一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，包括电机、壳体、离心滚筒和透气薄膜，设置于壳体内腔且表面分布有多个孔隙的透气薄膜将其内腔分为内外2个仅通过孔隙相连通的区域，设置于壳体下方的进气口与壳体内腔的外区域相连通，设置于壳体顶部的进液口、出气口以及设置于壳体底部的出液口与壳体内腔的内区域相连通，设置于壳体内区域的离心滚筒与电机相连，离心滚筒上端设有垂直向投影面积覆盖进液口垂直向投影面积的平台，通过装置内的离心滚筒将制冷剂甩至薄膜的内表面，烟气经底部从薄膜外表面向内运动，与液膜发生热质交换，通过同时优化气液相的流动形式，大幅度增加气液传热传质效率。加气液传热传质效率。加气液传热传质效率。

【技术实现步骤摘要】
一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器及其工作方法


[0001]本专利技术涉及一种换热器，尤其是涉及一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器及其工作方法。

技术介绍

[0002]低温碳捕集获得二氧化碳往往通过凝华的方式。常规技术一般是采用直接逆流接触式的凝华器，将低温异戊烷从凝华器顶部进行喷淋，将富含烟气的二氧化碳从凝华器底部引入，烟气中的二氧化碳在与低温异戊烷进行传热传质的过程中凝华为固态二氧化碳并与异戊烷液体共同经凝华器底部的液相出口引出，然后进入后续固液分离装置以得到固态二氧化碳。故凝华器内气液传热传质的效果直接影响着装置的凝华效果。
[0003]目前强化气液传热传质效果的方法一般采用机械强化，如增加装置内部压力或通过机械叶轮剪切搅拌等等，该类技术尽管可以产生更多的气泡，增加气液接触，但是由于气泡间相互作用，气泡合并几率大大增加，而小气泡合并大气泡后不仅降低气液接触效果而且大气泡的浮力较大，其气液停留时间也大大缩短，气液传质效率下降。
[0004]除了机械强化的方式，还有电场强化、低频声波激振等技术方案通过增加小气泡数量方式来提高气液接触效果。例如，气液接触反应传质强化的方法及气液接触反应装置(CN101618306B)通过在气液接触反应装置的顶部固定高频振动的超声波发生器以控制装置内气泡间的合并，通过增加气泡停留时间来强化气液传质。然而一方面通过超声波控制气泡的合并具有随机性；另一方面该技术方案仅改变气泡的流动而不是同时优化气液两相流动，其气液间的传质强化效果有限。
[0005]为了同时改善气相和液相的流动，以实现更好的气液接触，一种气液接触装置(CN108283850B)中公开的一种技术方案，即通过设置旋流板塔实现气流的螺旋上升，与下降的流体充分接触，该技术方案通过旋流板塔来同时改善气相和液相流动以增加气液传热传质效率，然而该技术方案中旋流板塔为装整填料，其主要用于除尘和脱硫领域，而低温碳捕集的工艺中主要需要将凝华得到的固态二氧化碳进行收集，若通过填料来提升气液接触效果，会导致凝华得到的二氧化碳吸附在填料内的空隙中无法脱除。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，既可以通过同时优化气相和液相的流动以提高凝华器内的传热传质效率，还可以保证二氧化碳结霜能顺利的随异戊烷形成浆液并进入下级固液分离工序。并提供了其工作方法。
[0007]技术方案：一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，包括电机、壳体、离心滚筒、透气薄膜，透气薄膜设置于壳体内部，将壳体内部从内向外划分为两个腔室，透气薄膜表面分布有多个孔隙，使两个腔室气流互通，离心滚筒在壳体内位于内侧的腔室中，电机安装于壳体顶部，其电机轴自壳体顶面穿入其中并与离心滚筒的上端连接，壳体的顶面上间隔开设有
通向内侧的腔室的进液口和出气口，底面上开设有通向内侧的腔室的出液口，下侧面开设有通向外侧的腔室的进气口，进液口正对离心滚筒上表面。
[0008]进一步的，离心滚筒包括连接平台、滚筒本体，连接平台的底面与滚筒本体的顶面固定，连接平台为径向截面呈环状的圆盘结构，其内环与电机螺纹连接，使电机轴与离心滚筒同轴，外环的周面上间隔开设有多个圆形窗口，进液口正对连接平台的环形凹陷处。
[0009]最佳的，滚筒本体包括第一环形板、条形板、环形板加强筋、第二环形板，第一环形板、第二环形板相对平行间隔设置，两者之间设有多个呈圆周间隔排列的条形板，每个条形板的两端分别与第一环形板、第二环形板固定，环形板加强筋设置于多个条形板中部，条形板依次穿设于环形板加强筋中并与其固定，第一环形板与连接平台的底面固定。
[0010]最佳的，第一环形板、环形板加强筋、第二环形板三者同轴，环形板加强筋上间隔开设有一圈数量及形状与条形板匹配的长条孔，多个长条孔倾斜开设并呈叶轮叶片形式排列，多个条形板的旋向与电机的旋转方向相反。
[0011]进一步的，离心滚筒的长径比为(5～10):1。
[0012]进一步的，离心滚筒和透气薄膜均为圆筒状且同轴设置，透气薄膜的两端分别嵌设于壳体的两个内端面中且与壳体焊接固定。
[0013]最佳的，本换热器还包括机架，壳体的下部与机架的上部固定。
[0014]最佳的，孔隙的孔径为300～650微米，透气薄膜的厚度为0.4～0.6mm。
[0015]一种上述的低温碳捕集用降膜式凝华换热器的工作方法，包括以下步骤：
[0016]步骤一：进行压力实验和气密实验，确保水压和气密合格，将壳体的进气口通过进气针阀与外界烟气预处理系统出口相连，壳体的出气口通过出气针阀与外界洁净气体后处理系统相连，壳体的进液口通过进液球阀与外界制冷剂相连，壳体的出液口通过出料球阀与外界浆液处理系统相连；
[0017]步骤二：打开进液球阀和出料球阀，通入低温异戊烷对换热器进行预冷，低温异戊烷经壳体的进液口进入，下落至离心滚筒，并溢流而向下运动，当温度降低至规定温度时打开电机，电机带动离心滚筒转动，使其外壁流下的制冷剂在离心作用下甩至透气薄膜的内壁，并沿透气薄膜内壁向下运动形成液膜，继续通入低温异戊烷直至换热器内腔温度低于二氧化碳凝华温度；
[0018]步骤三：打开进气针阀，经外界烟气预处理系统降温至接近二氧化碳凝华温度的烟气从壳体的进气口进入，在透气薄膜外侧的腔室内聚集，并通过透气薄膜上的孔隙向内侧的腔室运动，烟气中的二氧化碳从透气薄膜外侧向内侧运动时，与透气薄膜内侧的低于二氧化碳凝华温度的低温异戊烷进行热质传递并凝华为固体，其中一部分固体粘附在透气薄膜内表面，另一部分固体经制冷剂冲刷落下；随着热质传递的进行，经透气薄膜外表面向其内表面运动的烟气将粘附在透气薄膜内表面的固体吹扫落下，烟气穿过透气薄膜后得到二氧化碳组分含量减少的洁净烟气，打开出气针阀，经出气口引出；低温液体裹挟着固体从底部的出液口排出。
[0019]最佳的，在步骤二中，当温度降低至
‑
30℃
±
0.25℃时打开电机，二氧化碳凝华温度为
‑
78℃
±
0.2℃。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0021]1、本专利技术通过设置于装置内部的离心滚筒将低温异戊烷甩至薄膜的内表面，烟气
从薄膜外表面向内运动，薄膜的一侧为气体，另一侧壁面有液膜覆盖，在重力的作用下液膜沿着内壁面向下流动，气相以一定的速度水平穿过液膜表面，与液膜发生热质交换，由于薄膜外表面温度高于薄膜内表面，凝华的二氧化碳固体在薄膜内表面结霜。故凝华得到的二氧化碳固体很容易在气流的作用下在薄膜内表面剥离，向内脱落掉下并在装置底部收集，如此凝华得到的二氧化碳固体反复附着并剥离，大大增加了装置的凝华效率。
[0022]2、本专利技术设置的烟气从薄膜外表面向内运动，一方面为附着在薄膜表面的二氧化碳结霜提供水平向内运动并落下的动能(将结霜从空隙出吹扫落下)，另一方面对薄膜外表面进行加热，保证二氧化碳结霜顺利在薄膜内表面脱落，使得薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，其特征在于：包括电机(1)、壳体(2)、离心滚筒(3)、透气薄膜(4)，透气薄膜(4)设置于壳体(2)内部，将壳体(2)内部从内向外划分为两个腔室，透气薄膜(4)表面分布有多个孔隙(41)，使两个腔室气流互通，离心滚筒(3)在壳体(2)内位于内侧的腔室中，电机(1)安装于壳体(2)顶部，其电机轴自壳体(2)顶面穿入其中并与离心滚筒(3)的上端连接，壳体(2)的顶面上间隔开设有通向内侧的腔室的进液口(21)和出气口(22)，底面上开设有通向内侧的腔室的出液口(24)，下侧面开设有通向外侧的腔室的进气口(23)，进液口(21)正对离心滚筒(3)上表面。2.根据权利要求1所述的一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，其特征在于：离心滚筒(3)包括连接平台(31)、滚筒本体(32)，连接平台(31)的底面与滚筒本体(32)的顶面固定，连接平台(31)为径向截面呈环状的圆盘结构，其内环与电机(1)螺纹连接，使电机轴与离心滚筒(3)同轴，外环的周面上间隔开设有多个圆形窗口，进液口(21)正对连接平台(31)的环形凹陷处。3.根据权利要求2所述的一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，其特征在于：滚筒本体(32)包括第一环形板(321)、条形板(322)、环形板加强筋(323)、第二环形板(324)，第一环形板(321)、第二环形板(324)相对平行间隔设置，两者之间设有多个呈圆周间隔排列的条形板(322)，每个条形板(322)的两端分别与第一环形板(321)、第二环形板(324)固定，环形板加强筋(323)设置于多个条形板(322)中部，条形板(322)依次穿设于环形板加强筋(323)中并与其固定，第一环形板(321)与连接平台(31)的底面固定。4.根据权利要求3所述的一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，其特征在于：第一环形板(321)、环形板加强筋(323)、第二环形板(324)三者同轴，环形板加强筋(323)上间隔开设有一圈数量及形状与条形板(322)匹配的长条孔，多个长条孔倾斜开设并呈叶轮叶片形式排列，多个条形板(322)的旋向与电机(1)的旋转方向相反。5.根据权利要求1所述的一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，其特征在于：离心滚筒(3)的长径比为(5～10):1。6.根据权利要求1所述的一种低温碳捕集用降膜式凝华换热器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋庆峰，宋肖，陈育平，郭霆，沈九兵，谷家扬，焦晨，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：