一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法，包括以下步骤：A、使负载CO2的吸收剂流经节流装置中节流元件的上游侧；B、使吸收剂在一定压差下透过节流元件中的孔道到达下游侧，实现吸收剂的再生，再生贫液与CO2分别从节流装置的再生贫液出口和CO2气体出口流出，未透过节流元件的吸收剂从吸收剂残液出口流出；C、分别收集再生贫液与CO2气体。本发明专利技术利用节流膨胀原理，在吸收剂透过节流元件微孔的瞬间，促进刚刚解吸出来的CO2微小气泡在吸收剂液滴中的快速聚并及膨胀，大幅度提高了CO2与吸收剂分离的速率，可使吸收剂于再生设备内的停留时间缩短到数秒，并通过降低再生过程温度，降低了再生能耗及吸收剂物耗。

【技术实现步骤摘要】
一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法
本专利技术属于CO2吸收剂再生
，具体涉及一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法。
技术介绍
在未来可见的一段时间内，在碳捕集与封存(CarbonCaptureandStorage，CCS)技术依然是解决温室气体问题的唯一经济性可行途径。而在CCS技术中，捕集成本占整个操作成本的80％，再生能耗约占整个捕集过程能耗的1/2-2/3以上，因此低能耗再生技术的开发已经成为实现CCS技术的关键所在。基于化学吸收的燃烧后烟气CO2分离技术是主流的碳捕集手段。IEA(InternationalEnergyAgency)2004报告指出，传统再生工艺存在吸收剂中CO2的再生反应及气液传质分离等过程，存在着再生温度高、吸收剂降解及气液传质效果差等问题。文献(《环境与工业气体净化技术》，北京：化学工业出版社，2001.5:153-156)公布的两种典型的使用塔板装置再生CO2吸收剂的工艺参数，其再生温度均为120℃，根据其提供的数据估算的吸收剂平均停留时间分别在5小时和6小时左右。有研究者通过改进填料塔、开发新型再生工艺希望通过提高传质效率以提升其再生效率，如中国专利申请(申请号201310607156.1，公开日2014年3月19日)公开了一种利用超声强化CO2吸收剂再生的技术，通过超声技术加速CO2的再生，该工艺是基于填料塔设备的改进，从流量等估算其停留时间仍在数小时左右；中国专利申请(申请号201210016741.X，公开日2013年7月24日)公开了一种利用超重力技术再生脱碳吸收剂的技术，其再生温度为100-140℃，但存在设备体积大、成本高等问题；中国专利申请(申请号201010169524.5,公开日2010年09月08日)公开了一种利用中空纤维膜接触器减压再生进行CO2吸收剂再生的技术，其再生温度为60-80℃，相比传统填料塔再生装置有较大幅度的降低。在该技术中，利用疏水膜的阻挡作用，吸收剂只在膜的一侧进行流动而不会透过膜到达另一侧，通过升温、吹扫或减压等方式，使溶解在液相中的CO2通过膜孔扩散到膜的另一侧，疏水性中空纤维膜起到了良好的分隔气液两相的作用，使其操作弹性大幅提高。通过该研究者的相关文献数据表明，该技术典型的吸收剂停留时间约为140-200秒。综上，目前CO2吸收剂再生工艺存在能耗及物耗两个问题：a.基于化学吸收的再生过程是一个吸热过程，传统再生设备因其气液传质效率相对较低，必须要通过提高温度来提高传质推动力，以达到合适的传质效果。维持高温条件不仅会引起能耗上升，同时高温所引起的吸收剂中水的大量蒸发也产生了大量无效能耗；b.吸收剂因高温和长停留时间易造成氧化降解，并带来较大的物耗。要解决上述问题，需要开发一种高效率的传质技术以降低再生温度并缩短吸收剂在再生阶段的停留时间，从而减少水蒸发所带来无效能耗，并减小吸收剂的降解损失。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法，采用该方法可显著降低吸收剂的停留时间和再生温度，有利于降低再生能耗及吸收剂物耗。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法，包括以下步骤：A、使负载CO2的吸收剂在一定流速下流经节流装置中节流元件的上游侧，所述节流装置上设有吸收剂进口、吸收剂再生贫液出口、CO2气体出口和吸收剂残液出口；B、使上述吸收剂在一定压差下透过节流元件中的孔道到达下游侧，实现吸收剂的再生，得到的吸收剂再生贫液与CO2分别从节流装置的吸收剂再生贫液出口和CO2气体出口流出；只在节流元件一侧流动未透过节流元件的吸收剂不实现解吸，从吸收剂残液出口流出；C、分别收集再生贫液与CO2气体；其中，上游侧、下游侧均以节流元件上的孔为参照。进一步，步骤A、B中操作温度为50-80℃，吸收剂上游侧绝对压力100-200kPa，压差为50至100kPa。其中，压差定义为节流元件上游侧与下游侧绝对压力之差。进一步，步骤A、B中所述节流装置为板孔式节流装置时，其节流元件为节流孔板，节流孔板的材质可以是金属、陶瓷、PP、PVDF、PES、PTFE中的一种或多种的复合。所述节流孔板上开有节流孔，节流孔的孔径为2-50μm，孔隙率35-85％。进一步，步骤A、B中所述节流装置为中空纤维管式节流装置时，其节流元件为中空纤维管。中空纤维管的材质可以是金属、陶瓷、PP、PVDF、PES、PTFE中的一种或多种的复合。中空纤维管式节流装置由多根中空纤维管集合在一壳体内制成，中空纤维管管壁上微孔的孔径为0.1-100μm，孔隙率为35-85％。进一步，其特征在于，CO2吸收剂在节流装置中的停留时间t范围为0＜t≤10秒，CO2解吸率为50-99％。进一步，在进入步骤C之前，检测步骤B穿过节流元件而得到的吸收剂再生贫液是否达到再生要求；若未达到再生要求，则重复步骤A、B，直至吸收剂再生贫液达到再生要求后，进入步骤C。进一步，所述CO2吸收剂为氨水、胺类CO2吸收剂溶液、氨基酸类CO2吸收剂溶液或它们的复配混合物，吸收剂负载的CO2浓度为0.5-5mol/L。本专利技术利用节流膨胀原理，在负载CO2的吸收剂穿过节流元件的节流孔时，在节流孔下游侧表面，因压力的急剧降低促进刚刚解吸出来的CO2微小气泡在吸收剂液滴中的聚并及膨胀，因而大幅度提高了CO2与吸收剂液相分离的速率，从而可使吸收剂于再生设备内的停留时间缩短到数秒，并通过降低再生过程温度，使得吸收剂的氧化降解和吸收剂中水的蒸发等问题都得到了极大的缓解，有利于降低再生能耗及吸收剂物耗。节流元件中所存在的大量细小孔道，使透过节流孔的吸收剂被分散为极小的液滴，从而大大提高了其传质面积，使总的传质效率大幅提升。附图说明图1是用于实现本专利技术方法的二氧化碳吸收剂再生装置的结构示意图，其中节流元件为节流孔板；图2是用于实现本专利技术方法的二氧化碳吸收剂再生装置的结构示意图，其中节流元件为中空纤维管。附图标记：1.储液槽；2.流体输送及增压装置；3.节流装置；3-1节流孔板；3-2.中空纤维管；3-3.吸收剂进口；3-4.吸收剂残液出口；3-5.吸收剂再生贫液出口；3-6.CO2气体出口；4.真空泵。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述。本专利技术所提供的一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法，包括以下步骤：A、使负载CO2的吸收剂在一定流速下流经节流装置中节流元件的上游侧，所述节流装置上设有吸收剂进口、吸收剂再生贫液出口、CO2气体出口和吸收剂残液出口；B、使上述吸收剂在一定压差下透过节流元件中的孔道到达下游侧，实现吸收剂的再生，得到的吸收剂再生贫液与CO2分别从节流装置的再生贫液出口和CO2气体出口流出，未透过节流元件的吸收剂从吸收剂残液出口流出；C、分别收集再生贫液与CO2气体。本文中，上游侧、下游侧均以节流元件上的孔为参照。本专利技术步骤B中，负载CO2的吸收剂透过节流装置的过程中，负载CO2的吸收剂透过节流元件的孔道时，在节流膨胀作用下，在节流元件下游侧表面附近，刚刚解吸出来的CO2微小气泡在吸收剂液相中不断地发生快速聚并和膨胀，从而加快了CO2与吸收剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、使负载CO2的吸收剂由吸收剂进口进入，在一定流速下流经节流装置中节流元件的上游侧，所述节流装置上设有吸收剂进口、吸收剂再生贫液出口、CO2气体出口和吸收剂残液出口；B、使上述吸收剂在一定压差下透过节流元件中的孔道到达下游侧，实现吸收剂的再生，得到的吸收剂再生贫液与CO2分别从节流装置的吸收剂再生贫液出口和CO2气体出口流出，未透过节流元件的吸收剂从吸收剂残液出口流出；C、分别收集再生贫液与CO2气体；其中，上游侧、下游侧均以节流元件上的孔为参照。

【技术特征摘要】
1.一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、使负载CO2的吸收剂由吸收剂进口进入，在一定流速下流经节流装置中节流元件的上游侧，所述节流装置上设有吸收剂进口、吸收剂再生贫液出口、CO2气体出口和吸收剂残液出口；B、使上述吸收剂在一定压差下透过节流元件中的孔道到达下游侧，实现吸收剂的再生，得到的吸收剂再生贫液与CO2分别从节流装置的吸收剂再生贫液出口和CO2气体出口流出，未透过节流元件的吸收剂从吸收剂残液出口流出；C、分别收集再生贫液与CO2气体；其中，上游侧、下游侧均以节流元件上的孔为参照。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A、B中操作温度为50-80℃，节流元件上游侧绝对压力100-200kPa，压差为50至100kPa。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A、B中所述节流装置为板孔式节流装置时，其节流元件为节流孔板，节流孔板的材质是金属、陶瓷、PP、PVDF、PES、PTFE中的一种或多种的复合；所述节流孔板上开有节流孔，节流孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，邢津铭，金显杭，杨叶，于天然，马骞，任钟旗，杜乐，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11