CN111167296A - 一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台 - Google Patents

一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，设计用于实现化工实验中二氧化碳连续的长时间内吸收塔和汽提塔之间溶剂的动态循环，同时控制溶剂的快速加热和冷却，反应塔设计为半间歇垂直鼓泡塔（玻璃圆筒），兼作吸收塔和汽提塔，气体由反应塔底部的多孔喷雾器喷射，根据吸收和汽提阶段，反应室中的温度可以由管式换热器控制调节，压力可以通过注入气体分配调节，同时该发明结构简单建模方便数据可控可观，同时维护方便，适用于小型化工生产与实验。

Description

一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台
技术领域
本发明本发明涉及一种二氧化碳捕集技术领域，特别涉及一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台。
背景技术
二氧化碳是最重要的温室气体之一，随着人类对能源需求的不断加大，大量二氧化碳被排放到大气中，导致地球气候和生态系统平衡严重破坏。因此，二氧化碳减排已引起普遍关注。二氧化碳捕集是减少二氧化碳排放的重要途径，也是二氧化碳资源化利用的首要步骤。开发先进的二氧化碳捕集技术，已成为减排的研究热点。
从目前的技术来看，化学吸收法是燃煤烟气中二氧化碳捕集相对成熟的方法，其中基于MEA的化学吸收法被认为是最适合处理化工烟气的吸收法，该方法只适用于气体分压低于20％的情况。化工烟气分压低，能够很好的满足这个要求。
然而，上述方法均需对电厂或者化工厂进行改造，因而对于不同的用户需对应的分别进行改造以测试数据，成本较高。
综上所述，如何有效地解决二氧化碳捕集不便、数据难以收集、成本高等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
基于以上原因，本发明目的有鉴于此，本发明的目的在于提供一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，该二氧化碳捕集反应平台的结构设计可以有效解决二氧化碳捕集不便、数据难以收集、成本高等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：包括为形状为半间歇垂直鼓泡（玻璃圆筒）状反应塔，所述反应塔兼作吸收塔和汽提塔，该反应塔由上至下分别包括冷凝水仓、反应室以及多孔喷雾器，所述反应室中存在液位传感器温度传感器，所述冷凝水仓内部装有压力检测传感器持续检测压力，设备运行时气体首先输送入流量检测中，并由流量检测器通过管道输送到加湿器中，气体在进入反应塔前通过加湿器用蒸馏水在规定温度下饱和，以尽量减少蒸发损失，保持反应室内的水平衡，且所述加湿器中存在温度传感器，当定量的气体进入时阀门打开，气体由反应塔底部的多孔喷雾器喷射进入反应室中，同时循环泵运作，所述循环泵在反应室中溶剂的气体接触后抽调溶剂，使溶剂在管式换热器中循环，然后在反应室顶部再循环，剩余气体以及蒸汽通过气体管道进入冷凝器，冷凝器冷凝析出的液体通过溶剂管道逆流回反应塔，当气体温度达到设定时阀门打开，气体通过管道进入分析仪，在经与所述分析仪相连的除雾器从产品蒸汽中回收液滴，最后气体通过排气口排出。
作为优选，所使用的二氧化碳捕集溶剂为含烷基醇胺的溶剂，包括含烷基醇胺的水溶液、非水溶液、相变吸收液；所述烷基醇胺包括一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二异丙醇胺（DIPA）、N-甲基一乙醇胺（MDEA）、空间位阻胺及其混合胺的一种或几种。
作为优选，吸收和汽提阶段，反应室中的温度可以由管式换热器控制（范围40到125°C，最大偏差约为0.9°C），压力可以通过多孔喷雾器向反应室中注入氮气施加压力分配。
作为优选，在反应塔出口处，气体在冷凝器中冷却至5°C，以便清洗和再循环冷凝液。
作为优选，管式换热器中配有矿物油，以便快速加热或冷却溶剂。
作为优选，所述分析仪为气体分析仪（Environment MIR 9000，精度为±2%；Horiba PG-250，精度为±0.2%），以连续监测（即每10 s） 二氧化碳和氧气体积分数。
作为优选，所述管道、气体管道以及溶剂管道材质均为哈斯特洛伊，以消除氧化和腐蚀现象。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：可用于在连续的长时间内实现吸收塔和汽提塔之间溶剂的动态循环，建模简单，同时控制溶剂的快速加热和冷却。该平台的结构设计可以有效解决二氧化碳捕集不便、维护成本高的问题。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-反应塔；2-冷凝水仓；3-反应室；4-多孔喷雾器；5-液位传感器；6-温度传感器；7-压力检测传感器；8-流量检测器；9-管道；10-加湿器；11-温度传感器；12-阀门；13-循环泵；14-管式换热器；15-气体管道；16-冷凝器；17-溶剂管道；18-阀门；19-分析仪；20-除雾器；21-排气口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
参照图1所示实施例，本实施例的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：包括反应塔1，所述反应塔兼作吸收塔和汽提塔，该反应塔1由上至下分别包括冷凝水仓2、反应室3以及多孔喷雾器4，所述反应塔1中的液体处于流体力学中的非均匀流动状态（表观气速低于0.2 m s-1）。该反应塔1具有高液相体积传质系数（空气-水系统中约为0.02S-1）在实验室规模下非常高效的可操作性（结构简单，维护少）。在气体注入反应塔1之前，合成的气混合物（由液化空气、二氧化碳和氮气）的流量和成分（氮气的精度为±0.6 Lmin-1，二氧化碳和空气的精度为±0.12 L min-1）受到流量检测器8的控制检测，之后气体通过管道9进入加湿器10用蒸馏水在规定温度下饱和，以尽量减少蒸发损失，保持反应室3内的水平衡，所述加湿器10中存在温度传感器11实现温度控制。该平台中管道9、气体管道15以及溶剂管道17材质用哈斯特洛伊来消除氧化和腐蚀现象。气体管道15以及溶剂管道17中溶剂流与气体流逆流，气体由反应塔1底部的多孔喷雾器4喷射。在过渡阶段，反应室3中液位传感器5测量反应室3中液相的液位。在气体与反应室3中的气体接触后，溶剂通过循环泵13作用下在管式换热器14中循环，然后在反应室3顶部再循环（流速：5 L min-1）。根据吸收和汽提阶段，反应室3中的温度可以由管式换热器14由温度40到125°C之间控制（最大偏差约为0.9°C），压力可以分配在1和4巴之间（精度±0.05巴）。在吸收阶段，管式换热器14保持温度恒定（约40°C），压力约为1巴。反应室3中的二氧化碳捕集率在开始时从最大值（贫二氧化碳溶剂）连续变化到吸收结束时的最小值（富二氧化碳溶剂）。在汽提阶段，通过多孔喷雾器4在反应室3中注入氮气施加压力（相间过渡时间：约1分钟）。然后，溶剂被管式换热器14线性加热至约120°C。温度在约6s内保持在该水平，然后再次线性下降至40°C。溶剂加热和冷却速率（约5°C min−1）以及吸收时间（35至60 min）根据溶剂组成进行调整，所述管式换热器14配有矿物油，以便快速加热或冷却溶剂。同时在反应室3中通过温度传感器6连续测量液相内的温度，在冷凝器16下方的冷凝水箱2中存在压力传感器7实现压力连续测量。为了检查液体混合在环境流动条件下的效率，可通过在水相中通过在系统中用示踪剂脉冲（即在反应室中的液面水平上注入的1.5毫升NaCl饱和溶液）进行研究。同时，平台采用液相循环操作，并可以在反应塔1出口处测量示踪剂浓度作为时间的函数。在反应塔1出口处，气体在冷凝器中冷却至5°C，以便清洗和再循环冷凝液（水-溶剂混合物），从而最大限度地减少因机械夹带和蒸发而对大气造成的损失。温度到达设定值后阀门18打开，气体经由分析仪19（Environment MIR 9000，精度为±2%；Horiba PG-250，精度为±0.2%）分析一部分气体，以连续监测（每10s）二氧化碳和氧气体积分数。从反应塔1到分析仪19气体停留时间仅为数秒，最后气体通过除雾器20从产品蒸汽中回收液滴，最后废气由喷头21喷出被带走。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：包括为形状为半间歇垂直鼓泡（玻璃圆筒）状反应塔1，所述反应塔1兼作吸收塔和汽提塔，该反应塔1由上至下分别包括冷凝水仓2、反应室3以及多孔喷雾器4，所述反应室3中存在液位传感器5温度传感器6，所述冷凝水仓2内部装有压力检测传感器7持续检测压力，设备运行时气体首先输送入流量检测8中，并由流量检测器8通过管道9输送到加湿器10中，气体在进入反应塔前通过加湿器10用蒸馏水在规定温度下饱和，以尽量减少蒸发损失，保持反应室3内的水平衡，且所述加湿器10中存在温度传感器11，当定量的气体进入时阀门12打开，气体由反应塔1底部的多孔喷雾器4喷射进入反应室3中，同时循环泵13运作，所述循环泵13在反应室3中溶剂的气体接触后抽调溶剂，使溶剂在管式换热器14中循环，然后在反应室3顶部再循环，剩余气体以及蒸汽通过气体管道15进入冷凝器16，冷凝器16冷凝析出的液体通过溶剂管道17逆流回反应塔1，当气体温度达到设定时阀门18打开，气体通过管道9进入分析仪19，在经与所述分析仪相连的除雾器20从产品蒸汽中回收液滴，最后气体通过排气口21排出。
2.根据权利要求1所述的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，所使用的二氧化碳捕集溶剂为含烷基醇胺的溶剂，包括含烷基醇胺的水溶液、非水溶液、相变吸收液；所述烷基醇胺包括一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二异丙醇胺（DIPA）、N-甲基一乙醇胺（MDEA）、空间位阻胺及其混合胺的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：吸收和汽提阶段，反应室3中的温度可以由管式换热器14控制（范围40到125°C，最大偏差约为0.9°C），压力可通过多孔喷雾器4向反应室3中注入氮气分配。
4.根据权利要求1所述的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：在反应塔1出口处，气体在冷凝器16中冷却至5°C，以便清洗和再循环冷凝液。
5.根据权利要求1所述的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：管式换热器14中配有矿物油，以便快速加热或冷却溶剂。
6.根据权利要求1所述的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集实验平台，其特征在于：所述分析仪为气体分析仪（Environment MIR 9000，精度为±2%；Horiba PG-250，精度为±0.2%），以连续监测（即每10 s）二氧化碳和氧气体积分数。
7.根据权利要求1所述的一种吸收汽提一体化二氧化碳捕集平台，其特征在于：所述管道9、气体管道15以及溶剂管道17材质均为哈斯特洛伊，以消除氧化和腐蚀现象。
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