[发明专利]基于传质-反应调控的分区多级循环CO2

说明书

本发明涉及一种基于传质‑反应调控的分区多级循环CO₂捕集浓缩方法，本发明采用多级循环吸收、智能多因子调控、预洗涤降温、级间冷却、级后水洗、浆液清洗、冷却水余热利用、小粒径高密度喷淋等多元手段，以低成本低能耗稳定高效为寻优目标，在CO₂高效捕集的同时，有效抑制二次污染物生成，实现CO₂的高效率捕集、低能耗解吸、高纯度浓缩。采用的多级循环自上而下依次进行气溶胶脱除、提高碳捕集效率、维持吸收速率和富液浓缩，降低了碳减排成本。

技术领域

本发明属于大气污染治理和碳减排技术领域，具体的说是涉及一种基于传质-反应调控的分区多级循环CO₂捕集浓缩方法。

背景技术

二氧化碳是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，二氧化碳主要源自煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧。然而，燃煤机组和工业生产碳排放量大，整体排烟性质表现为：烟气量大，烟气中二氧化碳含量低、分压低，导致二氧化碳捕集成本高；烟气中含有SO₂、SO₃、NO_x、重金属和烟尘等杂质，易产生二次污染物，对CO₂捕集过程产生一定的负面影响。目前对于碳减排的要求也越来越高，碳排放削减的主要技术手段是CCS(碳捕集与封存)和CCUS(碳捕集、封存与利用)。国内正在进行碳捕集技术探索，在石化、化工行业已有较大的碳捕集示范项目，利用尾气捕集二氧化碳用于化工、驱油、地质封存或者生物固碳。电力行业也已建有多个碳捕集示范工程，由于系统运行成本高、产品出路难等种种原因，在投运后或者长期停运或者偶尔运行。在CCUS技术的捕集、输送、利用与封存环节中，捕集是能耗和成本占比较大的环节。国内当前的低浓度捕集成本为300～600元/t(CO₂)。燃烧后捕集技术是当前应用较为广泛的，应用最为广泛的MEA化学吸收法，运行能耗可达4.0～6.0MJ/kg CO₂，这将降低燃煤电厂热效率25％～40％。投资和运行成本过高，能量消耗大，难以满足CCUS的迫切需求，因此应开发低能耗、低成本的燃烧后捕集技术迫在眉睫。

中国专利CN 102784546 A设计了一种CO₂捕集系统，包括由下部半贫液段和上部贫液段两段垂直串联组成的两段式吸收塔，底部富液进入常压解吸塔，常压解吸塔底部出液口接两段式吸收塔半贫液段上部入液口，常压解吸塔底部出液口还接解吸塔顶部入液口，解吸塔接有重沸器。该发明通过半贫液-贫液方法提高CO₂捕集率，采用常压解吸与溶液解吸相结合提高CO₂回收率。但该技术具有以下不足：半贫液段未将吸收液吸收至饱和就送入解吸塔，且未添加循环吸收液进入解吸塔流量大，解吸能耗大；未对气溶胶等二次污染物进行控制。

中国专利CN 109745850 A设计了一种用于燃煤电厂二氧化碳捕集的预处理系统。系统包括：水洗塔、设于水洗塔内部且自下而上分布的多个填料层本体、循环水冷却器、自动加碱装置以及盐度调节装置。该系统采用多个填料层本体组合的方式清除烟气中的灰尘、SO₂等有害物质。水洗塔外部设有的自动加碱装置和盐度调节装置，能有效地去除烟尘中的酸性物质含量。但该技术具有以下不足：水洗塔和捕集塔分离单独设置，投资运行成本高，CO₂捕集效率进一步提升难度大，解吸能耗大，系统运行参数可调节范围小，可调性能差。

为了降低现有烟气净化系统与碳捕集系统分离运行的高昂成本，开发新型吸收速率高、吸收容量大、解吸能耗低的吸收剂是最为有效的方法，但由于技术难度大，需要大量的实验积累。

因此，针对现有技术的不足，亟需研究一种成本低廉、稳定高效、捕集率高的CO₂捕集浓缩方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于传质-反应调控的分区多级循环CO₂捕集浓缩方法；在发挥其高碳捕集效率优点的同时，分区分级调控各段循环CO₂吸收过程，同时吸收过程和解吸过程分段调节，大幅度降低捕集能耗，工艺流程便捷易操作。