CN115212698B - 一种超声波促进再沸的超重力再生系统 - Google Patents

一种超声波促进再沸的超重力再生系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声波促进再沸的超重力再生系统，包括超重力吸收装置的气体入口通过管道连接第一轴流风机，液体入口通过管道连接贫富液换热器，液体出口通过管道依次连接富液罐和富液输送泵；再沸器的液体入口通过管道与贫富液换热器连接，气体出口通过管道与超重力再生装置的气体入口连接，液体出口通过管道与超重力再生装置的的液体入口连接，再沸器内部设有蒸汽管线与超声装置；超重力再生装置的液体出口通过管道与贫液罐连接，气体出口通过管道依次连接第二轴流风机和冷凝器，冷凝器通过管道与贫液罐连接，贫液罐通过管道连接贫液输送泵，贫液输送泵通过管道连接贫富液换热器。利用超声波空化和成核效应促进蒸汽形成，降低再沸器负荷和能耗。

Description

一种超声波促进再沸的超重力再生系统
技术领域
本发明涉及超重力再生技术领域，具体为一种超声波促进再沸的超重力再生系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
对于需要对相间传递过程进行强化的多相过程，和需要相内或拟均相内微观混合强化的混合与反应过程在现有技术中，可以利用超重力设备产生的超重力实现，即利用离心力将物料高速甩出旋转床，此过程中，巨大的剪切应力克服了液体表面张力，液体被填料分散、破碎形成极大的且不断更新的表面积，从而在转子内部形成了极好的传质与反应条件。
目前，利用超重力设备进行溶剂再生的过程中，需要利用蒸汽预热富溶剂，即富溶剂在进入超重力装置之前被预热到接近沸点的温度，使其具有足够的能量能够用于显热和解吸热，然后在超重力设备中提供具有适当流量的汽提蒸汽，以确保传质的足够驱动力。
此类传统的装置为煮沸器+超重力反应器模式，由于超重力装置为快速反应装置，这就要求富液在进入煮沸器后迅速升温至沸点并能够产生足量蒸汽，此时煮沸器的功率就需要很大以满足加热需要，这对系统的安全性和能源供应能力要求较高，实际应用中煮沸器需要较多的安全冗余设计，并且消耗较多的能源。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种超声波促进再沸的超重力再生系统，将超声反应器用于超重力再生设备之前，在直接蒸汽汽提工艺的基础上，将超声反应器与再沸器结合，利用超声反应器超声波的空化和成核效应促进蒸汽的形成，从而降低再沸器负荷、降低系统能耗，并且增强解吸效果、减慢胺液变质的速率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种超声波促进再沸的超重力再生系统，包括：
超重力吸收装置，气体入口通过管道连接第一轴流风机，液体入口通过管道连接贫富液换热器，液体出口通过管道依次连接富液罐和富液输送泵；
再沸器，液体入口通过管道与贫富液换热器连接，气体出口通过管道与超重力再生装置的气体入口连接，液体出口通过管道与超重力再生装置的的液体入口连接，再沸器内部设有蒸汽管线与超声装置；
超重力再生装置，液体出口通过管道与贫液罐连接，气体出口通过管道依次连接第二轴流风机和冷凝器，冷凝器通过管道与贫液罐连接，贫液罐通过管道连接贫液输送泵，贫液输送泵通过管道连接贫富液换热器。
超重力吸收装置的气体入口通过管道连接第一轴流风机的出口，气体出口接入大气环境；液体入口通过管道依次连接冰机和贫富液换热器的贫液出口；富液输送泵的出口连接贫富液换热器的富液入口；富液输送泵的出口通过管道连接富液调节阀后与超重力吸收装置的液体入口连接。
再沸器的液体入口通过管道与贫富液换热器的富液出口连接。
冷凝器的冷却液体出口通过管道与贫液罐连接，冷凝器的冷却气体出口通过管道连接回收装置；贫液输送泵的出口通过管道连接贫富液换热器的贫液入口；贫液输送泵的出口通过管道连接贫液调节阀后与超重力再生装置的液体入口连接。
超声装置的超声波频率范围为20-60kHz。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、再沸器中内置了超声反应器与蒸汽管线，利用超声反应器超声波的空化和成核效应促进蒸汽的形成，从而降低再沸器负荷和系统能耗。
2、利用超声波空化和成核效应产生的空化气泡，增加气体和液体之间的界面面积，使气泡更容易形成，表面扩散的活化能降低，从而强化了液相中游离气体分子向气相的转化，使气体更容易以气泡的形式逸出，从而产生足量的蒸汽并增强解吸效果。
3、与仅加热相比，超声的空化和成核效应导致形成气泡的能耗更低，超声波可以增强贫液中的气体分子的剥离，并获得比通常更贫的溶液，从而增加吸收剂的循环容量。可以通过较低的循环率实现相同的气体捕获率，蒸汽消耗、泵能耗和换热器面积都有所减少，从而降低能耗。
4、在保证蒸汽量的情况下，加热功率的减少进一步降低了胺液热变质的速率，胺液循环率的降低则减少了热变质与氧化变质的速率。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的超声波促进再沸的超重力再生系统结构示意图；
图中：1-第一轴流风机、2-超重力吸收装置、3-富液罐、4-富液输送泵、5-贫富液换热器、6-再沸器、7-超声装置、8-蒸汽管线、9-超重力再生装置、10-第二轴流风机、11-冷凝器、12-贫液罐、13-贫液输送泵、14-冰机、15-富胺液调节阀、16-贫胺液调节阀。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的，传统的超重力再生装置为煮沸器+超重力反应器模式，由于超重力装置为快速反应装置，这就要求富液在进入煮沸器后迅速升温至沸点并能够产生足量蒸汽，此时煮沸器的功率就需要很大以满足加热需要，这对系统的安全性和能源供应能力要求较高，实际应用中煮沸器需要较多的安全冗余设计，并且消耗较多的能源。
在声化学中，频率为20至100kHz的超声波用于通过空化增加反应性。空化效应作为典型的超声应用对化学反应和相变过程起着重要的作用。低频率的超声照射下产生的空化效应有利于解吸过程。出于脱气目的，超声波频率通常相对较低(例如20-60kHz)。
因此，以下实施例给出了一种超声波促进再沸的超重力再生系统，将超声反应器用于超重力再生设备之前，在直接蒸汽汽提工艺的基础上，将超声反应器与再沸器结合，利用超声反应器超声波的空化和成核效应促进蒸汽的形成，从而降低再沸器负荷、降低系统能耗，并且增强解吸效果、减慢胺液变质的速率。
实施例一：
如图1所示，一种超声波促进再沸的超重力再生系统，包括：
超重力吸收装置2的气体入口通过管道连接第一轴流风机1，气体出口接入大气环境，液体入口通过管道依次连接冰机14和贫富液换热器5的贫液出口，液体出口通过管道依次连接富液罐3和富液输送泵4，富液输送泵4的出口连接贫富液换热器5的富液入口，富液输送泵4的出口通过管道连接富液调节阀(富胺液调节阀15)后与超重力吸收装置2的液体入口连接。
再沸器6的液体入口通过管道与贫富液换热器5的富液出口连接，再沸器6的气体出口通过管道与超重力再生装置9的气体入口连接，再沸器6的液体出口通过管道与超重力再生装置9的的液体入口连接，再沸器6内部设有蒸汽管线8与超声装置7。
超重力再生装置9的液体出口通过管道与贫液罐12连接，超重力再生装置9的气体出口通过管道依次连接第二轴流风机10和冷凝器11，冷凝器11的冷却液体出口通过管道与贫液罐12连接，冷凝器11的冷却气体出口通过管道连接回收装置，贫液罐12出口通过管道连接贫液输送泵13，贫液输送泵13的出口通过管道连接贫富液换热器5的贫液入口，贫液输送泵13的出口通过管道连接贫液调节阀(贫胺液调节阀16)后与超重力再生装置9的液体入口连接。
低频率的超声照射下产生的空化效应有利于解吸过程。本实施例中，出于脱气目的，超声波频率可以为20-60kHz。
由于压力对节能效果有显著的负影响，压力的升高不利于蒸汽的生成，本实施例中，将再沸器内绝对压力设置为1～2atm范围内。
由于过高的温度会加快胺液的热变质，所以本实施例将蒸汽管线内蒸汽温度设置为120～140度范围内。
超声暴露时间大于50％时，大部分游离气体分子在早期被超声波剥离，而溶液中可用于后期剥离的游离气体分子很少。所以采用了间歇超声操作，在超声波关闭时间内，使游离气体分子积聚。本实施例中，将超声暴露时间设置为30％～40％范围内(如toff设置为2秒，ton设置为1秒)。
采用乙醇胺(MEA)溶液进行烟气脱碳并进行胺液再生循环为例说明本系统，胺液的浓度控制在15wt％～30wt％左右，超声波频率控制在20-30kHz。将再沸器内绝对压力设置为1～2atm范围内。将蒸汽管线内蒸汽温度设置为120～140度范围内。采用了间歇超声操作，将超声暴露时间设置为toff为2秒，ton为1秒。
如图1所示，总的流程为轴流风机(1)将烟气输送到超重力吸收装置(2)气体入口，烟气与贫胺液在超重力装置中接触并发生传质，产生的富液由超重力机液体出口排出并流入富液罐(3)，净化后的烟气由气体出口排出。富液输送泵(4)将富液输送至贫富液换热器(5)第一次加热后再输送至再沸器(6)由蒸汽管线(8)中的高温蒸汽加热至沸点，并由超声装置(7)促进解析更多CO2且产生足够的蒸汽。蒸汽通过管线导入超重力再生装置(9)气体进口，通过再沸器溢流板的液体由管线导入再生装置液体进口，蒸汽在超重力装置(9)中进一步汽提出液体中的CO2后由轴流风机(10)输送到冷凝器(11)中。CO2气体送去回收，冷凝胺液与再生装置液体出口贫胺液一起流入贫液罐(12)，贫胺液通过贫液输送泵(13)输送至贫富液换热器(5)换热降温，贫液再由冰机(14)进一步冷却至40～50度后进入吸收装置液体入口循环利用。
其中，通过调节富胺液调节阀(15)可将富胺液导入吸收装置液体入口进一步吸收CO2以提升富胺液CO2负载。通过调节贫胺液调节阀(16)可将贫胺液导入超重力再生装置液体入口进一步由蒸汽汽提CO2以减少贫胺液CO2负载。富胺液负载越高，贫胺液负载越低，又可以降低胺液循环率，减慢胺液热变质与氧化变质的速率。富胺液调节阀与贫胺液调节阀的增加也有利于增加系统各部分流量调节的灵活性。
利用超声波空化和成核效应产生的数百万空化气泡。增加气体和液体之间的界面面积。气泡更容易形成，表面扩散的活化能降低。超声波的应用强化了液相中游离气体分子向气相的转化。空化气泡在开始时处于真空状态。气泡一旦形成，气泡就会相对容易增长，因为更多的气体会扩散到气泡中，成为气泡的一部分。这样，超声波照射使气体很容易以气泡的形式逸出。从而产生足量蒸汽并增强解吸效果。
与仅加热相比，超声的空化和成核效应导致形成气泡的能耗更低，超声波可以增强贫液中的气体分子的剥离，并获得比通常更贫的溶液。这将增加吸收剂的循环容量。因此，可以通过较低的循环率实现相同的气体捕获率，蒸汽消耗、泵能耗和换热器面积都有所减少，从而降低能耗。
在保证蒸汽量的情况下，加热功率的减少进一步降低了胺液热变质的速率，胺液循环率的降低则减少了热变质与氧化变质的速率。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：包括：
超重力吸收装置，气体入口通过管道连接第一轴流风机，液体入口通过管道连接贫富液换热器，液体出口通过管道依次连接富液罐和富液输送泵；
再沸器，液体入口通过管道与贫富液换热器连接，气体出口通过管道与超重力再生装置的气体入口连接，液体出口通过管道与超重力再生装置的的液体入口连接，再沸器内部设有蒸汽管线与超声装置；
再沸器内绝对压力设置为1～2atm；蒸汽管线内蒸汽温度设置为120～140度；
所述超声装置的超声波频率范围为20-60kHz；超声暴露时间设置为30％～40％范围内；
超重力再生装置，液体出口通过管道与贫液罐连接，气体出口通过管道依次连接第二轴流风机和冷凝器，冷凝器通过管道与贫液罐连接，贫液罐通过管道连接贫液输送泵，贫液输送泵通过管道连接贫富液换热器；
所述富液输送泵的出口通过管道连接富液调节阀后与超重力吸收装置的液体入口连接；
所述贫液输送泵的出口通过管道连接贫液调节阀后与超重力再生装置的液体入口连接。
2.如权利要求1所述的一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：所述超重力吸收装置的气体入口通过管道连接第一轴流风机的出口，气体出口接入大气环境。
3.如权利要求2所述的一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：所述超重力吸收装置的液体入口通过管道依次连接冰机和贫富液换热器的贫液出口。
4.如权利要求1所述的一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：所述富液输送泵的出口连接贫富液换热器的富液入口。
5.如权利要求1所述的一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：所述再沸器的液体入口通过管道与贫富液换热器的富液出口连接。
6.如权利要求1所述的一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：所述冷凝器的冷却液体出口通过管道与贫液罐连接，冷凝器的冷却气体出口通过管道连接回收装置。
7.如权利要求1所述的一种超声波促进再沸的超重力再生系统，其特征在于：所述贫液输送泵的出口通过管道连接贫富液换热器的贫液入口。
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