中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔制造技术

本发明专利技术公开了一种中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，包括塔体、烟气入口和出口，塔体下端设有换热介质出口，塔体上端和中部均设有换热介质进口，塔体内设有换热装置，换热装置包括自下而上间隔的布置在塔体内的与换热介质出口连通的合流腔室、与中部换热介质进口连通的补水腔室和与上端换热介质进口连通的分流腔室，合流腔室与补水腔室之间并联有下管束，补水腔室与分流腔室之间并联有上管束，塔体内除换热装置之外的空间填充有吸附剂材料。本发明专利技术通过换热管束加大换热介质与吸附剂材料接触面积，强化换热能力、高效变温解吸；中间补水管路的设计实现了灵活调控加热介质流量，减少对吸附塔上部未吸附饱和吸附剂材料过余加热造成的热量损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二氧化碳吸附捕集装置，尤其是涉及一种中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，能更高效、能耗更低的进行CO2的吸附和解吸附过程。
技术介绍
二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是解决二氧化碳排放问题的有效技术，受到了广泛地关注。目前二氧化碳的分离及捕集技术主要有化学吸收法、物理吸收法和膜分离技术。化学吸收法需要耗费大量的吸收剂，其制备的耗能巨大，而膜吸收法正处于起步阶段，目前尚无法用于商业化使用。而物理吸收法中的吸附剂吸附法具有吸收效果好、能耗低、分离回收率高的特点，是一种十分有潜力的二氧化碳吸附方法。其中的变温吸附法实施简单，对设备的工艺要求不高，并且可以用于结合太阳能以及工业余热，从而实现能量的多级高效利用。目前的二氧化碳变温吸附方法主要采用的是利用热能，如热水或其他中低温热工质或采用电能，如电加热法，从而达到变温吸附的目的。电能作为高品质能源，以电制热的电加热方法既不经济也不环保。而对于能量利用较科学的中低温工质热交换变温吸附的方法，其能量利用效率便成为了节能减排的一项重要指标。二氧化碳吸附效率与吸附塔能量利用效率两项指标共同决定吸附塔的经济性。本专利在以上两个方面综合考虑，研发出一款专利技术变温吸附塔。现有的变温二氧化碳捕集塔在应用中存在如下问题：1、由于吸附塔的吸附作用使吸附剂在烟气入口与烟气出口区域吸附剂材料捕集的二氧化碳浓度不同，对于如公告号为CN205435405U的中国技术专利中披露了一种等截面结构的变温吸附塔，其解吸附过程中所耗费的能量不同，造成热能的浪费或入口处吸附剂解吸附不足。2、吸附塔管路结构复杂，如大量使用弯管，螺旋管束等结构，造成制造成本巨大，且维修保养困难的结果。2、采用外部加水套的换热方式进行换热的吸附塔在解吸附过程中，换热介质与空气直接接触，造成大量热损失。4、吸附塔内部采用折流式、翅片式、横式等结构，大大增加了塔内阻力，增加了泵功。而对于大流量的烟气处理情况流动阻力巨大。如公告号为CN204958392U的中国技术专利披露了一种在吸附塔中加入了大量折流板等强化对流传热装置，耗散烟气的动能，增加泵功率。采用公告号为CN104930879A的中国专利技术专利申请中披露的一种在吸附塔中垂直换热管的外部增加大量翅片，限制了二氧化碳的横向扩散增大阻力。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，具有节能、高效制造装配简单、阻力小的特点，适用于新形势下节能减排的要求。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，包括塔体，所述塔体的底部设有烟气入口，所述塔体的顶部设有烟气出口，所述塔体的下端设有换热介质出口，所述塔体的上端和中部均设有换热介质进口，所述塔体的腔内设有换热装置，所述换热装置包括自下而上间隔的布置在塔体内的合流腔室、补水腔室和分流腔室，所述合流腔室与所述补水腔室之间并联有下管束，所述补水腔室与所述分流腔室之间并联有上管束，所述合流腔室与所述换热介质出口连通；所述补水腔室与所述塔体中部的换热介质进口连通，所述分流腔室与所述塔体上端的换热介质进口连通；所述换热装置与塔体之间的空间内填充有吸附剂材料；所述换热装置与所述烟气入口之间及所述换热装置与所述烟气出口均设有过滤网。进一步讲，本专利技术中，所述合流腔室、补水腔室和分流腔室均由水平布置的圆环形管构成。所述吸附剂材料为沸石13X或是沸石5A。在吸附过程中，所述换热装置内的换热介质为25-35℃的水；在解吸附过程中，所述换热装置内的换热介质为水或导热油，自所述换热介质进口进入的换热介质的温度为85-100℃，从换热介质出口流出的换热介质的温度为25-35℃。采用上述方案后，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1.吸附腔内换热管束增大了换热介质与吸附剂材料接触面积，强化了换热能力、加快了变温解吸；中间管路的设计，实现灵活调控加热介质流量，减少了对吸附塔上部未吸附饱和吸附剂材料过余加热造成的热量损失。既可以迅速地对吸附质颗粒进行加热，加快其解吸附的速度，又可以高效地对吸附质颗粒进行冷却，增大吸附质颗粒的吸附能力。2.使用直管管束，其制造加工便捷，成本低且便于维修，并且便于更换。3.采用竖直管路的布管方式，相对于现有专利中折流式、翅片式、横式等结构，流动阻力大大减小，适用于大流量的情况。附图说明图1是本专利技术中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔的主视剖视图；图2是图1所示捕集塔的俯视图。图中：1-烟气出口2-分流腔室3-上管束4-补水腔室5-下管束6-合流腔室7-烟气入口8、9-换热介质进口10-换热介质出口11-塔体12、13-过滤网具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1和图2所示，本专利技术中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，包括塔体11，所述塔体11的底部设有烟气入口7，所述塔体11的顶部设有烟气出口1，烟气通过塔体11底部的烟气入口7进入吸附塔内，在吸附塔内部完成吸附过程后，经由烟气出口1离开吸附塔；所述塔体7的下端设有换热介质出口10，所述塔体7的上端和中部均设有换热介质进口8、9，所述塔体11的腔内设有换热装置。所述换热装置包括自下而上间隔的布置在塔体11内的合流腔室6、补水腔室4和分流腔室2，所述合流腔室6、补水腔室4和分流腔室2均由水平布置的圆环形管构成，且均靠近塔体11的壁面，在加强换热的同时，不阻碍气体的进出。所述合流腔室6与所述补水腔室4之间并联有下管束5，所述补水腔室4与所述分流腔室2之间并联有上管束3，所述合流腔室2与所述换热介质出口10连通；所述补水腔室4与所述塔体7中部的换热介质进口9连通，所述分流腔室2与所述塔体7上端的换热介质进口8连通。所述塔体11内，除换热装置所占空间外充满了吸附剂材料，所述吸附剂材料为沸石13X或是沸石5A，该吸附剂材料呈颗粒状，为防止吸附质颗粒从吸附塔上部或下部漏出，在塔体11内部，位于所述换热装置与所述烟气入口7和烟气出口1之间均设有过滤网12或13。所述换热装置内的换热介质为水或导热油，自所述换热介质进口8、9进入的换热介质的温度为85-100℃，从换热介质出口10流出的换热介质的温度为25-35℃。所述分流腔室2可将由换热介质进口8进入的换热介质按照一定比例合理地分配到上管束3中，同时可以起到稳定流量的作用；上管束3的外壁与吸附质颗粒直接接触，上管束3的内部通有换热介质，通过对流和导热的方式对吸附塔上部的吸附质颗粒进行换热。所述补水腔体4可将从上管束3流下的换热介质和从位于塔体11中部的换热介质进口9进入的换热介质相混合，并按照一定比例分配到下管束5中，同样也可以起到稳定流量的作用。下管束5的上端与补水腔体4连接，下管束5的下端与合流腔体6连接，通过下管束5可以对吸附塔下部的吸附质颗粒进行换热；合流腔体6的一端与下管束5连接，合流腔体6的另一端与换热介质出口10连接，可将由下管束5流下的换热介质汇合，并通过换热介质出口10离开吸附塔。位于塔体11上端的换热介质进口8和中部的换热介质进口9所在的管路上均可按照实际需求安装节流阀，通过调节节流的开度实现调节管路中的换热介质流量。本专利技术二氧化碳吸附捕集塔的工作原理包括吸附过程和解吸附过程。吸附过程:烟气通过塔体11底部的烟气入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，包括塔体(11)，所述塔体(11)的底部设有烟气入口(7)，所述塔体(11)的顶部设有烟气出口(1)，所述塔体(7)的下端设有换热介质出口(10)，所述塔体(7)的上端和中部均设有换热介质进口(8、9)，所述塔体(11)的腔内设有换热装置，其特征在于：所述换热装置包括自下而上间隔的布置在塔体(11)内的合流腔室(6)、补水腔室(4)和分流腔室(2)，所述合流腔室(6)与所述补水腔室(4)之间并联有下管束(5)，所述补水腔室(4)与所述分流腔室(2)之间并联有上管束(3)，所述合流腔室(2)与所述换热介质出口(10)连通；所述补水腔室(4)与所述塔体(7)中部的换热介质进口(9)连通，所述分流腔室(2)与所述塔体(7)上端的换热介质进口(8)连通；所述换热装置与塔体(11)之间的空间内填充有吸附剂材料；所述换热装置与所述烟气入口(7)之间及所述换热装置与所述烟气出口(1)均设有过滤网。

【技术特征摘要】
1.一种中间补水管束式二氧化碳吸附捕集塔，包括塔体(11)，所述塔体(11)的底部设有烟气入口(7)，所述塔体(11)的顶部设有烟气出口(1)，所述塔体(7)的下端设有换热介质出口(10)，所述塔体(7)的上端和中部均设有换热介质进口(8、9)，所述塔体(11)的腔内设有换热装置，其特征在于：所述换热装置包括自下而上间隔的布置在塔体(11)内的合流腔室(6)、补水腔室(4)和分流腔室(2)，所述合流腔室(6)与所述补水腔室(4)之间并联有下管束(5)，所述补水腔室(4)与所述分流腔室(2)之间并联有上管束(3)，所述合流腔室(2)与所述换热介质出口(10)连通；所述补水腔室(4)与所述塔体(7)中部的换热介质进口(9)连通，所述分流腔室(2)与所述塔体(7)上端的换热介质进口(8)连通；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李双俊，陈瑞华，郭志昊，邓帅，赵力，赵睿恺，何俊南，刘一楠，张月，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12