二氧化氮、二氧化硫进行先期剔除后，在进行二氧化碳压缩提纯，从而提高了二氧化碳变压吸附提纯系统的工作效率和提纯效果；从而实现对烟气中的二氧化碳进行回收，极大减少烟气中碳排放量。
19.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明二氧化碳提纯回收装置结构示意图；
22.图2为本发明除尘系统结构示意图；
23.图3为本发明气体混合系统结构示意图；
24.图4为本发明灼烧系统结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。
27.请参阅图1
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4所示，本发明为一种基于窑炉尾气的二氧化碳提纯回收装置，包括用于对窑炉尾气进行除尘的除尘系统1、用于对除尘后的尾气依次进行脱硫和脱氮的第一脱硫系统2和第一脱氮系统3；以及与第一脱氮系统3连通、且用于将第一脱氮系统3排出的尾气与氧气混合的气体混合系统4；与气体混合系统4相连通、且用于脱除残余可燃气体的灼烧系统5；与灼烧系统5连通、且依次进行脱硫和脱氮的第二脱硫系统20和第二脱氮系统30；第二脱氮系统30的出气端通过一管道6连通有一用于变压吸附预处理后的烟气并排出氧气的psa系统7，psa系统7的出气端连通一变压吸附提纯系统8，变压吸附提纯系统8用于对第二脱氮系统30排出的二氧化碳进一步变压吸附提纯；还包括与二氧化碳变压吸附提纯系统8连通、且用于二氧化碳变压吸附提纯系统8处理得到的二氧化碳解吸气加压液化及去除水分和腐蚀性杂质的二氧化碳压缩系统9；二氧化碳压缩系统9连通用于对二氧化碳压缩系统9产出的二氧化碳通过精馏塔进一步精提纯后贮存至成品罐内的精馏贮存系统。
28.使用时，窑炉尾气先经除尘系统1作用后出去尾气中的碳颗粒等颗粒杂质，然后经第一脱硫系统2和第一脱氮系统3进行第一次脱硫脱氮后，脱硫脱氮的尾气进入气体混合系统4内，并与氧气回收收统40排入的氧气混合形成混合气体，混合气体进入到灼烧系统5内后，混合气体中包含的氢气、硫化氢、一氧化碳等残存的可燃性气体进行燃烧产生二氧化氮、二氧化碳和二氧化硫等，此时产生的二氧化氮和二氧化硫等再经过第二脱硫系统20和第二脱氮系统30进行第二次脱硫脱氮，然后再一次经过psa系统7、变压吸附提纯系统8和二氧化碳压缩系统9作用后获得较高纯度的二氧化碳。
29.气体混合系统4连通有一氧气回收收统40，氧气回收系统40与psa系统60相连通；第一脱氮系统3和第二脱氮系统30均包括至少两个并列的脱氮吸附塔，脱氮吸附塔内填充脱氮吸附剂，任意一脱氮吸附塔均经历吸附、均压降、逆放、均压升、最终升压的工作阶段；通过氧气回收系统40的设置，实现对尾气中残存的氧气进行回收。
30.psa系统60包括若干并列第一吸附塔组成，脱氮吸附塔内填充吸附剂，任意一第一吸附塔均用于对二氧化碳进行吸附并将氧气由吸附塔顶部排出至混合气母管，逆放解吸气有吸附塔底部排入至解吸气母管；在运行过程中，psa系统60中每台第一吸附塔都需经历吸附、均压降、逆放、均压升、最终升压的工作阶段。
31.变压吸附提纯系统7包括若干并列第二吸附塔组成，脱氮吸附塔内填充吸附剂；在运行过程中，每台第二吸附塔都需经历吸附、均压降、逆放、均压升、最终升压的工作阶段。
32.二氧化碳压缩系统8包括多个用于压缩变压吸附提纯系统7排出的二氧化碳气流的压缩机；以及一个或更多用于进一步压缩气流的喷射器；以及定位于一个或更多喷射器的下游的冷凝器；以及一废热源；其中，气流的返回部分能够经由废热源而与一个或更多喷射器连通。
33.管道6的外周侧设置有一换热器60，废热源包括来自换热器60的热气流，通过换热器60的设置为废热源提供热气流，实现能源的循环使用，环保。
34.如图2，除尘系统1包括一立罐11，立罐11内设置有支撑隔板一12、以及设置在支撑隔板一12正上方的支撑隔板二13；支撑隔板一12和支撑隔板二13之间形成的区域内由下至上依次填充有活性炭吸附层111、沸石层112和石英砂层113；立罐11的底部设置有进气口，位于支撑隔板二13上立罐11一侧壁上设置有出气口，出气口通过一排气管连通第一脱硫系统2。
35.如图2，立罐11的顶部设置有喷淋管14，喷淋管14呈“回”型或蛇形设置在立罐11的顶部，且喷淋管14的周侧设置有喷淋孔；喷淋管14的一端贯穿并延伸出立罐11外侧、且连通有一储水箱10，储水箱10连通二氧化碳压缩系统9，通过喷淋管14喷出水到沸石层112和石英砂层113上，增强沸石层112和石英砂层113表面湿度，从而增强沸石层112和石英砂层113对尾气中包含的颗粒进行吸附；同时通过储水箱10的设置，对二氧化碳压缩系统9处理获得的水进行回收利用，避免直接排放到空气中造成环境破坏。
36.如图3，气体混合系统4包括壳体41，壳体41内设置有呈圆柱状的混合腔42；壳体41外侧对称设置有两进气口和一出气口；两进气口分别连通氧气回收系统40和第一脱氮系统3；混合腔42内通过销轴43可转动的扇叶44。
37.在实际使用中，出气口处安装有氧气浓度传感器和二氧化碳浓度传感器，混合腔42分别通过一进气管a和进气管b与氧气回收系统40和第一脱氮系统3连通，进气管a和进气管b上设置有流量阀a和流量阀b，且进气管a和进气管b内分别设置有用于检测气体流量的流量传感器a和流量传感器b；还包括一与氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、流量传感器a、流量传感器b、流量阀a和流量阀b相连接的控制器。
38.如图4，灼烧系统5包括一陶瓷管体51，陶瓷管体51外侧依次设置有石棉隔热层52、泡棉隔热层53和钢结构防护层54；陶瓷管体51内部沿其长度方向依次设置有多个平行设置的灼热的铜网55；通过铜网55的设置，方便对尾气中含有的氢气、硫化氢、一氧化碳等残存的可燃性气体进行燃烧。
39.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
40.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。