[发明专利]基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统与方法

说明书

本发明所设计的基于热管强化热回收的CO₂化学吸收系统，它包括增压风机、CO₂吸收设备、富液泵、三通分流阀、液液重力式热管换热器、贫液冷却器、贫液泵、气液重力式热管换热器、CO₂再生设备和再沸器，本发明能在保持原有成熟的CO₂吸收与富液再生技术的基础上，有效利用富液热再生塔顶排出的高温再生气余热，以及高效回收再生塔底排出的高温贫液中的热能，以降低再生气余热回收所需换热器体积与投资。

技术领域

本发明涉及富CO₂气体中CO₂化学吸收工艺节能降耗技术领域，具体地指一种基于热管强化热回收的CO₂化学吸收系统与方法。

技术背景

CO₂作为最主要的温室气体之一，引发了全球气候变暖等一系列环境问题。碳捕集与封存(CCS)技术作为可以解决CO₂排放问题的有效手段，被认为是近未来大规模减少CO₂排放中最经济、可行的方法之一。其中，以化学吸收法为基础的CO₂分离技术因技术成熟、CO₂脱除率高等优势可进行大规模应用，但关键因素在其经济性问题，特别是富CO₂吸收剂溶液(富液)再生能耗高的问题。如典型沼气CO₂化学吸收工艺中，富液的再生热耗可占到总能耗的60％以上。以经典乙醇胺(MEA)吸收剂体系为例，其典型热再生能耗大约为4.0MJ/kgCO₂，CO₂分离成本可达250-300元/吨CO₂。基于此，国内外研究者将系统降耗的目标主要集中在开发新型吸收剂、改良再生工艺和再生热整合利用等研究方向上。如采用氨水吸收剂、离子液体吸收剂和两相吸收剂等，或从工艺优化上着手，采用吸收塔中间冷却工艺、富液分流工艺和再生塔中间加热工艺等。但无论针对哪一种降耗方式或体系，工艺中都涉及到换热器的使用。作为整个工艺流程中基本的热回收元件之一，换热器性能的优劣较大程度上影响了富液的再生热耗。在现有化学吸收法工艺中，贫富液之间的热交换、贫液的冷却及再生塔顶部的再生气冷却等均涉及到换热器的使用。目前通用换热器的经济温差为20K，换热系数较小，如欲达到更低的传热温差(5～10K)，则将需要巨大的换热面积，导致投资成本和占地面积变大。因此，若能采用一种高效换热器，利用其较高的换热系数使换热温差或换热面积大幅下降，将无需对现有工艺系统进行大的改造，且可适合于任一种热再生吸收剂体系，从而实现在原有体系自身降耗的基础上进一步降低再生能耗。

热管是种高效的相变换热元件，通常分为蒸发段、绝热段和凝结段，工质(如水、甲醇等)自蒸发段受热汽化形成蒸汽，在压力作用下蒸汽扩散至凝结段，在凝结段向冷源放出汽化潜热后靠重力冷凝回流至蒸发段。与常规换热器相比，热管具有较高的传热效率和传热极限、结构简单、制造成本低廉、所需换热面积更小等优势，可以在温差很小的情况下传递相当大的热流量，适用于低品位热能的回收，目前已广泛应用于工业余热回收应用中。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于热管强化热回收的CO₂化学吸收系统与方法，该系统与方法的核心在于采用高效换热器热管作为CO₂化学吸收工艺流程中的换热元件，以此替换传统换热器(管式换热器、板式换热器等)。因此，能在保持原有成熟的CO₂吸收与富液再生技术的基础上，有效利用富液热再生塔顶排出的高温再生气余热，以及高效回收再生塔底排出的高温贫液中的热能，以降低再生气余热回收所需换热器体积与投资。