[发明专利]基于吸收剂浓度变换的气体中CO2化学吸收系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合气体中CO₂分离工艺技术领域，具体地指一种基于吸收剂浓度变换的气体中CO₂化学吸收系统与方法。 

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℃，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。 

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于吸收剂浓度变换的气体中CO₂化学吸收系统与方法，该系统和方法能显著提高气体中CO₂吸收效果，并且能显著降低CO₂的再生能耗。 

为实现此目的，本发明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。