本發(fā)明涉及富co2氣體中co2化學(xué)吸收工藝節(jié)能降耗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于水蒸氣傳質(zhì)強(qiáng)化余熱回收的co2化學(xué)吸收系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

基于氣液化學(xué)反應(yīng)原理的co2化學(xué)吸收技術(shù)是目前沼氣、垃圾填埋氣、生物質(zhì)熱解氣和燃煤煙氣等富co2氣體中主流的co2分離技術(shù)之一，其具有技術(shù)成熟、商業(yè)應(yīng)用廣、對(duì)氣體適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單和co2分離效率高、目標(biāo)氣純度高等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的富co2氣體中co2化學(xué)吸收技術(shù)面臨的主要瓶頸在于co2分離成本高，其可歸因于富co2吸收劑溶液再生熱耗巨大，因而對(duì)co2再生過程進(jìn)行優(yōu)化或創(chuàng)新來降低富co2吸收劑溶液的熱再生能耗是十分有必要的。富co2吸收劑溶液的再生熱耗一般可采用再沸器熱負(fù)荷來體現(xiàn)，其主要由三部分組成：(1)再生顯熱，用于將富co2吸收劑溶液從再生塔入口溫度提升到再生所需溫度；(2)再生反應(yīng)熱，用于破壞吸收劑與co2分子之間的化學(xué)鍵能；(3)水蒸發(fā)潛熱，用于蒸發(fā)富co2吸收劑溶液中的水而在再生塔內(nèi)建立合適的傳質(zhì)推動(dòng)力。顯然，再生反應(yīng)熱取決于吸收劑的性能，這也是近年來眾多研究者試圖篩選或開發(fā)能同時(shí)滿足“高co2吸收速率、高co2循環(huán)攜帶量和低再生反應(yīng)熱”要求的新型吸收劑的主要原因。除吸收劑研究外，融合新型膜技術(shù)和減壓再生技術(shù)的真空膜減壓再生新工藝(中國(guó)專利zl201010169524.5)可以采用較低的再生溫度達(dá)到較好的再生效果，從而可大規(guī)模利用廢熱或低品位熱，能有效節(jié)約高品位熱能。同時(shí)，采用變濃度再生技術(shù)(中國(guó)專利zl201310449986.6)提高再生過程中的富co2吸收劑溶液濃度，從而降低富co2吸收劑溶液中水含量和提高富co2吸收劑溶液的co2分壓，進(jìn)而降低再生過程中水的蒸發(fā)潛熱，實(shí)現(xiàn)再生熱耗的降低。另外，對(duì)富co2吸收劑溶液再生過程中的余熱進(jìn)行回收也有助于降低再生熱耗，如采用富co2吸收劑溶液分流工藝(美國(guó)專利4152217)回收熱再生塔頂熱再生氣(co2和h2o(g)混合氣，co2和h2o(g)的摩爾比可達(dá)到1:2)所攜帶的潛熱，降低再生塔頂出口再生氣的溫度，從而實(shí)現(xiàn)再沸器熱負(fù)荷的降低。相對(duì)而言，對(duì)熱再生塔頂再生氣的余熱進(jìn)行回收來實(shí)現(xiàn)再生熱耗的降低這一方式可能更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠錈o需對(duì)現(xiàn)有工藝系統(tǒng)進(jìn)行大的改造，也可適合于任一種熱再生吸收劑體系，可實(shí)現(xiàn)在新吸收劑體系自身降耗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低再生能耗。

熱再生塔頂高溫再生氣的余熱回收目前主要采用的是分流冷富co2吸收劑溶液在再生塔內(nèi)與再生氣直接混合而對(duì)再生氣進(jìn)行降溫，或在再生塔頂設(shè)置一通用換熱器，用分流的冷富co2吸收劑溶液與再生氣進(jìn)行熱交換，再生氣冷凝釋放的潛熱通過導(dǎo)熱的形式傳遞到冷富co2吸收劑溶液，使冷富co2吸收劑溶液升溫。但對(duì)于前者，必須對(duì)冷富co2吸收劑溶液分流量進(jìn)行限制，否則會(huì)導(dǎo)致工藝中的貧co2吸收劑溶液(簡(jiǎn)稱貧液)冷卻器熱負(fù)荷過高，再加上氣液接觸時(shí)間較短，因而再生熱耗下降幅度有限(約5～10％)。而對(duì)于后者，再生氣降溫所釋放的潛熱只能以單一導(dǎo)熱形式傳遞到冷富co2吸收劑溶液側(cè)，系統(tǒng)換熱系數(shù)較小，一般只能保證20k(開爾文)左右的經(jīng)濟(jì)換熱溫差，此時(shí)再生熱耗降低幅度低(約6％)。如要實(shí)現(xiàn)更高的降耗幅度，必須將換熱溫差降低到5～10k，但此時(shí)必然將帶來換熱面積的大幅增加，導(dǎo)致占地面積大和投資高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于水蒸氣傳質(zhì)強(qiáng)化余熱回收的co2化學(xué)吸收系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)與方法能在保持原有成熟的co2吸收與富液再生技術(shù)的基礎(chǔ)上高效回收富液熱再生塔頂排出的高溫再生氣余熱，可較大幅度地降低再生熱耗，同時(shí)還能降低再生氣余熱回收所需的換熱器體積與投資。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于水蒸氣傳質(zhì)強(qiáng)化余熱回收的co2化學(xué)吸收系統(tǒng)，其特征在于，它包括co2吸收設(shè)備、co2再生設(shè)備、再沸器、輸入端與co2吸收設(shè)備出液口連接的富液泵、輸出端與co2吸收設(shè)備的吸收液輸入口連接的貧液泵、輸出端與貧液泵輸入口連接的貧液冷卻器、三通分流閥、貧富液熱交換器、輸出端與co2吸收設(shè)備的進(jìn)氣口連接的增壓風(fēng)機(jī)、中空纖維膜接觸器組件，其中，co2吸收設(shè)備的出液口通過富液泵連接三通分流閥的第一端口，三通分流閥的第二端口連接中空纖維膜接觸器組件的富液殼程入口，三通分流閥的第三端口連接貧富液熱交換器的低溫富液入口，貧富液熱交換器的高溫富液出口連接co2再生設(shè)備的第一富液輸入口，co2再生設(shè)備的底端排液口連接再沸器的富液輸入口，再沸器的貧液輸出口連接貧富液熱交換器的高溫貧液入口，再沸器的再沸器頂端排氣口連接co2再生設(shè)備的底端進(jìn)氣口，所述再沸器還具有蒸汽輸入口和高溫水輸出口，co2再生設(shè)備的頂部排氣口連接中空纖維膜接觸器組件的管程氣相入口，中空纖維膜接觸器組件的管程液相出口連接co2再生設(shè)備的頂端冷凝水回流入口，中空纖維膜接觸器組件的富液殼程出口連接co2再生設(shè)備的第二富液輸入口，中空纖維膜接觸器組件還具有管程氣相出口，貧富液熱交換器的低溫貧液的輸出口連接貧液冷卻器的貧液入口，貧液冷卻器的貧液出口通過貧液泵連接co2吸收設(shè)備的吸收液輸入口，co2吸收設(shè)備的頂部還設(shè)有頂端排氣口。

一種利用上述系統(tǒng)的co2化學(xué)吸收方法，它包括如下步驟：

步驟1：富co2氣體通過增壓風(fēng)機(jī)增壓后由進(jìn)氣口進(jìn)入co2吸收設(shè)備，與從co2吸收設(shè)備內(nèi)的吸收液輸入口進(jìn)入的co2化學(xué)吸收劑形成逆流接觸，富co2氣體中co2被吸收，凈化氣從co2吸收設(shè)備頂端經(jīng)過除霧后從頂端排氣口排出，co2吸收設(shè)備內(nèi)的吸收劑吸收co2后生成的初始吸收劑富co2溶液由co2吸收設(shè)備的出液口進(jìn)入富液泵；

步驟2：初始吸收劑富co2溶液經(jīng)由富液泵進(jìn)入三通分流閥中進(jìn)行分流，分流的一部分初始吸收劑富co2溶液經(jīng)三通分流閥的第二端口進(jìn)入中空纖維膜接觸器組件的富液殼程入口，分流的另一部分初始吸收劑富co2溶液經(jīng)三通分流閥的第三端口進(jìn)入貧富液熱交換器，在熱交換器中與再沸器的貧液輸出口輸出的再生后的100～120℃的高溫?zé)嶝氁哼M(jìn)行熱交換，使分流的另一部分初始吸收劑富co2溶液被加熱到80～100℃，然后被加熱到80～100℃初始吸收劑富co2溶液進(jìn)入co2再生設(shè)備的第一富液輸入口；

步驟3：經(jīng)三通分流閥分流之后的40～60℃分流冷富液在無機(jī)中空纖維膜接觸器組件殼程中與在管程中逆向流動(dòng)的90～100℃高溫co2和h2o(g)再生氣進(jìn)行熱交換，利用h2o(g)在膜孔內(nèi)的熱質(zhì)傳遞耦合，實(shí)現(xiàn)再生氣余熱回收性能的強(qiáng)化，90～100℃的高溫co2和h2o(g)再生氣經(jīng)co2再生設(shè)備頂端出氣口進(jìn)入中空纖維膜接觸器組件管程入口，在90～100℃的再生氣溫度和0.1～0.2mpa壓力條件下，管程內(nèi)co2和h2o(g)再生氣中部分h2o(g)接觸冷膜后，在中空纖維膜接觸器組件的膜管程內(nèi)冷凝，釋放的h2o(g)潛熱的一部分沿中空纖維膜接觸器組件的膜方向傳遞，使中空纖維膜接觸器組件的膜加熱，釋放的h2o(g)潛熱的另一部分以跨膜導(dǎo)熱的形式傳遞到中空纖維膜接觸器組件殼程冷富液側(cè)，同時(shí)，管程內(nèi)co2和h2o(g)再生氣中的另一部分h2o(g)以對(duì)流傳質(zhì)的形式通過中空纖維膜膜孔到達(dá)富液側(cè)，并在富液側(cè)冷凝釋放潛熱，兩種傳熱方式的共同作用使40～60℃的富液升溫到80～90℃，在中空纖維膜膜孔中h2o(g)的對(duì)流傳質(zhì)過程中，由于膜孔溫度相較于co2和h2o(g)再生氣溫度較低，部分h2o(g)會(huì)在膜孔內(nèi)冷凝成h2o(l)，co2和h2o(g)再生氣中的h2o(g)則在膜孔內(nèi)通過冷凝、擴(kuò)散、蒸發(fā)的方式通過中空纖維膜接觸器組件的冷凝段，同時(shí)，co2和h2o(g)再生氣中的co2透過膜孔向富液的傳質(zhì)受到阻塞，在強(qiáng)化h2o(g)傳質(zhì)的同時(shí)獲得高h(yuǎn)2o(g)/co2選擇分離系數(shù)，即h2o(g)被回收的同時(shí)沒有co2通過膜傳質(zhì)，co2和h2o(g)再生氣與40～60℃的冷富液之間的傳熱系數(shù)大幅增強(qiáng)，氣液之間的換熱溫差可降低到5～10k，co2和h2o(g)再生氣的溫度降至45～65℃，然后co2從中空纖維膜接觸器組件的管程出口排出，回收了co2和h2o(g)再生氣余熱后的分流冷富液，即形成回收余熱后的富co2溶液經(jīng)中空纖維膜接觸器組件的富液殼程出口流入co2再生設(shè)備的第二富液輸入口；

步驟4：經(jīng)第一富液輸入口進(jìn)入co2再生設(shè)備的經(jīng)過熱交換器的初始吸收劑富co2溶液和經(jīng)第二富液輸入口進(jìn)入co2再生設(shè)備的回收余熱后的富co2溶液在co2再生設(shè)備與co2和h2o(g)再生氣逆向接觸進(jìn)行再次加熱后，由co2再生設(shè)備的底端輸出口流入再沸器中加熱分離出co2和吸收劑，再沸器中加熱分離出的co2攜帶飽和水蒸氣由再沸器的再沸器頂端排氣口通過co2再生設(shè)備的底端進(jìn)氣口沿co2再生設(shè)備向上流動(dòng)；

步驟5：再沸器內(nèi)產(chǎn)生的再生后得到的100～120℃的高溫貧液經(jīng)再沸器貧液輸出口進(jìn)入貧富液熱交換器進(jìn)行一次冷卻，隨后再經(jīng)貧液冷卻器二次冷卻到所需溫度后返回co2吸收設(shè)備中再次吸收co2。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明利用耐高溫?zé)o機(jī)中空纖維膜接觸器作為再生氣與冷富液之間的換熱介質(zhì)，能利用h2o(g)在膜孔內(nèi)的毛細(xì)冷凝實(shí)現(xiàn)h2o(g)傳質(zhì)強(qiáng)化與co2傳質(zhì)阻塞，強(qiáng)化再生氣向冷富液的對(duì)流換熱量，大幅提升再生氣向冷富液的傳熱效率，使再生氣的余熱回收效率大大增強(qiáng)，可使單位co2的再生能耗降低25％以上(如附表1所示)，具有良好的再生熱耗降低潛能。

2、本發(fā)明所使用的中空纖維膜接觸器作為氣液傳熱介質(zhì)，具有比表面積大、投資省、操作簡(jiǎn)單和裝卸方便等獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，能實(shí)現(xiàn)較小的氣液換熱溫差，且結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、質(zhì)量輕等。

3、本發(fā)明所構(gòu)建的系統(tǒng)與方法可移植到煙氣、沼氣、垃圾填埋氣等富含水蒸氣的氣體水熱回收中，當(dāng)采用較低溫度水作為水熱回收載體時(shí)，利用h2o(g)在膜孔內(nèi)的毛細(xì)冷凝機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)更好的h2o(g)回收效果和優(yōu)異的熱回收性能，且能有效抑制氣體中其他雜質(zhì)氣體向回收水中的傳質(zhì)，能大幅降低回收水中總無機(jī)碳與硫化物含量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明h2o(g)在膜內(nèi)熱質(zhì)耦合傳遞機(jī)理示意圖。

其中，1—增壓風(fēng)機(jī)、2—co2吸收設(shè)備、2.1—頂端排氣口、2.2—吸收液輸入口、2.3—進(jìn)氣口、2.4—出液口、3—富液泵、4—三通分流閥、4.1—第一端口、4.2—第二端口、4.3—第三端口、5—貧富液熱交換器、5.1—低溫富液入口、5.2—低溫貧液的輸出口、5.3—高溫富液出口、5.4—高溫貧液入口、6—貧液冷卻器、6.1—貧液入口、6.2—貧液出口、7—貧液泵、8—中空纖維膜接觸器組件、8.1—富液殼程入口、8.2—管程氣相出口、8.3—富液殼程出口、8.4—管程液相出口、8.5—管程氣相入口、9—co2再生設(shè)備、9.1—第一富液輸入口、9.2—第二富液輸入口、9.3—頂端冷凝水回流入口、9.4—頂部排氣口、9.5—底端進(jìn)氣口、9.6—底端排液口、10—再沸器、10.1—貧液輸出口、10.2—富液輸入口、10.3—再沸器頂端排氣口、10.4—蒸汽輸入口、10.5—高溫水輸出口、11.1—第一流量傳感器、11.2—第二流量傳感器、11.3—第三流量傳感器、12.1—第一溫度傳感器、12.2—第二溫度傳感器、12.3—第三溫度傳感器、12.4—第四溫度傳感器、12.5—第五溫度傳感器、12.6—第六溫度傳感器、12.7—第七溫度傳感器、12.8—第八溫度傳感器、12.9—第九溫度傳感器、13—濕度傳感器、14.1—第一氣體壓力傳感器、14.2—第二氣體壓力傳感器

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

一種基于水蒸氣傳質(zhì)強(qiáng)化余熱回收的co2化學(xué)吸收系統(tǒng)，它包括co2吸收設(shè)備2、co2再生設(shè)備9、再沸器10、輸入端與co2吸收設(shè)備2出液口2.4連接的富液泵3、輸出端與co2吸收設(shè)備2的吸收液輸入口2.2連接的貧液泵7、輸出端與貧液泵7輸入口連接的貧液冷卻器6、三通分流閥4、貧富液熱交換器5、輸出端與co2吸收設(shè)備2的進(jìn)氣口2.3連接的增壓風(fēng)機(jī)1、中空纖維膜接觸器組件8，其中，co2吸收設(shè)備2的出液口2.4通過富液泵3連接三通分流閥4的第一端口4.1，三通分流閥4的第二端口4.2連接中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程入口8.1，三通分流閥4的第三端口4.3連接貧富液熱交換器5的低溫富液入口5.1，貧富液熱交換器5的高溫富液出口5.3連接co2再生設(shè)備9的第一富液輸入口9.1，co2再生設(shè)備9的底端排液口9.6連接再沸器10的富液輸入口10.2，再沸器10的貧液輸出口10.1連接貧富液熱交換器5的高溫貧液入口5.4，再沸器10的再沸器頂端排氣口10.3連接co2再生設(shè)備9的底端進(jìn)氣口9.5，所述再沸器10還具有蒸汽輸入口10.4(用于接蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口)和高溫水輸出口10.5(高溫水輸出口10.5排出的是純水蒸氣)，co2再生設(shè)備9的頂部排氣口9.4連接中空纖維膜接觸器組件8的管程氣相入口8.5，中空纖維膜接觸器組件8的管程液相出口8.4連接co2再生設(shè)備9的頂端冷凝水回流入口9.3，中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程出口8.3連接co2再生設(shè)備9的第二富液輸入口9.2，中空纖維膜接觸器組件8還具有管程氣相出口8.2，貧富液熱交換器5的低溫貧液的輸出口5.2連接貧液冷卻器6的貧液入口6.1，貧液冷卻器6的貧液出口6.2通過貧液泵7連接co2吸收設(shè)備2的吸收液輸入口2.2，co2吸收設(shè)備2的頂部還設(shè)有頂端排氣口2.1。

上述技術(shù)方案中，所述貧液泵7的輸出端與co2吸收設(shè)備2的吸收液輸入口2.2之間的管路內(nèi)設(shè)有第一溫度傳感器12.1，所述貧富液熱交換器5的低溫貧液的輸出口5.2與貧液冷卻器6的貧液入口6.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第三溫度傳感器12.3，貧富液熱交換器5的高溫富液出口5.3與co2再生設(shè)備9的第一富液輸入口9.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第四溫度傳感器12.4，再沸器10的貧液輸出口10.1與貧富液熱交換器5的高溫貧液入口5.4之間的管路內(nèi)設(shè)有第五溫度傳感器12.5，中空纖維膜接觸器組件8的管程氣相出口8.2設(shè)有第六溫度傳感器12.6，中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程出口8.3與co2再生設(shè)備9的第二富液輸入口9.2之間的管路沒有第七溫度傳感器12.7，co2再生設(shè)備9的頂部排氣口9.4與中空纖維膜接觸器組件8的管程氣相入口8.5之間的管路內(nèi)設(shè)有第八溫度傳感器12.8，所述co2再生設(shè)備9的底端排液口9.6與再沸器10的富液輸入口10.2之間的管路上設(shè)有第九溫度傳感器12.9。

上述技術(shù)方案中，所述富液泵3與三通分流閥4的第一端口4.1之間的管路上設(shè)有第一流量傳感器11.1，第一流量傳感器11.1與三通分流閥4的第一端口4.1之間的管路上設(shè)有第二溫度傳感器12.2，貧液冷卻器6的貧液出口6.2與貧液泵7的輸入端之間的管路上設(shè)有第二流量傳感器11.2，三通分流閥4的第二端口4.2與中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程入口8.1之間設(shè)有第三流量傳感器11.3。

上述技術(shù)方案中，所述中空纖維膜接觸器組件8的管程氣相出口8.2上設(shè)有濕度傳感器13。

上述技術(shù)方案中，所述中空纖維膜接觸器組件8的管程氣相出口8.2上設(shè)有第一氣體壓力傳感器14.1，co2再生設(shè)備9的頂部排氣口9.4與中空纖維膜接觸器組件8的管程氣相入口8.5之間的管路上設(shè)有第二氣體壓力傳感器14.2。

上述技術(shù)方案中，富液在通過貧富液熱交換器5之前經(jīng)過三通分流閥4進(jìn)行分流(質(zhì)量流量分流比可達(dá)到20～35％)，分流后的大部分冷富液(三通分流閥4的第三端口4.3)經(jīng)過貧富液熱交換器5加熱后直接送至co2再生設(shè)備9的第一富液輸入口9.1，與co2再生設(shè)備9頂部的co2和h2o(g)再生氣直接接觸，對(duì)再生氣進(jìn)行噴淋冷卻，而分流的冷富液(三通分流閥4的第二端口4.2)則直接進(jìn)入中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程入口8.1，在膜接觸器中回收在管程流動(dòng)的熱再生氣的余熱，使再生氣溫度大幅下降。

上述技術(shù)方案中，在再生氣溫度和壓力條件下，管程內(nèi)流動(dòng)的co2和h2o(g)再生氣中部分h2o(g)接觸冷膜后，在膜管程內(nèi)冷凝釋放潛熱，釋放的潛熱部分沿膜方向傳遞，使膜加熱，部分以跨膜導(dǎo)熱的形式傳遞到殼程冷富液側(cè)，使冷富液升溫。co2和h2o(g)再生氣中的部分h2o(g)以對(duì)流傳質(zhì)的形式通過膜孔達(dá)到富液測(cè)，并在富液側(cè)冷凝釋放潛熱，從而使富液溫度升高。h2o(g)的傳質(zhì)通量越大，在富液測(cè)釋放的潛熱就越大，對(duì)再生氣的余熱回收越有利，在h2o(g)的對(duì)流傳質(zhì)過程中，由于膜孔溫度較低，部分h2o(g)會(huì)在膜孔內(nèi)冷凝形成h2o(l)。通過選擇合適的膜孔徑，可控制h2o(g)在膜孔通道內(nèi)合適的區(qū)段冷凝，再生氣中的h2o(g)則在膜孔內(nèi)通過“冷凝-擴(kuò)散-蒸發(fā)”的方式通過冷凝段，并使h2o(g)傳質(zhì)大幅強(qiáng)化，有助于大幅提升再生氣余熱向冷富液傳遞。同時(shí)，由于co2在h2o(l)中溶解度較小，co2透過膜孔向富液的傳質(zhì)收到阻塞，在強(qiáng)化h2o(g)傳質(zhì)的同時(shí)獲得高的h2o(g)/co2選擇分離系數(shù)。

上述技術(shù)方案中，所述流量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器均用于測(cè)量各處溶液或混合氣的相關(guān)參數(shù)，確定本系統(tǒng)是否在正常的范圍運(yùn)行，有不足或者超過相關(guān)參數(shù)，將對(duì)三通分流閥，增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣量，再沸器中加熱蒸汽溫度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的正常工作。

一種利用上述系統(tǒng)的co2化學(xué)吸收方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：富co2氣體通過增壓風(fēng)機(jī)1增壓后由進(jìn)氣口2.3進(jìn)入co2吸收設(shè)備2，與從co2吸收設(shè)備2內(nèi)的吸收液輸入口2.2進(jìn)入的co2化學(xué)吸收劑形成逆流接觸，富co2氣體中co2被吸收，凈化氣從co2吸收設(shè)備2頂端經(jīng)過除霧后從頂端排氣口2.1排出，co2吸收設(shè)備2內(nèi)的吸收劑吸收co2后生成的初始吸收劑富co2溶液由co2吸收設(shè)備2的出液口2.4進(jìn)入富液泵3；

步驟2：初始吸收劑富co2溶液(一般為40～55℃，與選擇的吸收劑及是否采用吸收內(nèi)冷技術(shù)相關(guān))經(jīng)由富液泵3進(jìn)入三通分流閥4中進(jìn)行分流，分流的一部分初始吸收劑富co2溶液經(jīng)三通分流閥4的第二端口4.2進(jìn)入中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程入口8.1，分流的另一部分初始吸收劑富co2溶液經(jīng)三通分流閥4的第三端口4.3進(jìn)入貧富液熱交換器5，在熱交換器5中與再沸器10的貧液輸出口10.1輸出的再生后的100～120℃的高溫?zé)嶝氁哼M(jìn)行熱交換，使分流的另一部分初始吸收劑富co2溶液被加熱到80～100℃(具體由再生溫度和貧富液換熱器的經(jīng)濟(jì)換熱溫差(15～20k)來共同確定)，然后被加熱到80～100℃初始吸收劑富co2溶液進(jìn)入co2再生設(shè)備9的第一富液輸入口9.1；

步驟3：經(jīng)三通分流閥4分流之后的40～60℃分流冷富液在無機(jī)中空纖維膜接觸器組件8殼程中與在管程中逆向流動(dòng)的90～100℃高溫co2和h2o(g)再生氣進(jìn)行熱交換，利用h2o(g)在膜孔內(nèi)的熱質(zhì)傳遞耦合，實(shí)現(xiàn)再生氣余熱回收性能的強(qiáng)化(具體熱質(zhì)耦合傳遞機(jī)理如附圖2所示)，90～100℃的高溫co2和h2o(g)再生氣經(jīng)co2再生設(shè)備9頂端出氣口9.4進(jìn)入中空纖維膜接觸器組件8管程入口8.5，在90～100℃的再生氣溫度和0.1～0.2mpa壓力條件下，管程內(nèi)co2和h2o(g)再生氣中部分h2o(g)接觸冷膜后，在中空纖維膜接觸器組件8的膜管程內(nèi)冷凝，釋放的h2o(g)潛熱的一部分沿中空纖維膜接觸器組件8的膜方向傳遞，使中空纖維膜接觸器組件8的膜加熱，釋放的h2o(g)潛熱的另一部分以跨膜導(dǎo)熱的形式傳遞到中空纖維膜接觸器組件8殼程冷富液側(cè)，同時(shí)，管程內(nèi)co2和h2o(g)再生氣中的另一部分h2o(g)以對(duì)流傳質(zhì)的形式通過中空纖維膜膜孔到達(dá)富液側(cè)，并在富液側(cè)冷凝釋放潛熱，兩種傳熱方式的共同作用使40～60℃的富液升溫到80～90℃(h2o(g)傳質(zhì)通量越大，在富液側(cè)釋放的潛熱越大，對(duì)再生氣余熱的回收越有利)，在中空纖維膜膜孔中h2o(g)的對(duì)流傳質(zhì)過程中，由于膜孔溫度相較于co2和h2o(g)再生氣溫度較低，部分h2o(g)會(huì)在膜孔內(nèi)冷凝成h2o(l)(通過選擇合適的膜孔徑，可控制h2o(g)在膜孔通道內(nèi)合適的區(qū)段冷凝)，co2和h2o(g)再生氣中的h2o(g)則在膜孔內(nèi)通過冷凝、擴(kuò)散、蒸發(fā)的方式通過中空纖維膜接觸器組件8的冷凝段，同時(shí)，co2和h2o(g)再生氣中的co2透過膜孔向富液的傳質(zhì)受到阻塞，在強(qiáng)化h2o(g)傳質(zhì)的同時(shí)獲得高h(yuǎn)2o(g)/co2選擇分離系數(shù)，即h2o(g)被回收的同時(shí)沒有co2通過膜傳質(zhì)，由于h2o(g)的熱質(zhì)傳遞耦合增效及中空纖維膜高比表面積等優(yōu)勢(shì)，co2和h2o(g)再生氣與40～60℃的冷富液之間的傳熱系數(shù)大幅增強(qiáng)，h2o(g)傳質(zhì)通量越大，在富液側(cè)釋放的潛熱越大，對(duì)再生氣余熱的回收越有利，氣液之間的換熱溫差可降低到5～10k，co2和h2o(g)再生氣的溫度降至45～65℃(具體溫度由冷富液進(jìn)口溫度與余熱回收時(shí)的換熱溫差共同確定)，然后co2從中空纖維膜接觸器組件8的管程出口8.2排出，回收了co2和h2o(g)再生氣余熱后的分流冷富液，即形成回收余熱后的富co2溶液經(jīng)中空纖維膜接觸器組件8的富液殼程出口8.3流入co2再生設(shè)備9的第二富液輸入口9.2；

步驟4：經(jīng)第一富液輸入口9.1進(jìn)入co2再生設(shè)備9的經(jīng)過熱交換器的初始吸收劑富co2溶液和經(jīng)第二富液輸入口9.2進(jìn)入co2再生設(shè)備9的回收余熱后的富co2溶液在co2再生設(shè)備9與co2和h2o(g)再生氣逆向接觸進(jìn)行再次加熱后，由co2再生設(shè)備9的底端輸出口9.6流入再沸器10中加熱分離出co2和吸收劑，再沸器10中加熱分離出的co2攜帶飽和水蒸氣由再沸器10的再沸器頂端排氣口10.3通過co2再生設(shè)備9的底端進(jìn)氣口9.5沿co2再生設(shè)備9向上流動(dòng)；

步驟5：再沸器10內(nèi)產(chǎn)生的再生后得到的100～120℃的高溫貧液經(jīng)再沸器10貧液輸出口10.1進(jìn)入貧富液熱交換器5進(jìn)行一次冷卻，隨后再經(jīng)貧液冷卻器6二次冷卻到所需溫度后返回co2吸收設(shè)備2中再次吸收co2。

上述技術(shù)方案的步驟2中從co2吸收設(shè)備2底端出液口2.4排出的初始富液溫度為40～55℃，通過控制三通分流閥4調(diào)節(jié)分流閥4的第二端口4.2和第三端口4.3處流量，使分流閥4的第二端口4.2與第三端口4.3之間的富液分流比為20～35％。

上述技術(shù)方案的步驟3中采用的中空纖維膜接觸器組件8的中空纖維膜膜孔徑為4～10nm，且在中空纖維膜接觸器組件8氣相側(cè)冷凝的h2o(g)將在管程內(nèi)由co2再生設(shè)備9的頂端冷凝水回流入口9.3回流至co2再生設(shè)備9，中空纖維膜接觸器組件8氣液相回收水量總和將使吸收劑質(zhì)量濃度保持恒定。

上述技術(shù)方案中，所述步驟4中再沸器10采用外部蒸汽加熱，進(jìn)入再沸器10的富co2溶液加熱溫度為100～120℃(加熱溫度可由所選擇的co2化學(xué)吸收劑特性決定)。

上述技術(shù)方案的步驟5中，再生后得到的高溫貧液經(jīng)貧富液熱交換器5進(jìn)行一次冷卻可到60～70℃，隨后進(jìn)入貧液冷卻器6冷凝到35～45℃(具體溫度根據(jù)貧液進(jìn)入貧液冷卻器溫度和最佳貧液吸收劑溫度決定)后返回吸收設(shè)備2中再次進(jìn)行co2吸收。

上述技術(shù)方案中，所有的管路系統(tǒng)及中空纖維膜接觸器組件8外壁均包裹保溫材料，以降低溶液和氣體在管路中的熱量損失，保證系統(tǒng)熱損失率在5％以內(nèi)。

上述技術(shù)方案中，co2吸收設(shè)備2和co2再生設(shè)備9的結(jié)構(gòu)和種類可不限，既可以采用傳統(tǒng)的填料塔式結(jié)構(gòu)，也可以使用新型的中空纖維膜接觸器等結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，中空纖維膜主要采用親水性陶瓷膜，壁面膜孔徑4～10nm，也可以采用其他耐高溫的無機(jī)膜材料。

上述技術(shù)方案中，用于co2吸收的化學(xué)吸收劑是能夠滿足循環(huán)使用的可再生、低揮發(fā)性的吸收劑。

本發(fā)明利用中空纖維膜接觸器組件相較于傳統(tǒng)換熱器表現(xiàn)出更高比表面積，占地小，重量輕，工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，以此作為co2再生設(shè)備頂端co2和h2o(g)再生氣的回收介質(zhì)，替換再生塔頂端的外置水冷卻器，并利用分流的冷富液回收熱量，實(shí)現(xiàn)h2o(g)熱質(zhì)傳遞耦合，提高再生氣向富液的傳熱效率，回收大量h2o(g)攜帶的潛熱，使得單位co2的再生能耗降低25％以上(附表1)。

表1：以30％乙醇胺(mea)溶液體系為例時(shí)，傳統(tǒng)工藝與水蒸氣傳質(zhì)強(qiáng)化余熱回收工藝的對(duì)比

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