[发明专利]一种利用节流膨胀原理促进二氧化碳吸收剂再生的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于CO₂吸收剂再生技术领域，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。

背景技术

在未来可见的一段时间内，在碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage，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(Internat ional Energy Agency)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。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明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。