CN111234884B - 利用钙基吸收剂吸收热解气中co2的系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统及其控制方法，所述系统包括依次相连接的前端进口管道、气体流量控制装置、CO2含量测试装置、中间管道和后端出口管道；所述系统还包括处理控制器，处理控制器分别与CO2含量测试装置和中间管道相连接；中间管道包括若干分支管道，每个分支管道的管道口处设有阀门，分支管道内设有钙基吸收剂；处理控制器接收CO2含量测试装置发出的CO2含量信号并控制相应的分支管道上的阀门。所述系统具有延长吸收剂（尤其是价格高的小粒径吸收剂）使用寿命、系统能处理CO2含量范围更广的热解气、产品质量更稳定、系统可在不停工情况下更换吸收剂的优点。
Description
技术领域
本发明涉及的技术领域为工业过程控制领域，具体涉及一种钙基吸收剂吸收热解气中二氧化碳的管道系统及控制方法。
背景技术
通过热利用法，使固体废料资源化的流程通常为：有机固废在惰性气氛下加热产生高温热解气，所述高温热解气经过催化重整后产生热解气，所述热解气主要成分有CO、H2、CH4、CO2、氮的化合物以及硫的化合物；所述热解气经过脱硫、脱氮、除CO2后，将是理想的气体燃料。
上述从热解气理想气体燃料的难点在于如何高效催化重整、脱氮脱硫以及脱除CO2。热解气中存留的CO2会降低其热值，且直接排放CO2会加剧温室效应，恶化气候；因此脱除热解气中的CO2是必要的。本发明要解决的是热解气脱除CO2这个技术难题。
在工业生产中，常常选择钙基循环吸收剂脱除CO2，其工作时一个循环中主要的化学方程式是：
CaO+CO2＝＝CaCO3
然而，随着循环次数的增加，上述吸收剂会发生烧结现象，致使有效表面积减小，吸收能力大大降低。因此，延长吸收剂的使用寿命是一个重要的研究课题。目前，主要思路是对CaO进行化学修饰或者在吸收剂中加入其它成分以提高吸收剂的寿命。而本发明则从工业过程控制角度出发，提供一种优化的管道系统，配合合理的控制方法，以延长吸收剂使用寿命。
实验证明，钙基吸附剂的吸附容量的影响因子显著性从大到小依次为：混合气体流量、二氧化碳含量、碳酸化温度、吸附剂颗粒粒径。热解气中二氧化碳含量较高时，二氧化碳能迅速将吸附剂碳酸化，也就是说较大粒径吸附剂处理高含量二氧化碳热解气的能力与小粒径吸附剂相当。热解气中二氧化碳含量较低时,小粒径吸附剂的吸收能力比较大粒径吸附剂强。因此，若要求产品中CO2含量稳定且尽量少消耗小粒径吸附剂，应该只用小粒径吸收剂处理低含量CO2热解气。在本发明中，假定热解气温度为600-700℃并且通过流量仪控制热解气流量。
分子的红外光吸收光谱可以反映分子的官能团或化学键种类从而推断分子式；对于简单分子组成的混合物，若官能团特征峰之间重叠很少(亦即官能团之间特征波数差别大)且特征峰有足够的强度，并且该分子的数量不太少，则还可以通过红外光吸收光谱对混合物做定量分析。
热解气脱硫、脱氮后，主要成分为：CO、H2、CH4、CO2。已知热解气中各分子存在的特征官能团或者化学键；它们主要为(括号内为特征波数/cm-1)：碳氧三键(2150)、氢氢单键(中红外区无吸收峰)、碳氢单键(2913.0、1533.3、3018.9、1305.9)、碳氧双键(2349、1340、667)。上述主要特征官能团或化学键的特征峰差别较大，因而为通过红外吸收光谱检测热解气中CO2含量提供可能。
本发明中采用傅里叶变换红外光谱仪；此类型红外光谱仪具有扫描间隔短、信噪比高的优点，能够满足高精度实时监测热解气组分含量变化的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的思路以解决用钙基循环吸收剂脱除热解气中CO2应用中如何延长钙基循环吸收剂的使用寿命的问题。常见的思路是吸收剂改性，而本发明是采用工业过程控制方法，提供一种优化的管道系统，配合合理的控制方法，以提高吸收剂寿命并且能处理CO2含量范围更大的热解气。
本发明的目的是通过以下技术方案之一实现的。
本发明提供了一种利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统，包括依次相连接的前端进口管道、气体流量控制装置、CO2含量测试装置、中间管道和后端出口管道；所述系统还包括处理控制器，处理控制器分别与CO2含量测试装置和中间管道相连接；中间管道包括若干分支管道，每个分支管道的管道口处设有阀门，分支管道内设有钙基吸收剂；处理控制器接收CO2含量测试装置发出的CO2含量信号并控制相应的分支管道上的阀门。
优选地，CO2含量测试装置为傅里叶变换红外光谱仪。
优选地，钙基吸收剂分布在分支管道的中部。
优选地，中间管道包括4-6个分支管道。
优选地，各分支管道内钙基吸收剂之间的粒径不同。
优选地，各分支管道内钙基吸收剂之间的粒径呈梯度分布。
优选地，当热解气流量在50-70ml/min，工作温度在600-700℃时，CO2体积含量在(6％,10％]、(10％,14％]、(14％,18％]、(18％,22％]的热解气对应的钙基吸收剂粒径范围分别是(75μm,120μm]、(120μm,180μm]、(180μm,250μm]、(250μm,380μm]。
优选地，处理控制器分别与CO2含量测试装置和中间管道通过导线相连接。
优选地，处理控制器包括信号处理器和数字电源，信号处理器用于接收CO2含量测试装置发出的CO2含量信号并输出阀门开关信号，数字电源通过导线接收阀门开关信号并控制相应的分支管道的阀门开关动作。
本发明还提供了一种控制所述利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统的方法，包括以下步骤：
(1)对处理控制器和中间管道的各分支管道设置CO2含量区间，并根据CO2含量区间在中间管道的各分支管道内布置钙基吸收剂；
(2)将热解气通入前端进口管道，经前端进口管道，由气体流量控制装置控制流量后，进入CO2含量测试装置，得CO2含量；
(3)处理控制器接收步骤(2)传输的CO2含量信号，和步骤(1)预先设定的CO2含量区间作对比，得阀门开关信号，处理控制器根据阀门开关信号控制相应的分支管道的阀门开关动作；
(4)热解气流经阀门执行开动作的分支管道，所述分支管道的钙基吸收剂脱除热解气中的CO2，脱除CO2的热解气经后端出口管道排出。
优选地，热解气为已经脱硫脱氮的热解气。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
(1)延长吸收剂(尤其是价格更高的小粒径吸收剂)的使用寿命,本发明提供的系统可以根据管道中热解气的二氧化碳含量，选择最佳的CO2吸收剂的粒径，调整热解气通过中间管道的不同导气路径，使气体通过最优粒径的吸收剂。当前述傅里叶变换红外光谱仪检测到较低的CO2含量时，才会选择价格更高的小粒径吸收剂；这样就起到合理、高效利用吸收剂的设计效果，并延长吸收剂使用寿命；
(2)本发明提供的系统能处理CO2含量范围更广的热解气，对于中间管道的不同导气路径，按照粒径梯度分布，采用这种管道系统可以处理二氧化碳含量范围更广的热解气；
(3)产品质量更稳定，根据热解气中CO2含量选择吸收剂，还可以使后端出口管道出产的产品CO2含量更稳定，无论热解气中CO2含量是高还是低，都可以使产品中CO2含量降到合格的统一标准；
(4)本发明提供的系统可在不停止工情况下更换吸附剂，操作更便捷，在更换吸收剂时，可以只暂停某条分支管道的使用，而其它分支继续工作，这样就可以实现系统就不停止工作也能更换吸收剂。
附图说明
图1是实施例提供的一种利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统的结构示意图；
图中：1-前端进口管道；2-中间管道；3-后端出口管道；4-CO2含量测试装置；5-处理控制器；6-阀门；7-钙基吸收剂；8-信号处理器；9-数字电源；10-气体流量控制装置。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
本实施例提供一种利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统，如图1所示，包括依次相连接的前端进口管道1、气体流量控制装置10、CO2含量测试装置4、中间管道2和后端出口管道3；所述系统还包括处理控制器5，处理控制器5分别与CO2含量测试装置4和中间管道2相连接；中间管道2包括4个分支管道，每个分支管道的管道口处设有阀门6，分别是#1、#2、#3和#4，相应的分支管道分别为#1分支管道、#2分支管道、#3分支管道和4#分支管道；各分支管道内设有钙基吸收剂7；处理控制器5接收CO2含量测试装置4发出的CO2含量信号并控制相应的分支管道上的阀门6。
CO2含量测试装置4为傅里叶变换红外光谱仪。钙基吸收剂7分布在分支管道的中部。各分支管道内钙基吸收剂之间的粒径不同。各分支管道内钙基吸收剂之间的粒径呈梯度分布。#1分支管道内的钙基吸收剂的粒径为75-120微米，对应CO2含量区间为(6％,10％]，#2分支管道内的钙基吸收剂的粒径为120-180微米，对应CO2含量区间为(10％,14％]，#3分支管道内的钙基吸收剂的粒径为180-250微米，对应CO2含量区间为(14％,18％]，#4分支管道内的钙基吸收剂的粒径为250-380微米，对应CO2含量区间为(18％,22％]，CO2含量低于(6％,10％]最低边界值时仍对应1#分支管道，高于(18％,22％]最高边界值时仍对应4#分支管道。
处理控制器5分别与CO2含量测试装置4和中间管道2通过导线相连接。处理控制器5包括信号处理器8和数字电源9，信号处理器8用于接收CO2含量测试装置4发出的CO2含量信号并输出阀门开关信号，数字电源9通过导线接收阀门开关信号并控制相应的分支管道的阀门开关动作。
本发明还提供了一种控制所述利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统的方法，包括以下步骤：
(1)采用C++高级程序语言编写处理控制器代码(以下仅作为举例)：
(2)对处理控制器5和中间管道2的4个分支管道设置CO2含量区间，并根据CO2含量区间在中间管道2的4个分支管道内布置钙基吸收剂7；对气体流量控制装置10设置流量为60ml/min；对信号处理器8设置CO2含量录入间隔20s，即每隔20s接收一次由CO2含量测试装置4即傅里叶变换红外光谱仪发出的信号。实际生产中，录入间隔应大于傅里叶变换红外光谱仪的扫描间隔，以避免信号处理器8进行无效的计算；
(3)将已经脱氮脱硫的热解气通入前端进口管道1，经前端进口管道1进入CO2含量测试装置4，得CO2含量，本实施例共测得热解气的CO2体积含量分别为4％、8％、12％、16％、20％、24％；
(4)处理控制器5接收步骤(2)传输的CO2含量信号，和步骤(1)预先设定的CO2含量区间作对比，得阀门开关信号(0是关动作，1是开动作)，处理控制器5根据阀门开关信号控制相应的分支管道的阀门开关动作，各CO2含量对应的阀门6的开关状态如表1所示；
表1
(5)热解气流经阀门6执行开动作的分支管道，所述分支管道的钙基吸收剂7脱除热解气中的CO2，脱除CO2的热解气经后端出口管道3排出。
本实施例提供的系统和控制方法能够处理CO2体积含量范围在6％-22％的热解气；而只有在处理低含量CO2热解气时才会损耗吸收剂粒径目数大的吸收剂。此外，虽然CO2含量变化，但后端出口管道出来的产品其质量保持稳定。再有，如需要，可以在不停止系统工作的情况下更换未处于工作状态的钙基吸收剂。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统，其特征在于，包括依次相连接的前端进口管道、气体流量控制装置、CO2含量测试装置、中间管道和后端出口管道；所述系统还包括处理控制器，处理控制器分别与CO2含量测试装置和中间管道相连接；中间管道包括若干分支管道，每个分支管道的管道口处设有阀门，分支管道内设有钙基吸收剂；处理控制器接收CO2含量测试装置发出的CO2含量信号并控制相应的分支管道上的阀门；CO2含量测试装置为傅里叶变换红外光谱仪；中间管道包括4-6个分支管道；各分支管道内钙基吸收剂之间的粒径不同；各分支管道内钙基吸收剂之间的粒径呈梯度分布；处理控制器分别与CO2含量测试装置和中间管道通过导线相连接；处理控制器包括信号处理器和数字电源，信号处理器用于接收CO2含量测试装置发出的CO2含量信号并输出阀门开关信号，数字电源通过导线接收阀门开关信号并控制相应的分支管道的阀门开关动作；所述系统的控制包括以下步骤：
（1）对处理控制器和中间管道的各分支管道设置CO2含量区间，并根据CO2含量区间在中间管道的各分支管道内布置钙基吸收剂；
（2）将热解气通入前端进口管道，经前端进口管道，由气体流量控制装置控制流量后，进入CO2含量测试装置，得CO2含量；
（3）处理控制器接收步骤（2）传输的CO2含量信号，和步骤（1）预先设定的CO2含量区间作对比，得阀门开关信号，处理控制器根据阀门开关信号控制相应的分支管道的阀门开关动作；
（4）热解气流经阀门执行开动作的分支管道，所述分支管道的钙基吸收剂脱除热解气中的CO2，脱除CO2的热解气经后端出口管道排出。
2.根据权利要求1所述的利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统，其特征在于，钙基吸收剂分布在分支管道的中部。
3.根据权利要求1所述的利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统，其特征在于，当热解气流量在50-70ml/min，工作温度在600-700℃时，CO2体积含量在(6%,10%]、(10%,14%]、(14%,18%]、(18%,22%]的热解气对应的钙基吸收剂粒径分别是(75μm,120μm]、(120μm,180μm]、(180μm,250μm]、(250μm,380μm]。
4.控制权利要求1至3任一项所述利用钙基吸收剂吸收热解气中CO2的系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对处理控制器和中间管道的各分支管道设置CO2含量区间，并根据CO2含量区间在中间管道的各分支管道内布置钙基吸收剂；
（2）将热解气通入前端进口管道，经前端进口管道，由气体流量控制装置控制流量后，进入CO2含量测试装置，得CO2含量；
（3）处理控制器接收步骤（2）传输的CO2含量信号，和步骤（1）预先设定的CO2含量区间作对比，得阀门开关信号，处理控制器根据阀门开关信号控制相应的分支管道的阀门开关动作；
（4）热解气流经阀门执行开动作的分支管道，所述分支管道的钙基吸收剂脱除热解气中的CO2，脱除CO2的热解气经后端出口管道排出。
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