[发明专利]一种强化CO2吸收的多通道微反应器系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可实现CO₂高效吸收的多通道微反应器系统，具体说是一种可强化CO₂吸收的微通道反应器技术。本发明为烟道气、合成氨、油田伴生气、天然气、石油化工、天然气化工、煤化工等领域的脱碳和碳捕获提供了一种高效吸收的微通道反应器技术。

背景技术

能源是人类社会存在和发展的支柱，化石能源的大量消耗，使大气中温室气体浓度不断攀升，由此产生的温室效应影响全球气候。其中，化石能源的燃烧所排放的CO₂占全球CO₂总量75%以上。2007年，我国发布了《应对气候变化国家方案》，拟通过调整经济结构、提高能源利用率、节约能源、科技创新等措施减少温室气体排放。 “十二五”规划纲要更是将CO₂减排提到了需要急需的任务之一。开发安全、成本低的高新技术来捕集来自煤、油和天然气的CO2成为当今世界亟待解决的关键问题之一。

CO₂的捕集技术包括化学吸收、物理吸收、变压吸附、膜分离等。目前工业上CO₂捕集多以化学吸收法为主，溶剂主要为有机胺类吸收剂，其中吸收剂以N-甲基二乙醇胺（MDEA）为主，所用设备多为吸收塔。普遍存在停留时间长、吸收效率低、吸收剂循环量大、过程能耗高、吸收液解吸过程损失大、发泡及夹带严重、体积庞大、成本偏高、安全性差等诸多缺点。

微通道反应器是指流体流动通道的特征尺度在数百微米内的反应器，与传统反应器相比，具有传热传质性能好、过程连续、安全性好等优点。经二十多年的发展，已成为受各国重视的高新技术。微反应技术作为过程强化的重要手段，为我国化工、冶金、石化等行业的工艺路线革新、节能减排、降耗提供了良好的解决方案，具有广阔的工业应用前景。专利CN 101612510A公开了一种吸收CO₂的微通道吸收器，以类似于蜂窝状的规整微通道取代常规吸收塔上的填料，提高了设备处理能力。美国专利US 20100024645涉及采用离子液体作为吸收剂在微通道中分离气体的方法，以及提高热效率方式——将吸收反应热用于解吸过程，减少附加能量。US 20060073080论述了微通道混合器中多相混合，通过微孔使两相在微通道中形成非连续分散，以获得较高的气液相接触面积。专利CN 101116798A公开了一种基于撞击流原理的分形通道混合器，使两种或两种以上流体分别通过导流板上分叉的流体通道分流细化，再分别从隔离板上通孔喷出，形成相向撞击流相互撞击混合。

上述专利所涉及的微通道反应器中，规整微通道吸收器采用喷淋分散方式实现气液两相流体的混合，虽较常规塔式反应器效率高，但并不能保证各通道中的气液两相配比均匀一致，导致吸收效率降低，且从所公开的内容看，这种规整微通道无论从选材上还是制备上都将成为其大规模应用的主要制约因素，即难以满足大规模生产的要求。且不能实现微换热器与微吸收器的层层叠加高度集成，难以实现吸收或解吸过程的原位高效换热。专利US 20100024645强调微通道分离系统的能量利用，US 20060073080则单一从孔大小或孔延伸的长度上强化混合，并且也涉及到与微通道热沉的热量交换，但对这种孔分布与微通道结构协同强化传质的研究并未涉及，或至少没有公开协同强化传质的微反应器几何结构特征。对于一个混合单元，专利CN 101116798A公开的这种分形通道混合器的混合效果较好，但对于多片叠加并行放大过程，则会存在流体分布不均、换热器无法叠加集成等缺点，可能会使多片叠加并行放大难以实现。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，通过改进微通道反应器结构使气液两相物料均匀分布，强化微通道内气液两相物料的混合效果及换热性能，提供一种强化CO₂高效吸收的方法和系统，以提高吸收效率、降低系统能耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种强化CO₂吸收的多通道微反应器系统，该多通道微反应器系统由上盖板、下盖板，以及于上盖板、下盖板之间的一个或二个以上混合吸收单元、一个或二个以上换热单元层层叠加组成，混合吸收单元与换热单元层交替叠加，吸收单元与换热单元匹配组合；每个混合吸收单元为单片多通道微反应器板，板的反面为含CO₂的气体物料或吸收液分布微通道，板的正面由吸收液或含CO₂的气体物料分布微通道、并行反应微通道及集流微通道组成；每个换热单元由至少一个包含并行微通道的多通道微换热板组成。