CN116850755A - 一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳吸收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳吸收方法，属于二氧化碳吸收捕集技术领域，为了提高二氧化碳的吸收效率，所述二氧化碳吸收塔包括塔体(12)，塔体(12)的下部设置有液体出口(1)和气体入口(2)，塔体(12)的上部设置有液体入口(10)和气体出口(13)，塔体(12)的中部内设置有第一填料层(501)，塔体(12)的中部设置有第一声波发生装置(801)，第一声波发生装置(801)能够使第一填料层(501)产生共振。所述二氧化碳吸收塔和二氧化碳吸收方法利用共振原理，增大了液体吸收剂与二氧化碳气体的接触面积，不但可以减少液体吸收剂的消耗量，还可以提高二氧化碳的吸收效率。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳吸收捕集技术领域，具体的是一种二氧化碳吸收塔，还是一种二氧化碳吸收方法。
背景技术
目前对于二氧化碳的捕集技术主要分为化学溶剂法、膜分离法、物理吸收法、物理吸附法、生物固碳法以及化学吸收法，其中化学吸收法相较于其他技术更为成熟，其可以稳定的捕集低浓度二氧化碳气体，是目前使用最为广泛的碳捕集技术。
化学吸收法脱除二氧化碳主要使用吸收塔作为反应器，吸收塔内部装有填料、液体均布器以及支撑等。气体从吸收塔的底部进入，液体吸收剂从吸收塔顶部进入，经过液体分布器进入填料层，液体吸收剂在填料上形成液膜并在重力作用下向下流动，流动过程中与向上的气体相互接触，两者发生化学反应，完成二氧化碳脱除过程，最终脱除二氧化碳的气体经塔顶排除，富含二氧化碳的液体从塔底排除。
吸收塔内气液两相相互接触，连续发生反应，反应效率主要受到温度、液体吸收剂、接触时间、接触面积因素的影响，其中接触面积是影响反应效率的最关键因素之一，接触面积受填料结构的影响，通常会通过改变填料的结构来增大气液接触面，但同时会增大吸收塔的阻力，而这些都会影响到吸收塔的直径、高度以及整体的投资。
发明内容
为了提高二氧化碳的吸收效率，本发明提供了一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳吸收方法，所述二氧化碳吸收塔和二氧化碳吸收方法利用共振原理，增大了液体吸收剂与二氧化碳气体的接触面积，不但可以减少液体吸收剂的消耗量，还可以提高二氧化碳的吸收效率，更可以缩小吸收塔的尺寸、减少投资成本和运行成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种二氧化碳吸收塔，包括塔体，塔体的下部设置有液体出口和气体入口，塔体的上部设置有液体入口和气体出口，塔体的中部内设置有第一填料层，塔体的中部设置有第一声波发生装置，第一声波发生装置能够使第一填料层产生共振。
一种二氧化碳吸收方法，所述二氧化碳吸收方法采用了上述的二氧化碳吸收塔，所述二氧化碳吸收方法包括以下步骤：
液体吸收剂从液体入口进入塔体，所述液体吸收剂向下流动，所述液体吸收剂在第一填料层的填料表面形成均匀液膜，第一声波发生装置使第一填料层产生共振，所述均匀液膜变为不均匀液膜，含有二氧化碳的气体从气体入口进入塔体，所述含有二氧化碳的气体向上流动，二氧化碳与不均匀液膜接触并被吸收。
本发明的有益效果是：通过声波发生装置产生与吸收塔内填料结构固有频率接近或相同的外界激励频率，引起填料材料的共振，此时附在填料上的液膜将会在振动的作用下形成小幅度不规则水纹液膜，该水纹液膜相较于原液膜具有与气体更大的接触面积，进而与气体的接触更为充分，同时振动会引起微湍流，进一步增强气液传质，故具有更高的反应效率，有利于更加充分、快速的将烟气中的二氧化碳气体脱离出来，可减小吸收塔的尺寸、填料材料的用量、吸收液的耗量、降低整个系统的投资并减少运行费用。
附图说明
构成本申请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是本发明所述二氧化碳吸收塔的示意图。
图2是沿图1中A-A方向的剖视示意图。
附图标记说明如下：
1、液体出口； 2、气体入口； 3、气体分布器；
401、第一支撑板； 402、第二支撑板；
501、第一填料层； 502、第二填料层；
601、第一压板； 602、第二压板；
7、液体再分布器；
801、第一声波发生装置；802、第二声波发生装置；
9、液体分布器；10、液体入口；11、除雾器；12、塔体；13、气体出口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种二氧化碳吸收塔，包括塔体12，沿竖直方向，塔体12的下部设置有液体出口1和气体入口2，塔体12的上部设置有液体入口10和气体出口13，塔体12的中部内设置有第一填料层501，塔体12的中部设置有第一声波发生装置801，第一声波发生装置801能够使第一填料层501产生共振，如图1和图2所示。
在本实施例中，塔体12呈直立的筒形结构，塔体12的上下两端均为封闭状态，两个第一声波发生装置801沿塔体12的周向前后对称设置，两个第一声波发生装置801的发射部均位于第一填料层501内，两个第一声波发生装置801均能够向第一填料层501发射声波，沿竖直方向，两个第一声波发生装置801均位于第一填料层501的中部。
在本实施例中，两个第一声波发生装置801发射出声波的频率均能够调节。从而使第一填料层501产生共振。第一声波发生装置801可以采用现有技术产品，可以通过有限次的实验，改变第一声波发生装置801发射出声波的频率，使声波的频率与第一填料层501的固有频率相同，从而使第一填料层501产生共振。
在本实施例中，第一填料层501的下端连接有第一支撑板401，第一支撑板401的作用在于支撑第一填料层501，第一填料层501中填料为散装的矩鞍环填料，第一填料层501的上方设置有第一压板601，第一压板601防止第一填料层501产生较大位移，第一填料层501和第一压板601之间距离可以为5cm，第一填料层501含有散装填料。第一支撑板401和第一压板601均为多孔板，气体和液体可以沿竖直方向穿过第一支撑板401和第一压板601。第一支撑板401和第一压板601的构造与现有的井篦子或炉箅子的构造大致相同。
在本实施例中，塔体12内还设置有第二填料层502，沿竖直方向，第二填料层502位于第一填料层501和液体入口10之间，塔体12外还设置有第二声波发生装置802，第二声波发生装置802能够使第二填料层502产生共振。
在本实施例中，两个第二声波发生装置802沿塔体12的周向前后对称设置，两个第二声波发生装置802的发射部均位于第二填料层502内，两个第二声波发生装置802均能够向第二填料层502发射声波，沿竖直方向，两个第二声波发生装置802均位于第二填料层502的中部，如图1和图2所示。
在本实施例中，两个第二声波发生装置802发射出声波的频率均能够调节。从而使第二填料层502产生共振。第二声波发生装置802可以采用现有技术产品，可以通过有限次的实验，改变第二声波发生装置802发射出声波的频率，使声波的频率与第二填料层502的固有频率相同，从而使第二填料层502产生共振。
在判断第一填料层501和第二填料层502是否产生共振时，可以在第一填料层501和第二填料层502中安装振动传感器，实时检测第一填料层501和第二填料层502的振幅，第一填料层501和第二填料层502的振幅达到最大值时，则第一填料层501和第二填料层502产生共振。
在本实施例中，第二填料层502的下端连接有第二支撑板402，第二支撑板402的作用在于支撑第二填料层502，第二填料层502的上方设置有第二压板602，第二压板602的作用在于防止第二填料层502产生较大位移，第二填料层502和第二压板602之间距离可以为5cm，第二填料层502含有散装填料。第二支撑板402和第二压板602均为多孔板，气体和液体可以沿竖直方向穿过第二支撑板402和第二压板602。第二支撑板402和第二压板602的构造与现有的井篦子或炉箅子的构造大致相同。
在本实施例中，沿从下向上的方向，第一支撑板401、第一填料层501、第一压板601、第二支撑板402、第二填料层502和第二压板602依次排列。第一支撑板401、第一填料层501、第一压板601、第二支撑板402、第二填料层502和第二压板602均位于气体入口2和液体入口10之间，如图1所示。
在本实施例中，液体出口1位于塔体12的下端，气体出口13位于塔体12的上端，塔体12内还设置有除雾器11、液体分布器9、液体再分布器7和气体分布器3。液体分布器9和液体再分布器7均可以采用槽盘式分布器。气体分布器3可以采用管式气体分布器。
液体分布器9与液体入口10连接，液体分布器9和液体入口10位于同一个高度，气体分布器3与气体入口2连接，气体分布器3和气体入口2位于同一个高度。沿竖直方向，液体再分布器7位于第一填料层501和第二填料层502之间，除雾器11位于液体入口10和气体出口13之间。
下面介绍一种二氧化碳吸收方法，所述二氧化碳吸收方法采用了上述的二氧化碳吸收塔，所述二氧化碳吸收方法包括以下步骤：液体吸收剂从液体入口10进入塔体12，所述液体吸收剂向下流动，所述液体吸收剂在第一填料层501的填料表面形成均匀液膜，第一声波发生装置801使第一填料层501产生共振，所述均匀液膜变为不均匀液膜，含有二氧化碳的气体从气体入口2进入塔体12，所述含有二氧化碳的气体向上流动，二氧化碳与不均匀液膜接触并被所述液体吸收剂吸收。
下面介绍所述二氧化碳吸收塔的详细工作过程。
首先约48℃的液体吸收剂(如MEA溶液即乙醇胺溶液)通过液体入口10进入液体分布器9，在液体分布器9中液体被均匀分流，分流后的液体进入第二填料层502中，在第二填料层502中液体接触散装填料，由于重力作用，液体在第二填料层502中的填料上形成均匀液膜并且向下流动，同时开启第二声波发生装置802，第二声波发生装置802产生与第二填料层502中的填料相同的频率，使第二填料层502中的散装填料产生共振，共振使第二填料层502中的填料上均匀液膜形成不均匀液膜(或者称为不规则液膜)，增大气液接触面积。
随后液体吸收剂继续向下进入液体再分布器7中对液体再次分流，分流后的液体进入第一填料层501中，在第一填料层501中液体接触散装填料，由于重力作用，液体在第一填料层501中的填料上形成均匀液膜并且向下流动，同时开启第一声波发生装置801，第一声波发生装置801产生与第一填料层501中的填料相同的频率，使第一填料层501中的散装填料产生共振，共振使第一填料层501中的填料上均匀液膜形成不均匀液膜(或者称为不规则液膜)，增大气液接触面积。
待处理的约45℃的烟气通过气体入口2进入气体分布器3中，烟气中含有二氧化碳，在气体分布器3的作用下，烟气均匀进入第一填料层501中，在第一填料层501中，气体与液体逆向相互接触，将二氧化碳进行初步脱除，随后烟气进入第二填料层502中，在第二填料层502中，气体与液体逆向相互接触，进行深度脱碳。
脱除二氧化碳的气体进入除雾器11，除雾器11可以采用现有的丝网除雾器，在除雾器11的作用下脱除掉气体中夹带的液滴，最终温度约50℃的脱除二氧化碳烟气通过塔顶的气体出口13排出，富含二氧化碳约52℃的液体通过塔器底部液体出口1排出。
通过声波发生装置产生与吸收塔内填料结构固有频率接近或相同的外界激励频率，引起填料材料的共振，此时附在填料上的液膜将会在振动的作用下形成小幅度不规则水纹液膜，该水纹液膜相较于原液膜具有与气体更大的接触面积，进而与气体的接触更为充分，同时振动会引起微湍流，进一步增强气液传质，故具有更高的反应效率，有利于更加充分、快速的将烟气中的二氧化碳气体脱离出来，可减小吸收塔的尺寸、填料材料的用量、吸收液的耗量、降低整个系统的投资并减少运行费用。
另外，为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，如无特别说明，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，方位词“下”表示图1中的下侧方向，方位词“左”表示图1中的左侧方向，方位词“右”表示图1中的右侧方向，方位词“前”表示垂直于图1的纸面并指向纸面外侧的方向，方位词“后”表示垂直于图1的纸面并指向纸面内侧的方向。本发明采用了阅读者的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案、实施例与实施例之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种二氧化碳吸收塔，其特征在于，所述二氧化碳吸收塔包括塔体(12)，塔体(12)的下部设置有液体出口(1)和气体入口(2)，塔体(12)的上部设置有液体入口(10)和气体出口(13)，塔体(12)的中部内设置有第一填料层(501)，塔体(12)的中部设置有第一声波发生装置(801)，第一声波发生装置(801)能够使第一填料层(501)产生共振。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，两个第一声波发生装置(801)沿塔体(12)的周向对称设置，两个第一声波发生装置(801)均能够向第一填料层(501)发射声波，沿竖直方向，两个第一声波发生装置(801)均位于第一填料层(501)的中部。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，两个第一声波发生装置(801)发射出声波的频率均能够调节。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，第一填料层(501)的下端连接有第一支撑板(401)，第一填料层(501)中填料为散装的矩鞍环填料，第一填料层(501)的上方设置有第一压板(601)。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，塔体(12)内还设置有第二填料层(502)，沿竖直方向，第二填料层(502)位于第一填料层(501)和液体入口(10)之间，塔体(12)外还设置有第二声波发生装置(802)，第二声波发生装置(802)能够使第二填料层(502)产生共振。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，两个第二声波发生装置(802)沿塔体(12)的周向对称设置，两个第二声波发生装置(802)均能够向第二填料层(502)发射声波，沿竖直方向，两个第二声波发生装置(802)均位于第二填料层(502)的中部。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，两个第二声波发生装置(802)发射出声波的频率均能够调节。
8.根据权利要求5所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，第二填料层(502)的下端连接有第二支撑板(402)，第二填料层(502)的上方设置有第二压板(602)。
9.根据权利要求5所述的二氧化碳吸收塔，其特征在于，液体出口(1)位于塔体(12)的下端，气体出口(13)位于塔体(12)的上端，塔体(12)内还设置有除雾器(11)、液体分布器(9)、液体再分布器(7)和气体分布器(3)，液体分布器(9)与液体入口(10)连接，气体分布器(3)与气体入口(2)连接，沿竖直方向，液体再分布器(7)位于第一填料层(501)和第二填料层(502)之间，除雾器(11)位于液体入口(10)和气体出口(13)之间。
10.一种二氧化碳吸收方法，其特征在于，所述二氧化碳吸收方法采用了权利要求1所述的二氧化碳吸收塔，所述二氧化碳吸收方法包括以下步骤：
液体吸收剂从液体入口(10)进入塔体(12)，所述液体吸收剂向下流动，所述液体吸收剂在第一填料层(501)的填料表面形成均匀液膜，第一声波发生装置(801)使第一填料层(501)产生共振，所述均匀液膜变为不均匀液膜，含有二氧化碳的气体从气体入口(2)进入塔体(12)，所述含有二氧化碳的气体向上流动，二氧化碳与不均匀液膜接触并被吸收。
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|---|---|---|---|---|
| CN117180967A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-12-08 | 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 | 废气处理系统 |
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2023
- 2023-08-01 CN CN202310958751.3A patent/CN116850755A/zh active Pending
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