CN110420543B - 一种用于反应相变捕集co2的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于反应相变捕集CO2的装置，包括：混合式搅拌组件，所述混合式搅拌组件包括罐体、悬浮液出管、阀门、固态吸收剂进管、吸收剂富液进管、电机、转轴、搅拌叶、连杆和刮板，所述罐体的一侧与所述吸收剂富液进管的一端连通，所述吸收剂富液进管与所述第二水泵的出水端连通；本发明针对反应相变型吸收剂在吸收CO2过程中的固‑液相变特征，提出的装置比传统工艺多了一个搅拌式混合罐，制得的悬浮液，既保留了反应相变型吸收剂在吸收前的固态特征，又显著提高其捕获CO2速率。该装置利用反应相变型吸收剂在再生过程中的相变潜热，可为解析塔提供部分热量，从而有效降低CO2捕获过程中的再生能耗。

Description

一种用于反应相变捕集CO2的装置
技术领域
本发明属于燃烧后CO2捕获技术领域，具体涉及.一种用于反应相变捕集CO2的装置。
背景技术
为应对当前极为严峻的CO2减排形势，CCS技术(CO2捕集与封存)被认为是减少温室气体排放的最有潜力的途径之一。目前国际上对于CO2捕集的技术思路有三种：燃烧前处理技术，燃烧后处理技术，富氧燃烧技术。其中，燃烧后捕集CO2的主要方法可以分为物理吸附法、化学吸收法、膜分离法、低温冷冻法等。一般认为，化学吸收法是控制气体排放的有效方法之一。近年来，以MEA，MDEA等为吸收剂的有机胺溶液化学吸收一再生工艺已经开始了工业示范应用。研究表明碳捕获工艺需要消耗电厂将近30％的能量，导致电厂发电效率下降，其中，吸收剂富液的再生能耗约占整个碳捕获工艺能耗的75％。在商业化应用过程中发现要推动化学吸收法的应用，需首要解决吸收剂富液解析过程中的高能耗。
事实上，吸收剂富液再生过程中需要消耗的总能量包括显热Qsen，解析热Qr和热损失Qstrg。近年来有学者提出利用具有相变行为的新型吸收剂用于降低再生能耗，目前报道的用于吸收CO2的相变型吸收剂主要由两类。一类是相变分层吸收剂，可以利用混合胺复合吸收剂在CO2吸收过程中液液或液固分离的相变现象，再生过程中只需将CO2的富液相送入解析池从而减少解吸过程的处理量，达到降低再生能耗的目的。这是一种通过减少加热富液量从而降低显热的方法。中国公开授权发明公开号：CN102500195B针对此种两相吸收剂提供了一种两相CO2捕集装置，该装置比传统捕集装置多了一个分离器，用于分离吸收CO2后的两相分层溶液，分离后的上层液体直接循环利用，只需将下层液体送往解析塔再生。
另一类具有相变行为的新型吸收剂，即反应相变型吸收剂，是从降低解析热入手达到降低再生能耗的目的。具体表现为：在吸收过程中固态吸收剂与CO2反应逐渐生成液态产物，再生过程中提高温度使得吸收饱和的富液由液态恢复为固态。在捕集CO2过程中吸收剂熔化吸热，降低了冷却所需能耗；进一步的地，再生过程中固化释放的潜热可为再生过程提供热量，从而降低再生能耗。本发明对比已有的传统CO2吸收工艺，为此，我们提出一种用于反应相变捕集CO2的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于反应相变捕集CO2的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于反应相变捕集CO2的装置，包括：吸收塔组件，所述吸收塔组件包括吸收塔、烟气进管、烟气出管、吸收剂富液出管和三通管体；
换热组件，所述换热组件包括第一水泵、第二水泵、板式换热器和第三水泵，所述第一水泵的抽水端与所述三通管体的一端连通，所述第二水泵的抽水端与所述三通管体的一端连通，所述板式换热器的冷源出管与所述吸收塔的一侧连通；
解析塔组件，所述解析塔组件包括解析塔、固态吸收剂出管、蒸汽进管、冷凝液出管、热源进管、二氧化碳出管和传送带，所述解析塔的一侧与所述热源进管的一端连通，所述热源进管的一端与所述板式换热器的热源出管连通；
混合式搅拌组件，所述混合式搅拌组件包括罐体、悬浮液出管、阀门、固态吸收剂进管、吸收剂富液进管、电机、转轴、搅拌叶、连杆和刮板，所述罐体的一侧与所述吸收剂富液进管的一端连通，所述吸收剂富液进管与所述第二水泵的出水端连通，所述固态吸收剂进管的一端连通于所述罐体的上表面，所述固态吸收剂进管位于所述传送带下方，所述悬浮液出管连通于所述罐体的底部，所述悬浮液出管通过管体与所述第三水泵的抽水端连通，所述电机安装于所述罐体的上表面，所述电机的输出轴贯穿所述罐体，所述电机的输出轴与所述转轴的一端顶部固定连接，所述转轴的外侧壁与所述搅拌叶固定连接；
电源控制箱，所述电源控制箱安装于所述混合式搅拌组件的一侧。
本发明作为进一步优选的：所述烟气进管连通于所述吸收塔的一侧，所述烟气出管连通于所述吸收塔的上表面，所述吸收剂富液出管连通于所述吸收塔的底部，所述吸收剂富液出管与所述三通管体的一端连通。
本发明作为进一步优选的：所述第一水泵的出水端通过管体与所述板式换热器的冷源进端连通，所述第三水泵的出水端通过管体与所述板式换热器的热源进端连通。
本发明作为进一步优选的：所述二氧化碳出管连通于所述解析塔的上表面，所述蒸汽进管和所述冷凝液出管的一端均与所述解析塔连通，所述固态吸收剂出管的一端连通于所述解析塔的底部，所述传送带安装于所述固态吸收剂出管的下方。
本发明作为进一步优选的：所述阀门安装于所述悬浮液出管的一端。
本发明作为进一步优选的：所述连杆共设置两个，两个所述连杆对称固定连接于所述转轴的外侧壁，所述刮板共设置两个，两个所述刮板分别与两个所述连杆固定连接，所述刮板贴附所述罐体的内侧壁。
本发明作为进一步优选的：所述搅拌叶共设置多个，多个所述搅拌叶呈梯形排列。
本发明作为进一步优选的：所述第一水泵、所述第二水泵、所述第三水泵和所述电机的电性输出端均与所述电源控制箱的电性输入端电性连接。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种用于反应相变捕集CO2的装置，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明针对反应相变型吸收剂在吸收CO2过程中的固-液相变特征，提出的装置比传统工艺多了一个搅拌式混合罐，制得的悬浮液，既保留了反应相变型吸收剂在吸收前的固态特征，又显著提高其捕获CO2速率。该装置利用反应相变型吸收剂在再生过程中的相变潜热，可为解析塔提供部分热量，从而有效降低CO2捕获过程中的再生能耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中混合式搅拌组件的结构示意图。
图中：10、吸收塔组件；11、吸收塔；12、烟气进管；13、烟气出管；14、吸收剂富液出管；15、三通管体；20、换热组件；21、第一水泵；22、第二水泵；23、板式换热器；24、第三水泵；30、解析塔组件；31、解析塔；32、固态吸收剂出管；33、蒸汽进管；34、冷凝液出管；35、热源进管；36、二氧化碳出管；37、传送带；40、混合式搅拌组件；41、罐体；42、悬浮液出管；421、阀门；43、固态吸收剂进管；44、吸收剂富液进管；45、电机；46、转轴；47、搅拌叶；48、连杆；49、刮板；50、电源控制箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-2所示的一种用于反应相变捕集CO2的装置，包括：吸收塔组件 10，所述吸收塔组件10包括吸收塔11、烟气进管12、烟气出管13、吸收剂富液出管14 和三通管体15；
换热组件20，所述换热组件20包括第一水泵21、第二水泵22、板式换热器23和第三水泵24，所述第一水泵21的抽水端与所述三通管体15的一端连通，所述第二水泵22 的抽水端与所述三通管体15的一端连通，所述板式换热器23的冷源出管与所述吸收塔11 的一侧连通；
解析塔组件30，所述解析塔组件30包括解析塔31、固态吸收剂出管32、蒸汽进管33、冷凝液出管34、热源进管35、二氧化碳出管36和传送带37，所述解析塔31的一侧与所述热源进管35的一端连通，所述热源进管35的一端与所述板式换热器23的热源出管连通；
混合式搅拌组件40，所述混合式搅拌组件40包括罐体41、悬浮液出管42、阀门421、固态吸收剂进管43、吸收剂富液进管44、电机45、转轴46、搅拌叶47、连杆48和刮板49，所述罐体41的一侧与所述吸收剂富液进管44的一端连通，所述吸收剂富液进管 44与所述第二水泵22的出水端连通，所述固态吸收剂进管43的一端连通于所述罐体41 的上表面，所述固态吸收剂进管43位于所述传送带37下方，所述悬浮液出管42连通于所述罐体41的底部，所述悬浮液出管42通过管体与所述第三水泵24的抽水端连通，所述电机45安装于所述罐体41的上表面，所述电机45的输出轴贯穿所述罐体41，所述电机45的输出轴与所述转轴46的一端顶部固定连接，所述转轴46的外侧壁与所述搅拌叶 47固定连接；
电源控制箱50，所述电源控制箱50安装于所述混合式搅拌组件40的一侧。
本发明具体的：所述烟气进管12连通于所述吸收塔11的一侧，所述烟气出管13连通于所述吸收塔11的上表面，所述吸收剂富液出管14连通于所述吸收塔11的底部，所述吸收剂富液出管14与所述三通管体15的一端连通；通过以上设置，烟气可以通过烟气进管12进入吸收塔11内，经压缩、冷却和干燥之后，进入吸收塔11的底部，二氧化碳被一种由固态反应相变吸收剂制得的悬浮液吸收，净化烟气从塔顶的烟气出管13排出，吸收剂富液富集在吸收塔11底部，经吸收剂富液出管14进入三通管体15内。
本发明具体的：所述第一水泵21的出水端通过管体与所述板式换热器23的冷源进端连通，所述第三水泵24的出水端通过管体与所述板式换热器23的热源进端连通；通过以上设置，进入三通管体15内吸收剂富液一部分可以被第一水泵21抽水端吸取，再通过第一水泵21的出水端进入板式换热器23内进行换热，第三水泵24的抽水端从罐体41内抽取的悬浮液，可以通过第三水泵24的出水端进入板式换热器23内，进行换热工作，然后通过板式换热器23的冷源出端进入吸收塔11塔顶进行再次吸收。
本发明具体的：所述二氧化碳出管36连通于所述解析塔31的上表面，所述蒸汽进管 33和所述冷凝液出管34的一端均与所述解析塔31连通，所述固态吸收剂出管32的一端连通于所述解析塔31的底部，所述传送带37安装于所述固态吸收剂出管32的下方；通过以上设置，第一水泵21抽取的吸收剂富液在经过板式换热器23换热后，通过板式换热器23的热源出端和热源进管35进入解析塔31内，进入解析塔31内的吸收剂在解析塔31 中吸热发生相变，由液态变为固态，二氧化碳通过二氧化碳出管36离开解析塔31，蒸汽进管33可以向罐体41内输送蒸汽，蒸汽冷凝后通过冷凝液出管34离开解析塔31，变为固态的吸收剂通过固态吸收剂出管32离开解析塔31，落在传送带37上。
本发明具体的：所述阀门421安装于所述悬浮液出管42的一端；通过以上设置，阀门421可以控制悬浮液出管42是否流通。
本发明具体的：所述连杆48共设置两个，两个所述连杆48对称固定连接于所述转轴 46的外侧壁，所述刮板49共设置两个，两个所述刮板49分别与两个所述连杆48固定连接，所述刮板49贴附所述罐体41的内侧壁；通过以上设置，转轴46可以带动两个连杆 48转动，通过两个连杆48带动刮板49对罐体41内粘附的悬浮液进行刮取。
本发明具体的：所述搅拌叶47共设置多个，多个所述搅拌叶47呈梯形排列；通过以上设置，可以使得搅拌叶47贴近罐体41的内侧壁，提高搅拌混合效率。
本发明具体的：所述第一水泵21、所述第二水泵22、所述第三水泵24和所述电机45的电性输出端均与所述电源控制箱50的电性输入端电性连接；通过以上设置，电源控制箱50可以控制第一水泵21、第二水泵22、第三水泵24和电机45的启动与关闭。
本实施例中：第一水泵21、第二水泵22和第三水泵24的型号均为ZB-400A。
本实施例中：电机45的型号为QPG42。
工作原理：捕集二氧化碳时，烟气通过烟气进管12进入吸收塔11内，经压缩、冷却和干燥之后，进入吸收塔11的底部，二氧化碳被一种由固态反应相变吸收剂制得的悬浮液吸收，净化烟气从塔顶的烟气出管13排出，吸收剂富液富集在吸收塔11底部，经吸收剂富液出管14进入三通管体15内，进入三通管体15内的吸收剂富液一部分可以被第一水泵21抽水端吸取，再通过第一水泵21的出水端进入板式换热器23内进行换热，然后通过板式换热器23的热源出端和热源进管35进入解析塔31内，进入解析塔31内的吸收剂在解析塔31中吸热发生相变，由液态变为固态，二氧化碳通过二氧化碳出管36离开解析塔31，蒸汽进管33可以向罐体41内输送蒸汽，蒸汽冷凝后通过冷凝液出管34离开解析塔31，变为固态的吸收剂通过固态吸收剂出管32离开解析塔31，落在传送带37上，进入三通管体15内的吸收剂富液另一部分不经处理由第二水泵22直接输送至罐体41 内，启动电机45，电机45的输出轴带动转轴46转动，转轴46带动搅拌叶47转动，对吸收剂富液和固态的吸收剂进行搅拌混合，制得流动性较好的悬浮液，该悬浮液通过第三水泵24进入板式换热器23内换热，然后通过板式换热器23的冷源出端进入吸收塔11塔顶进行再次吸收，该悬浮液用于改善吸收剂在返回吸收塔11管路中的流动性以及提高在吸收塔11中的气液接触，利用反应相变型吸收剂在再生过程中的相变潜热，可为解析塔31 提供部分热量，从而有效降低二氧化碳捕获过程中的再生能耗。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于，包括：吸收塔组件(10)，所述吸收塔组件(10)包括吸收塔(11)、烟气进管(12)、烟气出管(13)、吸收剂富液出管(14)和三通管体(15)；
换热组件(20)，所述换热组件(20)包括第一水泵(21)、第二水泵(22)、板式换热器(23)和第三水泵(24)，所述第一水泵(21)的抽水端与所述三通管体(15)的一端连通，所述第二水泵(22)的抽水端与所述三通管体(15)的一端连通，所述板式换热器(23)的冷源出管与所述吸收塔(11)的一侧连通；
解析塔组件(30)，所述解析塔组件(30)包括解析塔(31)、固态吸收剂出管(32)、蒸汽进管(33)、冷凝液出管(34)、热源进管(35)、二氧化碳出管(36)和传送带(37)，所述解析塔(31)的一侧与所述热源进管(35)的一端连通，所述热源进管(35)的一端与所述板式换热器(23)的热源出管连通；
混合式搅拌组件(40)，所述混合式搅拌组件(40)包括罐体(41)、悬浮液出管(42)、阀门(421)、固态吸收剂进管(43)、吸收剂富液进管(44)、电机(45)、转轴(46)、搅拌叶(47)、连杆(48)和刮板(49)，所述罐体(41)的一侧与所述吸收剂富液进管(44)的一端连通，所述吸收剂富液进管(44)与所述第二水泵(22)的出水端连通，所述固态吸收剂进管(43)的一端连通于所述罐体(41)的上表面，所述固态吸收剂进管(43)位于所述传送带(37)下方，所述悬浮液出管(42)连通于所述罐体(41)的底部，所述悬浮液出管(42)通过管体与所述第三水泵(24)的抽水端连通，所述电机(45)安装于所述罐体(41)的上表面，所述电机(45)的输出轴贯穿所述罐体(41)，所述电机(45)的输出轴与所述转轴(46)的一端顶部固定连接，所述转轴(46)的外侧壁与所述搅拌叶(47)固定连接；
电源控制箱(50)，所述电源控制箱(50)安装于所述混合式搅拌组件(40)的一侧；
所述烟气进管(12)连通于所述吸收塔(11)的一侧，所述烟气出管(13)连通于所述吸收塔(11)的上表面，所述吸收剂富液出管(14)连通于所述吸收塔(11)的底部，所述吸收剂富液出管(14)与所述三通管体(15)的一端连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于：所述第一水泵(21)的出水端通过管体与所述板式换热器(23)的冷源进端连通，所述第三水泵(24)的出水端通过管体与所述板式换热器(23)的热源进端连通。
3.根据权利要求1所述的一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于：所述二氧化碳出管(36)连通于所述解析塔(31)的上表面，所述蒸汽进管(33)和所述冷凝液出管(34)的一端均与所述解析塔(31)连通，所述固态吸收剂出管(32)的一端连通于所述解析塔(31)的底部，所述传送带(37)安装于所述固态吸收剂出管(32)的下方。
4.根据权利要求1所述的一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于：所述阀门(421)安装于所述悬浮液出管(42)的一端。
5.根据权利要求1所述的一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于：所述连杆(48)共设置两个，两个所述连杆(48)对称固定连接于所述转轴(46)的外侧壁，所述刮板(49)共设置两个，两个所述刮板(49)分别与两个所述连杆(48)固定连接，所述刮板(49)贴附所述罐体(41)的内侧壁。
6.根据权利要求1所述的一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于：所述搅拌叶(47)共设置多个，多个所述搅拌叶(47)呈梯形排列。
7.根据权利要求6所述的一种用于反应相变捕集CO2的装置，其特征在于：所述第一水泵(21)、所述第二水泵(22)、所述第三水泵(24)和所述电机(45)的电性输出端均与所述电源控制箱(50)的电性输入端电性连接。
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