本发明专利技术提供了一种强化CO2吸收的多通道微反应器系统及方法。该方法采用一种多通道微反应器系统，使含CO2气体物料和吸收液分别在分布微通道内均匀分布，在集流微通道内于0.1~8.0MPa、10~100℃、0.001~100秒下快速混合、吸收。每片多通道微反应器板的反面为含CO2的气体物料或吸收液分布微通道，板的正面由吸收液或含CO2的气体物料分布微通道、并行反应微通道及集流微通道组成；本发明专利技术可在毫秒至微秒内进行原位换热和吸收，是一种可实现快速放大的微反应技术，为煤化工、天然气、石油化工等领域的碳处理提供一种高效吸收技术。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可实现CO2高效吸收的多通道微反应器系统，具体说是一种可强化CO2吸收的微通道反应器技术。本专利技术为烟道气、合成氨、油田伴生气、天然气、石油化工、天然气化工、煤化工等领域的脱碳和碳捕获提供了一种高效吸收的微通道反应器技术。
技术介绍
能源是人类社会存在和发展的支柱，化石能源的大量消耗，使大气中温室气体浓度不断攀升，由此产生的温室效应影响全球气候。其中，化石能源的燃烧所排放的CO2占全球CO2总量75%以上。2007年，我国发布了《应对气候变化国家方案》，拟通过调整经济结构、提高能源利用率、节约能源、科技创新等措施减少温室气体排放。“十二五”规划纲要更是将CO2减排提到了需要急需的任务之一。开发安全、成本低的高新技术来捕集来自煤、油和天然气的C02成为当今世界亟待解决的关键问题之一。 CO2的捕集技术包括化学吸收、物理吸收、变压吸附、膜分离等。目前工业上CO2捕集多以化学吸收法为主，溶剂主要为有机胺类吸收剂，其中吸收剂以N-甲基二乙醇胺(MDEA)为主，所用设备多为吸收塔。普遍存在停留时间长、吸收效率低、吸收剂循环量大、过程能耗高、吸收液解吸过程损失大、发泡及夹带严重、体积庞大、成本偏高、安全性差等诸多缺点。微通道反应器是指流体流动通道的特征尺度在数百微米内的反应器，与传统反应器相比，具有传热传质性能好、过程连续、安全性好等优点。经二十多年的发展，已成为受各国重视的高新技术。微反应技术作为过程强化的重要手段，为我国化工、冶金、石化等行业的工艺路线革新、节能减排、降耗提供了良好的解决方案，具有广阔的工业应用前景。专利CN 101612510A公开了一种吸收CO2的微通道吸收器，以类似于蜂窝状的规整微通道取代常规吸收塔上的填料，提高了设备处理能力。美国专利US 20100024645涉及采用离子液体作为吸收剂在微通道中分离气体的方法，以及提高热效率方式——将吸收反应热用于解吸过程，减少附加能量。US 20060073080论述了微通道混合器中多相混合，通过微孔使两相在微通道中形成非连续分散，以获得较高的气液相接触面积。专利CN 101116798A公开了一种基于撞击流原理的分形通道混合器，使两种或两种以上流体分别通过导流板上分叉的流体通道分流细化，再分别从隔离板上通孔喷出，形成相向撞击流相互撞击混合。上述专利所涉及的微通道反应器中，规整微通道吸收器采用喷淋分散方式实现气液两相流体的混合，虽较常规塔式反应器效率高，但并不能保证各通道中的气液两相配比均匀一致，导致吸收效率降低，且从所公开的内容看，这种规整微通道无论从选材上还是制备上都将成为其大规模应用的主要制约因素，即难以满足大规模生产的要求。且不能实现微换热器与微吸收器的层层叠加高度集成，难以实现吸收或解吸过程的原位高效换热。专利US 20100024645强调微通道分离系统的能量利用，US 20060073080则单一从孔大小或孔延伸的长度上强化混合，并且也涉及到与微通道热沉的热量交换，但对这种孔分布与微通道结构协同强化传质的研究并未涉及，或至少没有公开协同强化传质的微反应器几何结构特征。对于一个混合单元，专利CN 101116798A公开的这种分形通道混合器的混合效果较好，但对于多片叠加并行放大过程，则会存在流体分布不均、换热器无法叠加集成等缺点，可能会使多片叠加并行放大难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，通过改进微通道反应器结构使气液两相物料均匀分布，强化微通道内气液两相物料的混合效果及换热性能，提供一种强化CO2高效吸收的方法和系统，以提高吸收效率、降低系统能耗。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为 一种强化CO2吸收的多通道微反应器系统，该多通道微反应器系统由上盖板、下盖板， 以及于上盖板、下盖板之间的一个或二个以上混合吸收单元、一个或二个以上换热单元层层叠加组成，混合吸收单元与换热单元层交替叠加，吸收单元与换热单元匹配组合；每个混合吸收单元为单片多通道微反应器板，板的反面为含CO2的气体物料或吸收液分布微通道，板的正面由吸收液或含CO2的气体物料分布微通道、并行反应微通道及集流微通道组成；每个换热单元由至少一个包含并行微通道的多通道微换热板组成。本专利技术提供的强化CO2吸收系统中，所述分布微通道是指从物料入口至并行反应微通道的通道数按2n次幂呈几何级数逐级增加(n ^ 1，正整数)，每一通道在下一级都分布有两个相同的分支通道，上一级的一个通道与下一级任一通道间夹角为90° ( a〈180° ；下一级的二个通道间夹角为0°〈0 < 180°，以上一级通道呈左右对称结构。微反应器板正反两面的分布微通道分别位于板两侧、以通道微反应器板呈左右对称结构。微反应器板反面的分布微通道最末一级通道末端设有一贯穿板体的端孔，通过该端孔与板正面的通道连接；该通道与板正面的分布微通道最末一级通道间的夹角为0°〈 Y ( 180°，并以板正面的并行反应微通道呈左右对称结构；该通道与板正面的并行反应微通道连接，之间夹角为0°< 8〈180°。微反应器板正面的分布微通道最末一级通道末端与并行反应微通道连接，之间夹角为 0°< 8〈180°。本专利技术提供的强化CO2吸收系统中，所述并行反应微通道是指与板正面的分布微通道最末一级通道呈一定角度S连接、互相并行的多个微通道。每个并行反应微通道沿轴向长度方向上为折线或曲线结构，其包括至少一个9为30°或45°或90°或120°或150°或其它具有一定角度的折线或曲线；不同并行反应微通道的折线或曲线角度和当量直径可不完全相同。本专利技术提供的强化CO2吸收系统中，所述集流微通道位于微反应器板的正面，与并行反应微通道末端连接；从集流微通道与并行反应微通道末端连接处至集流通道出口通孔，通道数按2n_i次幂呈几何级数逐级较少(n ^ 1，正整数)，每二个分支通道在上一级都汇集成一个分支通道；同一级的两个通道间夹角为0°〈0 ( 180°，其以上一级分支通道呈左右对称结构；上一级的一个通道与下一级的任一通道间夹角为90° ( a〈180° ;所述集流微通道出口末端设有一贯穿板体的通孔。本专利技术提供的强化CO2吸收系统中，所述多通道微反应器板和多通道微换热器板上均设有两个贯穿板体的物料进口通孔、两个贯穿板体的换热介质进出口通孔、一个贯穿板体的物料出口通孔，叠加时位置相互对应。本专利技术提供的强化CO2吸收系统中，将含CO2的气体物料和吸收液分别在分布微通道内均匀分布后，经并行反应微通道、集流微通道于0. r8. 0 MPa、1(T100°C、0. 001-100秒条件下快速混合，完成吸收；所述混合吸收过程是指含CO2的气体物料或吸收液在微反应器板反面的分布微通道内均匀分布后，于最末一级通道末端端孔处进入微反应器板正面，与经微反应器板正面的分布微通道均匀分布后的吸收液或含CO2的气体物料在并行反应微通道入口处接触，并在并行微通道内完成第一次混合吸收过程，然后该混合物料经集流微通道的最末一级通道在其倒数第二级通道内与来自另一条最末一级通道的混合物料完成第二次混合吸收过程，以此类推，所有含CO2的气体物料与吸收液在微反应器内完成n次混合吸收过程后，于集流通道出口通孔处汇集，最后经各多通道微反应器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种强化CO2吸收的多通道微反应器系统，其特征在于：所述多通道微反应器系统由上盖板、下盖板，以及于上盖板、下盖板之间的一个或二个以上混合吸收单元、一个或二个以上换热单元层层叠加组成，混合吸收单元与换热单元层交替叠加，吸收单元与换热单元匹配组合；每个混合吸收单元为单片多通道微反应器板，板的正面依次由吸收液或含CO2的气体物料分布微通道、并行反应微通道及集流微通道组成，板的反面为含CO2的气体物料或吸收液分布微通道；每个换热单元由至少一个包含并行微通道的多通道微换热板组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉潮，陈光文，李恒强，袁权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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