本实用新型专利技术所设计的一种基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统，本实用新型专利技术气体中CO2在CO2吸收阶段被化学吸收剂吸收而形成初始富CO2吸收剂溶液，初始富CO2吸收剂溶液在热再生之前被富液浓缩系统进行浓缩分离，得到浓缩相和稀相，浓缩相包含吸收剂溶质和所携带的CO2，且在再生阶段只再生浓缩相，提高富液的CO2平衡分压，强化再生传质推动力，降低再生过程中的水蒸发热需求，也能降低进入再生装置中的富液流量，从而降低再生过程中的富液升温潜热需求，从这两个方面达到降低富液再生能耗需求，解决传统化学吸收法工艺高能耗问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统
本技术涉及混合气体中CO2分离工艺
，具体地指一种基于吸收剂浓度变换的气体中C02化学吸收系统。技术背景基于化学吸收原理的燃煤烟气、沼气和垃圾填埋气中CO2的吸收技术是目前上述领域的主流CO2分离技术之一，但传统化学吸收法工艺中所采用的吸收剂很难同时满足高CO2吸收反应速率和低再生能耗要求，因而为满足CO2脱除率要求，当选择高CO2吸收速率的吸收剂时，与CO2反应所形成的氨基甲酸盐再生难度大，再生能耗高，投资大，CO2分离成本高。而当选择易再生的吸收剂时，吸收剂与CO2反应速率低，导致吸收剂溶液需求量大，设备投资高和CO2分离成本高，系统运行经济性差。经典CO2化学吸收法工艺中，CO2吸收阶段和富CO2吸收剂溶液(简称富液)再生阶段的吸收剂浓度基本恒定不变，经典的化学吸收法工艺并不能有效利用CO2化学吸收剂在不同浓度状态下的CO2吸收和再生综合优势，因而吸收剂的浓度选择会有一定的限制，如典型的乙醇胺化学吸收工艺中，其质量浓度一般不超过30%。由于浓度的限制，造成在富液加热再生阶段进入再生塔内的溶液流量偏大及富液的CO2平衡分压偏小，为了达到理想的再生效果，需要较高的再生条件，从而导致再生能耗居高不下。典型的乙醇胺化学吸收工艺中，再生塔内再生压力和温度一般需要达到约2.1bar和120°C，其典型热再生能耗可高达4GJ/t CO2，可占整个工艺能耗的80%以上。虽然很多研究者试图筛选或开发全新的吸收剂来降低再生能耗，但仅靠吸收剂的革新可能降耗潜能有限。因此，为了获得更大的再生能耗降低幅度，必须要配合工艺的革新，因而有必要发展新的CO2吸收工艺。
技术实现思路
本技术的目的就是要提供一种基于吸收剂浓度变换的气体中C02化学吸收系统，该系统能显著提高气体中CO2吸收效果，并且能显著降低CO2的再生能耗。为实现此目的，本技术所设计的一种基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统，包括CO2吸收设备、水分离器、CO2再生设备、贫液泵、输入端与CO2吸收设备的出液口连接的富液泵、输出端与CO2吸收设备的吸收液输入口连接的冷凝器，所述CO2吸收设备还设有顶端排气口和进气口，其特征在于:它还包括加热器、中空纤维膜接触器组、水泵、贫富液换热器和混合装置，其中，富液泵的输出端通过加热器连接中空纤维膜接触器组的管程入口，中空纤维膜接触器组的壳程出口连接水分离器的低浓度盐溶液入口，水分离器的分离水输出口通过水泵连接混合装置的稀释水入口，水分离器的高浓度盐溶液出口连接中空纤维膜接触器组的壳程入口，中空纤维膜接触器组的管程出口连接贫富液换热器的低温流体入口，贫富液换热器的低温流体出口连接CO2再生设备的富液输入口，CO2再生设备的贫液输出口连接贫富液换热器的高温流体进口，贫富液换热器的高温流体出口通过贫液泵连接混合装置的高浓度贫液入口，混合装置的混合溶液出口连接冷凝器；所述CO2再生设备还设有CO2排气口。上述技术方案中，所述加热器与中空纤维膜接触器组的管程入口之间的管路内设有流量计和温度计；所述水分离器的高浓度盐溶液出口与中空纤维膜接触器组的壳程入口之间的管路内设有流量计和温度计；所述水泵与混合装置的稀释水入口之间的管路内设有流量计和温度计；所述贫液泵与混合装置的高浓度贫液入口之间的管路内设有流量计和温度计；所述混合装置的混合溶液出口与冷凝器之间的管路内设有流量计和温度计；所述中空纤维膜接触器组的壳程内设有吸水剂浓度传感器，所述混合装置的混合溶液出口内设有吸收剂浓度传感器。上述技术方案中，所述混合装置还开设有补充液入口。上述技术方案中，中空纤维膜接触器组的壳程出口与水分离器的低浓度盐溶液入口之间设有盐溶液回流泵。本技术的有益效果为:1、本技术中仅再生具有高质量浓度的富液，进入再生设备中的富液质量流量要低于传统工艺，且再生过程中的富液内CO2平衡分压更高，传质推动力更强，因而在传统的热再生条件下，相比低浓度富液再生，单位CO2的再生能耗能够降低30%?40%。2、本技术由于再生过程中吸收剂富液质量浓度更高，传质推动力更强，因而再生温度可选择比传统化学吸收法工艺更低(100°c以下)，因而富液再生所需的该部分热量可采用余热或其它低品位能源，故具有进一步降低再生能耗的潜能。3、本技术由于在吸收段采用相对较低浓度的贫液，只再生高浓度富液并选择较低的再生温度，同时初始富液采用较低温度的浓缩分离，因此能同时拥有较好的CO2吸收效果、更低的再生能耗和更低的吸收剂挥发与高温降解损失。4、本技术适用于从惰性气体(不与碱反应)体系中分离出CO2，如烟气、沼气和垃圾填埋气等气体中分离co2。【附图说明】图1为本技术基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统的结构示意图。其中，I一CO2吸收设备、1.1一出液口、1.2—吸收液输入口、1.3 —顶端排气口、1.4一进气口、2—富液泵、3—加热器、4一中空纤维膜接触器组、4.1一管程入口、4.2—管程出口、4.3—壳程入口、4.4一壳程出口、5—水分离器、5.1—低浓度盐溶液入口、5.2—分离水输出口、5.3—高浓度盐溶液出口、6—水泵、7—贫富液换热器、7.1—低温流体入口、7.2—低温流体出口、7.3—高温流体进口、7.4—高温流体出口、8— CO2再生设备、8.1—富液输入口、8.2—贫液输出口、8.3—CO2排气口、9一贫液泵、10—混合装置、10.1—稀释水入口、10.2—高浓度贫液入口、10.3—混合溶液出口、10.4—补充液入口、11一冷凝器、12—流量计、13—温度计、14 一吸水剂浓度传感器、15—盐溶液回流泵、16—吸收剂浓度传感器【具体实施方式】以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细说明:如图1所示的基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统，包括CO2吸收设备1、水分离器5、C02再生设备8、贫液泵9、输入端与CO2吸收设备I的出液口 1.1连接的富液泵2、输出端与CO2吸收设备I的吸收液输入口 1.2连接的冷凝器11，CO2吸收设备I还设有顶端排气口 1.3和进气口 1.4，它还包括加热器3、中空纤维膜接触器组4、水泵6、贫富液换热器7和混合装置10，其中，富液泵2的输出端通过加热器3连接中空纤维膜接触器组4的管程入口 4.1，中空纤维膜接触器组4的壳程出口 4.4连接水分离器5的低浓度盐溶液入口 5.1，水分离器5的分离水输出口 5.2通过水泵6连接混合装置10的稀释水入口 10.1，水分离器5的高浓度盐溶液出口 5.3连接中空纤维膜接触器组4的壳程入口 4.3，中空纤维膜接触器组4的管程出口 4.2连接贫富液换热器7的低温流体入口 7.1，贫富液换热器7的低温流体出口 7.2连接CO2再生设备8的富液输入口 8.1，CO2再生设备8的贫液输出口8.2连接贫富液换热器7的高温流体进口 7.3，贫富液换热器7的高温流体出口 7.4通过贫液泵9连接混合装置10的高浓度贫液入口 10.2，混合装置10的混合溶液出口 10.3连接冷凝器11 ;所述CO2再生设备8还设有CO2排气口 8.3。上述技术方案中，所述加热器3与中空纤维膜接触器组4的管程入口 4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统，包括CO2吸收设备（1）、水分离器（5）、CO2再生设备（8）、贫液泵（9）、输入端与CO2吸收设备（1）的出液口（1.1）连接的富液泵（2）、输出端与CO2吸收设备（1）的吸收液输入口（1.2）连接的冷凝器（11），所述CO2吸收设备（1）还设有顶端排气口（1.3）和进气口（1.4），其特征在于：它还包括加热器（3）、中空纤维膜接触器组（4）、水泵（6）、贫富液换热器（7）和混合装置（10），其中，富液泵（2）的输出端通过加热器（3）连接中空纤维膜接触器组（4）的管程入口（4.1），中空纤维膜接触器组（4）的壳程出口（4.4）连接水分离器（5）的低浓度盐溶液入口（5.1），水分离器（5）的分离水输出口（5.2）通过水泵（6）连接混合装置（10）的稀释水入口（10.1），水分离器（5）的高浓度盐溶液出口（5.3）连接中空纤维膜接触器组（4）的壳程入口（4.3），中空纤维膜接触器组（4）的管程出口（4.2）连接贫富液换热器（7）的低温流体入口（7.1），贫富液换热器（7）的低温流体出口（7.2）连接CO2再生设备（8）的富液输入口（8.1），CO2再生设备（8）的贫液输出口（8.2）连接贫富液换热器（7）的高温流体进口（7.3），贫富液换热器（7）的高温流体出口（7.4）通过贫液泵（9）连接混合装置（10）的高浓度贫液入口（10.2），混合装置（10）的混合溶液出口（10.3）连接冷凝器（11）；所述CO2再生设备（8）还设有CO2排气口（8.3）。...
【技术特征摘要】
1.一种基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统，包括CO2吸收设备(I)、水分离器(5)、CO2再生设备(8)、贫液泵(9)、输入端与CO2吸收设备(I)的出液口(1.1)连接的富液泵(2)、输出端与CO2吸收设备(I)的吸收液输入口(1.2)连接的冷凝器(11)，所述CO2吸收设备(I)还设有顶端排气口( 1.3)和进气口( 1.4)，其特征在于:它还包括加热器(3)、中空纤维膜接触器组(4)、水泵(6)、贫富液换热器(7)和混合装置(10)，其中，富液泵(2)的输出端通过加热器(3)连接中空纤维膜接触器组(4)的管程入口(4.1)，中空纤维膜接触器组(4)的壳程出口(4.4)连接水分离器(5)的低浓度盐溶液入口(5.1)，水分离器(5)的分离水输出口(5.2)通过水泵(6)连接混合装置(10)的稀释水入口(10.1)，水分离器(5)的高浓度盐溶液出口(5.3)连接中空纤维膜接触器组(4)的壳程入口(4.3)，中空纤维膜接触器组(4)的管程出口(4.2)连接贫富液换热器(7)的低温流体入口(7.1)，贫富液换热器(7)的低温流体出口( 7.2 )连接CO2再生设备(8 )的富液输入口( 8.1)，CO2再生设备(8 )的贫液输出口(8.2)连接贫富液换热器(7)的高温流体进口(7.3)，贫富液换热器(7)的高温流体出口(7.4)通过贫液泵(9)连接混合装置(10)的高浓度贫液入口( 10.2)，混合装置(10)的混合溶液出...
【专利技术属性】
技术研发人员：晏水平，贺清尧，艾平，王媛媛，徐红梅，张衍林，樊啟洲，袁巧霞，蔡凯，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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