【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳减排，具体的说是涉及一种液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统及方法。
技术介绍
1、能源是人类文明进步的基础和动力，经济的快速发展也推动了能源消费量的持续攀升。目前，全球能源消费中占据主导地位的仍是化石能源，其占比高达82.3％。随着全球经济的高速发展，人均能源消费水平将持续提高，化石能源消费的刚性需求将长期存在。然而，作为含碳燃料，化石能源消费量的持续攀升，导致二氧化碳排放量激增。国际能源署(iea)发布的《全球能源评估：2021年二氧化碳排放》报告显示，2021年全球二氧化碳排放量达到了363亿吨，其中能源相关的二氧化碳排放量占比高达88.97％。
2、碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage，简称ccus)技术是指将co2从能源利用、工业过程或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现co2减排的过程。根据国际能源署和联合国政府间气候变化专门委员会(ipcc)评估，为在本世纪末实现1.5℃温升控制目标，全球ccus累积减排量需达到万亿吨规模。在co2捕集方面，化学吸收法是目前最具大规模捕集co2潜力的技术路线之一，主要采用胺基、氨水、盐类等各式吸收剂吸收分离烟气中的co2，具有烟气适应性好、捕集效率高、技术相对成熟等优点。胺基吸收剂因其高吸收容量、高反应速率等优点，是目前主流的co2吸收剂，但在氧的存在下胺溶液易降解，且胺基吸收剂易挥发，都会造成胺溶剂的消耗及二次污染。碳酸钾吸收剂脱碳技术由于具有反应能耗低、循环利用效率高、无
3、中国专利cn 116078138 a公开了一种使用碳酸钾溶液脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺：采用碳酸钾溶液作为吸收剂，从吸收塔塔顶喷淋吸收剂与含有co2的烟气逆流接触，依次通过液体再分布器、填料、气体均布器后，碳酸钾溶液吸收二氧化碳后在吸收塔塔底汇集形成脱碳富液，以溶液形式进入再生塔解吸，脱碳富液转变为脱碳贫液，通过贫液泵打入吸收塔进入新一轮的碳捕集。但该技术具有以下不足：吸收富液进入解吸塔解吸过程会蒸发大量水，需要大量的蒸发潜热，造成解吸能耗升高。
4、中国专利cn 107614090 a公开了一种用于从气流中捕集二氧化碳的工艺，采用活化的碳酸钾固体吸附剂，置于吸附反应器中，将含有co2的气流通入反应器，吸收二氧化碳，将吸附一定二氧化碳的吸附剂送入解吸塔，然后将高温气流通入解吸塔，部分解吸二氧化碳，将再生的吸附剂送回反应器内，用于从气流中吸收二氧化碳。但该技术具有以下不足：固液接触不充分，固液反应速率缓慢，烟气中的水会被吸附剂吸收，易粘附在反应器壁上，造成运行不稳定等问题。
5、为了降低现有碳酸钾法碳捕集系统能耗高、运行不稳定等问题，开发新型吸收速率高、吸收容量大、解吸能耗低的少水吸收剂是最为有效的方法，但现有技术无法兼顾co2高效捕集和低能耗再生需求。
6、因此，针对现有技术的不足，亟需研究低成本高效稳定吸收耦合低能耗解吸的co2捕集系统及方法。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的不足，即液体吸收速率快但解吸能耗高，固体解吸能耗低但吸收速率慢的缺陷，本专利技术提供了一种液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统及方法，在发挥固体吸收剂液相高效捕集co2优点的同时，分离固相吸收产物，大幅度减少吸收产物中水含量，进而减少吸收产物解吸脱附过程水的蒸发潜热，实现co2解吸能耗的大幅降低。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，所述系统包括液相吸收co2部分、吸收产物脱水部分、吸收产物干化解吸部分、co2分离提纯部分和吸收剂溶液制备部分，所述吸收产物脱水部分分别与液相吸收co2部分、吸收产物干化解吸部分相连通，吸收产物干化解吸部分与co2分离提纯部分、吸收剂溶液制备部分相连通，吸收剂溶液制备部分与液相吸收co2部分相连通；
4、所述液相吸收co2部分包括吸收塔，所述吸收塔内布置有浆液池、吸收剂喷淋段、多场强化传质吸收段和吸收剂回收段，
5、所述多场强化传质吸收段由2层以上多场整流折型孔板构成，每层多场整流折型孔板安装在相应喷淋层下方0.5米～0.8米处；
6、所述多场整流折型孔板由塔盘、降液管、平面鼓泡孔和半球鼓泡孔组成，上层多场整流折型孔板塔盘一侧设置降液管，该降液管的下端伸向下层多场整流折型孔板的塔盘，下层塔盘的另外一侧同样设置降液管，该降液管的下端伸向下一层多场整流折型孔板的塔盘或浆液池；
7、所述塔盘与水平成5°～15°夹角，避免高浓度吸收产物在塔盘表面淤积，在塔盘内层设置半球形鼓泡孔，使从导向孔吹出的气体与塔盘呈一定角度；半球形鼓泡孔既能推动塔盘上液体流动形成湍流强化传质，同时还能吹散塔盘最底部沉积的高浓度吸收产物，在不减弱传质效果的同时降低阻力。
8、在塔盘外层合理布置平面鼓泡孔，平面鼓泡孔的轴线与塔板平面呈30°～45°，斜向上鼓气；平面鼓泡孔斜向上鼓气，增加气泡停留时间，强化传质。
9、作为优选，所述塔盘上的平面鼓泡孔和半球鼓泡孔分别呈左右对称排列，且塔盘最内层两列在相交线两侧布置的半球形鼓泡孔错位设置，塔盘上两侧的多个鼓泡孔呈列状分布。
10、本专利技术多场整流折型孔板性能优异、结构创新、布置数量及位置合理，避免传质死区的出现，实现全塔板的活塞流，提升塔板的传质效果。
11、本专利技术吸收过程为吸收剂浆液与烟气逆流接触，解吸过程为高浓度吸收产物先经离心脱水后进行余热干化解吸，在发挥吸收过程气液反应速率快、co2脱除效率高优点，同时解吸过程经过离心脱水后大大减少进入干化解吸过程游离水，进而减少吸收产物解吸过程升温显热和气化潜热，大幅度降低捕集能耗，再生出的气态co2纯度高，工艺流程便捷易操作。
12、作为优选，所述吸收塔与增压风机相连通，所述吸收塔底部设置浆液池，浆液池配有吸收塔搅拌器、浆液循环泵和吸收产物排出泵。
13、烟气通过增压风机进入吸收塔，与吸收剂浆液逆流接触，脱除co2后的净烟气进入烟囱，最终排入大气。吸收剂浆液与烟气逆流接触后，吸收产物逐渐结晶，进入浆液池，浆液池底部含有一定量的粉末状固体，经过吸收产物排出泵进入脱水系统。浆液池中上部浆液通过循环泵循环吸收烟气中co2。
14、作为优选，所述吸收塔内上部安装有吸收剂水洗层，吸收塔中安装有三个以上喷淋层，所述吸收剂水洗层安装有两个以上的气溶胶捕集器，所述喷淋层由水管和喷头组成，水管与进液口连接，安装在气溶胶捕集器下方，水管上设置有一个以上喷头，且喷头的喷水方向为向下。
15、作为优选，所述吸收产物脱水部分包括顺次连通的水力旋流器、离心脱水机和滤液水坑，水力旋流器与吸收产物排出泵、吸收塔相连通，滤液水坑与吸收剂溶液制备部分相连通；
16、从吸收产物排出泵运输出来的高浓度吸收产物在水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述系统包括液相吸收CO2部分、吸收产物脱水部分、吸收产物干化解吸部分、CO2分离提纯部分和吸收剂溶液制备部分，所述吸收产物脱水部分分别与液相吸收CO2部分、吸收产物干化解吸部分相连通，吸收产物干化解吸部分与CO2分离提纯部分、吸收剂溶液制备部分相连通，吸收剂溶液制备部分与液相吸收CO2部分相连通；
2.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述塔盘上的平面鼓泡孔和半球鼓泡孔分别呈左右对称排列，且塔盘最内层两列在相交线两侧布置的半球形鼓泡孔错位设置，塔盘上两侧的多个鼓泡孔呈列状分布。
3.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收塔与增压风机相连通，所述吸收塔底部设置浆液池，浆液池配有吸收塔搅拌器、浆液循环泵和吸收产物排出泵。
4.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收塔内上部安装有吸收剂水洗层，吸收塔中安装有三个以上喷淋层，所述吸收剂水洗层安装有两个以上的气溶胶
5.根据权利要求3所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收产物脱水部分包括顺次连通的水力旋流器、离心脱水机和滤液水坑，水力旋流器与吸收产物排出泵、吸收塔相连通，滤液水坑与吸收剂溶液制备部分相连通；
6.根据权利要求5所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述一级干化再生器带有余热回用装置，二级干化再生器的全部再生气和一级干化再生器的部分再生气通过再生气入口进入一级干化再生器，吸收产物通过吸收产物入口进入一级干化再生器，首先在螺旋杆上被加热，热源采用高温烟气余热，烟气不与再生气混合，之后在传送装置上被加热，传送装置上方设置有挡板，随后解吸CO2后的吸收剂从吸收产物出口排出，产生的再生气一部分通过余热回用装置再次回到再生气入口，另一部分从再生气出口离开进入气体冷却器。
7.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收塔为单个使用或二个以上吸收塔串联使用。
8.一种液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集方法，其特征在于：采用权利要求1-7任一项系统，包括下述步骤：
9.根据权利要求8所述液相高效吸收和固体低能耗脱附的CO2捕集方法，其特征在于：吸收浆液选用氢键型吸收剂，氢键型吸收剂为活性组分和溶剂组成的二元或多元组分体系，活性组分为脯氨酸钾、哌嗪、N-甲基二乙醇胺、二乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙烯四胺、季铵类氮杂环离子液体中的一种或多种，溶剂为水、乙醇、N-甲基甲酰胺、聚乙二醇中的一种；其中溶剂占吸收剂质量分数的50％～75％。
...【技术特征摘要】
1.一种液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述系统包括液相吸收co2部分、吸收产物脱水部分、吸收产物干化解吸部分、co2分离提纯部分和吸收剂溶液制备部分，所述吸收产物脱水部分分别与液相吸收co2部分、吸收产物干化解吸部分相连通，吸收产物干化解吸部分与co2分离提纯部分、吸收剂溶液制备部分相连通，吸收剂溶液制备部分与液相吸收co2部分相连通；
2.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述塔盘上的平面鼓泡孔和半球鼓泡孔分别呈左右对称排列，且塔盘最内层两列在相交线两侧布置的半球形鼓泡孔错位设置，塔盘上两侧的多个鼓泡孔呈列状分布。
3.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收塔与增压风机相连通，所述吸收塔底部设置浆液池，浆液池配有吸收塔搅拌器、浆液循环泵和吸收产物排出泵。
4.根据权利要求1所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收塔内上部安装有吸收剂水洗层，吸收塔中安装有三个以上喷淋层，所述吸收剂水洗层安装有两个以上的气溶胶捕集器，所述喷淋层由水管和喷头组成，水管与进液口连接，安装在气溶胶捕集器下方，水管上设置有一个以上喷头，且喷头的喷水方向为向下。
5.根据权利要求3所述液相高效吸收耦合固相低能耗脱附的碳捕集系统，其特征在于：所述吸收产物脱水部分包括顺次连通的水力旋流器、离心...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑成航，高翔，刘昶，周灿，吕志超，姚龙超，张杨，周志颖，吴卫红，张涌新，杨用龙，翁卫国，张霄，王涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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