[发明专利]旋流多级气液逆向接触强化吸收大跨度CO2装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧烟气CO₂排放控制装置，具体涉及一种旋流逆向气液多级接触强化吸收大跨度CO₂装置。

背景技术

人为CO₂已被主流科学家认为是导致温室效应和气候变暖的一个重要诱因。据政府间气候变化委员会（IPCC）第五次报告显示，大气中的CO₂浓度由1750年的278 ppm上升至2011年的390.5 ppm，较工业化之前高了40%。而化石燃料燃烧产生的CO₂是大气中CO₂浓度升高的重要来源。因此，控制CO₂的排放已成为全球各国不得不重视的科学、技术甚至是政治经济问题。现阶段，对于燃烧后CO₂的脱除技术主要有物理吸附法、化学吸收法、膜吸收法和生物固碳，其中化学吸收法最为成熟，已获得广泛研究并应用。

研究表明，基于化学吸收法CO₂捕集的方法和技术的实质是强化碳化反应的混合、传质和反应过程。其中通过改善气液两相的流动方式和形态实现混合强化是有效方式之一。现有用于CO₂吸收的方法多采用传统的气液反应器，如填料塔、喷淋塔、板式等方式实现气液接触，但是其气液反应条件处于常规重力环境下，受常规重力场的限制，气液两相的相对运动速度和相界面更新速度慢，导致设备的生产能力小，传质效率低，使其工业应用和需求受到限制。近年来，一类利用动态超重力场强化传质的原理发展起来的旋转填料床，由于处于极端物理条件超重力环境下，分子扩散和相间传质过程较常规重力场下要快很多，巨大的剪切力将液体撕裂成液膜、液丝和液滴，具有快速更新的相界面，传质速率较常规状态下可提高1-3个数量级。但是由于旋转动力部件造成其结构相对复杂，运转的稳定性及可靠性受影响，且能耗相对较高，一定程度上限制了其应用。此外，还有一类采用旋流板的方式进行气液强化传质，但需要增设中心结构旋流板，其结构设计和布置方式较为复杂并且由于局部构件形成的流体阻力可使系统压降增加。另外一类采用单级旋流的方式实现过程强化和降低能耗。对于低浓度CO₂（1.5%-2.5%），旋流作用可使CO₂的脱除效率从50%提升至70%、传质系数最大增幅达到49%。但是，现有技术方法的弊端主要表现在以下方面：一是常规气液接触反应方式处理流量较小；二是动态超重力方式采用的旋动部件需要能耗较高，不利于实现节能；三是塔板强化方式结构复杂，结构设计和布置方式较为繁琐；四是现有研究主要针对低浓度CO₂体系，对常见的大跨度浓度CO₂尤其是高浓度（例如浓度为10%-15%的燃烧烟气CO₂）的方法技术尚相对欠缺；五是现有方式一般具有喷淋末端液滴凝并的缺点，使得其吸收性能弱化。

综上所述，从流动和混合等新的角度对常规原理、方法和技术方向进行探索创新，以实现气液强化传质与反应从而提高基于化学吸收法的烟气大跨度浓度CO₂捕集性能，并同时降低系统能耗，是十分必要和迫切的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种旋流多级气液逆向接触强化吸收大跨度CO₂装置及方法，旨在解决基于化学吸收法的CO₂减排技术在大流量烟气、大跨度CO₂浓度下的强化传质与反应问题，具有CO₂减排效率高、工艺流程简单、投资成本低廉、运行稳定等优点。

本发明是通过以下具体技术方案实现的：

一种旋流逆向气液多级逆向接触强化吸收大跨度浓度CO₂装置，包括气相供给系统、液相供给系统、旋流反应器系统、气体辅助净化系统及测试系统，所述的气相供给系统的气相出口与旋流反应器系统的气相进口相连接；所述的液相供给系统的液相出口与旋流反应器系统的液相进口相连接；所述的旋流反应器系统为旋流逆向气液多级逆向接触反应器，气相进口为切向气相进口，所述反应器还底部具有液相出口，液相出口与储液容器相连接，所述分级式液相进口为旋流喷嘴喷雾装置。

所述旋流喷嘴喷雾装置沿反应器高度分级等距布置，所述液相出口与储液容器之间设有开槽式花板，以便废液在靠近外径处轴向下流至储液容器。

所述旋流逆向气液多级逆向接触反应器为三层喷淋式结构，其上的旋流喷嘴喷雾装置的喷头为锥形实心喷嘴。