本發(fā)明屬于二氧化碳捕集，尤其涉及一種管式并流二氧化碳吸收與解吸連續(xù)操作系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、碳捕集是目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模溫室氣體減排的重要技術(shù)手段，也是實(shí)現(xiàn)化石能源低碳利用的唯一技術(shù)選擇。截至目前，物理吸附或化學(xué)吸收、膜分離或分子篩、胺物理吸附、胺洗滌等多種二氧化碳捕獲技術(shù)已在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模或工業(yè)上得到實(shí)踐。但上述技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程暴露出二氧化碳捕獲能力不足、設(shè)備易腐蝕、吸收劑再生過程能耗高等諸多問題，嚴(yán)重制約企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

2、碳捕集主要分為二氧化碳的吸收過程與解吸過程，目前工業(yè)碳捕集設(shè)備仍以傳統(tǒng)填料塔為主，并采用逆流化學(xué)吸收法。而傳統(tǒng)逆流填料塔化學(xué)吸收法存在設(shè)備體積大、運(yùn)行成本高、耗能大等問題，因此，亟需推出一種新的碳捕集方法，從而實(shí)現(xiàn)碳捕集高效化、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種管式并流二氧化碳吸收與解吸連續(xù)操作系統(tǒng)，有效解決傳統(tǒng)逆流填料塔化學(xué)吸收法設(shè)備體積大、運(yùn)行成本高及耗能大的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種管式并流二氧化碳吸收與解吸連續(xù)操作系統(tǒng)，包括低分壓二氧化碳入口、二氧化碳引射器、吸收反應(yīng)器、第一氣液分離器、第一熱交換器、第二熱交換器、富液泵、解吸反應(yīng)器、加熱器、壓力控制器、第二氣液分離器、第三氣液分離器、吸收劑儲罐和貧液泵。

3、所述低分壓二氧化碳入口與二氧化碳引射器的氣相入口連接，所述二氧化碳引射器的出口與吸收反應(yīng)器的入口連接，所述吸收反應(yīng)器的出口與第一氣液分離器的入口連接，所述第一氣液分離器的液相出口與第一熱交換器的第一入口連接，所述第一熱交換器的第一出口與第二熱交換器的第一入口連接，所述第二熱交換器的第一出口與富液泵的入口連接，所述富液泵的出口與解吸反應(yīng)器的入口連接。

4、所述加熱器用于為解吸反應(yīng)器提供熱能，所述壓力控制器接入解吸反應(yīng)器的串聯(lián)管路，所述壓力控制器的出口與第二氣液分離器的入口連接，所述第二氣液分離器的液相出口與富液泵的入口連接，所述解吸反應(yīng)器的出口與第三氣液分離器的入口連接，所述第三氣液分離器的氣相出口與第一熱交換器的第二入口連接，所述第三氣液分離器的液相出口與第二熱交換器的第二入口連接，所述第二熱交換器的第二出口與吸收劑儲罐的入口連接，所述吸收劑儲罐的出口與貧液泵的入口連接，所述貧液泵的出口與二氧化碳引射器的液相入口連接。

5、進(jìn)一步地，所述二氧化碳引射器用于將點(diǎn)源低分壓二氧化碳?xì)怏w引射進(jìn)管路進(jìn)行并流吸收與解吸；所述吸收反應(yīng)器用于吸收來自包括火電廠、煤電廠、石油化工下游產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的相關(guān)行業(yè)點(diǎn)源低分壓二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳，并將吸收后的氣液混合物輸送至第一氣液分離器。

6、所述第一氣液分離器用于將吸收反應(yīng)器吸收后的氣液混合物分離為凈化氣與富液；所述第一熱交換器利用解吸后的高溫第二再生氣對第一氣液分離器分離后的低溫富液進(jìn)行第一次預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)高溫第二再生氣的余熱再利用；所述第二熱交換器利用解吸后的高溫貧液對第一熱交換器預(yù)熱后的富液進(jìn)行第二次預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)高溫貧液的余熱再利用；所述富液泵用于將第二次預(yù)熱后的富液泵入解吸反應(yīng)器。

7、所述解吸反應(yīng)器用于通過對管內(nèi)二氧化碳加熱升溫解吸，并將解吸后的氣液混合物輸送至第三氣液分離器；所述壓力控制器用于控制解吸反應(yīng)器內(nèi)壓力，當(dāng)二氧化碳大量解吸導(dǎo)致壓力超過預(yù)定值時(shí)，將管內(nèi)部分氣液混合物輸送至第二氣液分離器；所述第二氣液分離器用于將通過壓力控制器輸送過來的氣液混合物分離為第一再生氣與未完全解吸液，再次通過富液泵將未完全解吸液泵入解吸反應(yīng)器。

8、所述第三氣液分離器用于將經(jīng)過解吸反應(yīng)器解吸后的氣液混合物分離為第二再生氣與貧液，同時(shí)將高溫第二再生氣通入第一熱交換器、高溫貧液通入第二熱交換器。

9、所述吸收劑儲罐用于貯存二氧化碳吸收劑，并通過補(bǔ)液口注入吸收劑來維持連續(xù)操作中吸收劑含量的穩(wěn)定；所述貧液泵用于將二氧化碳吸收劑泵入二氧化碳引射器。

10、進(jìn)一步地，所述解吸反應(yīng)器的加熱方式是利用加熱器配合包裹在解吸反應(yīng)器外層的夾套實(shí)現(xiàn)夾套內(nèi)熱介質(zhì)循環(huán)加熱或者利用解吸反應(yīng)器外部纏繞的電阻絲進(jìn)行直接加熱，所述夾套的內(nèi)部設(shè)置螺旋折流裝置。

11、進(jìn)一步地，所述吸收反應(yīng)器由一支或多支、長度為0.5～2.5m、公稱直徑為dn8～dn50、工作壓力為0.1～1.6mpa、工作溫度為10～80℃的管式反應(yīng)器并聯(lián)組成，所述管式反應(yīng)器內(nèi)放置用于強(qiáng)化二氧化碳高效吸收的靜態(tài)混合元件，所述靜態(tài)混合元件的長徑比為0.5～2.0、元件間距為0～2.0倍管徑、元件數(shù)量為5～20個。其中，管道配置由二氧化碳的分壓與流速決定，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入管內(nèi)的低分壓二氧化碳?xì)怏w在吸收反應(yīng)器的出口處吸收率達(dá)到99%及以上。

12、進(jìn)一步地，所述解吸反應(yīng)器由一支或多支、長度為1～3m、公稱直徑為dn32～dn150、工作壓力為0.1～1.6mpa、工作溫度為80～200℃的管式反應(yīng)器串聯(lián)組成，所述管式反應(yīng)器內(nèi)放置用于強(qiáng)化二氧化碳高效解吸的靜態(tài)混合元件，所述靜態(tài)混合元件的長徑比為0.5～2.0、元件間距為0～2.0倍管徑、元件數(shù)量為5～20個，同時(shí)，解吸反應(yīng)器的外層由換熱夾套包裹且換熱夾套內(nèi)包含螺旋折流裝置。其中，管道配置由二氧化碳吸收劑的解吸溫度決定，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入管內(nèi)的富液在解吸反應(yīng)器出口處解吸率達(dá)到99%及以上。

13、本發(fā)明的另一個目的在于提供一種管式并流二氧化碳吸收與解吸連續(xù)操作方法，采用以上實(shí)施例所述的操作系統(tǒng)，包括以下步驟：s1、通過吸收劑儲罐的補(bǔ)液口注入二氧化碳吸收劑，使其構(gòu)成管路連續(xù)相。

14、s2、通過二氧化碳引射器將點(diǎn)源低分壓二氧化碳?xì)怏w從低分壓二氧化碳入口引射進(jìn)管路，使其構(gòu)成管路離散相。

15、s3、通過加熱器加熱包裹在解吸反應(yīng)器外層的夾套內(nèi)部熱介質(zhì)至80～300℃，并實(shí)現(xiàn)夾套內(nèi)熱介質(zhì)循環(huán)流動，夾套內(nèi)設(shè)置螺旋折流裝置。

16、s4、在0.1～1.6mpa及10～80℃下，吸收反應(yīng)器中二氧化碳吸收劑與低分壓二氧化碳?xì)怏w充分反應(yīng)，進(jìn)行二氧化碳并流吸收。

17、s5、通過第一氣液分離器將經(jīng)過吸收反應(yīng)器吸收后的氣液混合物分離為凈化氣與富液。所述凈化氣指除去二氧化碳的剩余氣體，所述富液指充分吸收二氧化碳的二氧化碳吸收劑。

18、s6、通過第一熱交換器將第一氣液分離器分離后的低溫富液利用解吸后的高溫第二再生氣進(jìn)行預(yù)熱。所述第二再生氣指高純度二氧化碳?xì)怏w。

19、s7、通過第二熱交換器將第一熱交換器預(yù)熱后的富液利用解吸后的高溫貧液再次預(yù)熱。所述貧液指解吸后的二氧化碳吸收劑。

20、s8、使用富液泵將經(jīng)第二熱交換器預(yù)熱后的富液泵入解吸反應(yīng)器。

21、s9、在80～300℃下，富液在解吸反應(yīng)器中進(jìn)行解吸，解吸為貧液與再生氣；通過壓力控制器控制解吸反應(yīng)器內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力超過預(yù)定值時(shí)，將管內(nèi)部分氣液混合物輸送至第二氣液分離器。所述再生氣指高純度二氧化碳?xì)怏w。

22、s10、通過第二氣液分離器將輸送來的氣液混合物分離為第一再生氣與未完全解吸液，再次通過富液泵將未完全解吸液泵入解吸反應(yīng)器。所述第一再生氣指高純度二氧化碳?xì)怏w。

23、s11、通過第三氣液分離器將經(jīng)過解吸反應(yīng)器后的氣液混合物分離為第二再生氣與貧液，同時(shí)將高溫第二再生氣通入第一熱交換器，將高溫貧液通入第二熱交換器。

24、s12、通過第一熱交換器將解吸反應(yīng)器后的高溫第二再生氣降溫，通過第二熱交換器將解吸反應(yīng)器后的高溫貧液降溫，并將貧液回收至吸收劑儲罐。

25、s13、用貧液泵將二氧化碳吸收劑泵入二氧化碳引射器，實(shí)現(xiàn)二氧化碳吸收劑的重復(fù)利用，完成管式并流連續(xù)操作。

26、進(jìn)一步地，在步驟s1中，二氧化碳吸收劑包括有機(jī)相吸收劑、無機(jī)相吸收劑、單一類型吸收劑和混合型吸收劑中的任一種。

27、進(jìn)一步地，在步驟s2中，低分壓二氧化碳?xì)怏w指二氧化碳分壓為0～30%的氣體。

28、進(jìn)一步地，在步驟s4中，二氧化碳吸收劑與低分壓二氧化碳?xì)怏w為并流輸送。

29、進(jìn)一步地，在步驟s12中，第一熱交換器和第二熱交換器通過多級余熱回收利用分別將解吸前的富液預(yù)熱至50～100℃、將解吸后的二氧化碳吸收劑和第二再生氣降低至10～80℃。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：（1）本發(fā)明提供的管式并流二氧化碳吸收與解吸連續(xù)操作方法，全程采用連續(xù)化操作，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳吸收劑的高效循環(huán)利用，有效減少碳捕集設(shè)備數(shù)量及占地面積，降低人工成本與操作風(fēng)險(xiǎn)，提高碳捕集效率，降低現(xiàn)有設(shè)備改造和維護(hù)成本，以實(shí)現(xiàn)高效低能耗綠色二氧化碳吸收與解吸的并流連續(xù)操作。

31、（2）本發(fā)明二氧化碳捕集所用的吸收反應(yīng)器通過管內(nèi)放置高效二氧化碳吸收靜態(tài)混合元件以及多級并聯(lián)等方法，有效增加了管內(nèi)比表面積，實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)，提供相同的停留時(shí)間，提高反應(yīng)選擇性和可控性，避免反應(yīng)不徹底的發(fā)生，可以對低分壓高通量二氧化碳進(jìn)行高效吸收和精準(zhǔn)調(diào)控。

32、（3）本發(fā)明二氧化碳解吸所用的解吸反應(yīng)器通過管內(nèi)放置高效二氧化碳解吸靜態(tài)混合元件、管外由包含螺旋折流裝置的換熱夾套包裹以及多級串聯(lián)等方法，有效減少解吸換熱時(shí)間，降低二次環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)解吸效率精確控制，提高再生氣質(zhì)量和穩(wěn)定性，可以對高通量富液進(jìn)行高效解吸。

33、（4）本發(fā)明通過熱交換器將二氧化碳解吸后貧液與再生氣的高熱量進(jìn)行多級余熱回收再利用，實(shí)現(xiàn)低溫富液預(yù)熱，通過連續(xù)操作提供的穩(wěn)定熱源，有效提高了二次能源利用效率，降低一次能源消耗，減少碳捕集設(shè)備對環(huán)境的熱污染，更節(jié)省了碳捕集成本，實(shí)現(xiàn)了雙重節(jié)能。