CN202700479U - 一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流化床设备，特别涉及一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置。双层管反应主体的外壁由外层管和内层管组成，且外层管和内层管的底部平齐，内层管的上部高于外层管；外层管的下端设置油浴或水浴进口，上端设置油浴或水浴出口，内层管的内部下端设置隔板，中部设置布风板，顶端为进料口，在上部高于外层管的管壁上设置出气管；双层管反应主体的底部设置进气管和进液管，进气管上部的进气管出口穿过隔板，进液管上部的出口位于隔板上。通过进液管加入液胺，以提供胺蒸汽，抑制胺类固体吸收剂的挥发。本新型可使吸收过程放出的热量通过冷却介质及时排出，而在再生过程通入热源，为再生反应提供热量。

Description

一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置

技术领域

本实用新型属于流化床设备，特别涉及一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，具体地指利用有机胺负载多孔介质制备成的胺类固体吸收剂脱除煤气化产生的合成气（包括水气变化后的变换气）、生物质或其它燃料气化产物、天然气、烟气等中的CO₂或（及）H₂S的流化床反应装置。

背景技术

化石燃料满足了世界90%以上的能源需求，同时化石燃料的燃烧也是温室气体CO₂的主要来源之一。为应对日益严重的环境问题，减少化石燃料利用过程中CO₂的排放成为一项十分重要的任务。而基于煤气化的煤基能源系统和化工体系能够很好地解决煤转化过程中的效率和污染问题。煤气化技术是煤炭高效清洁利用的核心技术，其气化产物可用于燃料煤气（IGCC发电、民用/工业燃气）、生产化工产品（化肥、甲醇、二甲醚、乙烯、汽油等）、制氢、燃料电池、多联产系统、直接还原炼铁等，是这些工业过程的基础。然而对于以上这些工业过程，都需要将煤气化后的合成气或者经过水气变换后变换气中的CO₂以及H₂S大部分或者全部脱除。目前所有商用CO₂脱除技术大都采用基于传统MEA湿洗的化学溶液吸收法，如有机胺溶液，溶液再生过程中需要加热溶液中大量的水，使得再生能耗非常高，约4.5 GJ/(kg-CO₂)，同时溶液对反应器有较强的腐蚀性。如果将有机胺担载在多孔载体（如硅胶等）上即固态胺则可避免湿法脱碳的不足。相比水的比容4.2 kJ/(kg·K)，固体硅胶的比容只有0.8 kJ/(kg·K)，从而可以减少加热水而造成的能耗以及避免水汽化所需的大量潜热 (2252.7 kJ/kg)，同时固态胺与反应器是固-固接触，从而可以大大减少腐蚀。当胺类固体吸收剂有效吸收容量达到2mol-CO₂/kg时，能耗已经低于MEA溶液法；达到3mol-CO₂/kg以上时，可比现有MEA溶液法节约~50%以上的能耗。

胺类固体吸收剂的研究起源于潜艇、空间站等密闭舱室中CO₂的脱除，近些年一些学者开始将胺类固体吸收剂引入到烟气及天然气中CO₂的分离。如专利CN 101804332 A，涉及一种利用煤矸石为原料开发胺类固体吸收剂用于捕捉CO₂；专利CN 101909743 A，涉及用于形成CO₂选择性吸附材料和/或硫选择性吸附材料的方法；专利CN 101500704A，涉及沉积在纳米结构化的载体例如二氧化硅上的胺或者胺/多元醇组合物的负载型吸收剂；专利CN 1131057A，涉及脱除二氧化碳的固态胺树脂，以苯乙烯为单体，交联剂为双烯或烯酸多元醇酯类，以甲苯-异戊醇-液体石蜡为致孔剂，过氧化苯甲酰位引发剂，采用悬浮聚合方法合成固态胺树脂前驱体。再以氯甲醚、二乙烯三胺为试剂分别经氯甲基化、胺化制得固态胺树脂。

从上述专利的内容可见，上述技术方案主要针对胺类固体吸收剂的制备，目前国内外文献上没有胺类固体吸收剂流化床的实验报道，也没有相关流化床装置的专利。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，其能在吸收反应时及时排热，再生反应时供热，同时能提供胺蒸汽，从而解决固态胺中胺挥发问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

双层管反应主体的外壁由外层管和内层管组成，且外层管和内层管的底部平齐，内层管的上部高于外层管；外层管的下端设置油浴或水浴进口，上端设置油浴或水浴出口，内层管的内部下端设置隔板，中部设置布风板，顶端为进料口，在上部高于外层管的管壁上设置出气管；双层管反应主体的底部设置进气管和进液管，进气管上部的进气管出口穿过隔板，进液管上部的出口位于隔板上。

所述外层管与内层管间隙宽度为内层管内径的0.1~1倍。

所述隔板与布风板间的区域长度为双层管反应主体部分的外层管长度的0.1~0.8倍，进气口出口到隔板的距离为隔板到布风板距离的0.2~0.8倍。

所述油浴或水浴进口为切向或径向进口，有一个或多个；所述油浴或水浴出口为切向或径向出口，有一个或多个。

本实用新型的有益效果为：

可通过进液管加入液胺，以提供胺蒸汽，抑制胺类固体吸收剂的挥发。如此设计可使吸收过程放出的热量通过冷却介质及时排出，而在再生过程通入热源，为再生反应提供热量。

附图说明

图1为本实用新型胺类固体吸收剂的流化床装置结构示意图；

图2为本实用新型胺类固体吸收剂的流化床装置实施例1结构示意图；

图3为图2的隔板处的横向剖面结构的俯视图。

图中标号：

1-进气管；1’-进气管出口；2-进液管；3-油浴或水浴进口；4-外层管；4’-内层管；5-双层管反应主体；7-隔板；8-布风板；9-油浴或水浴出口；10-出气管；11-进料口。

具体实施方式

本实用新型提供了一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的结构如图1所示。双层管反应主体5的外壁由外层管4和内层管4’组成，且外层管4和内层管4’的底部平齐，内层管4’的上部高于外层管4；外层管4的下端设置油浴或水浴进口3，上端设置油浴或水浴出口9，内层管4’的内部下端设置隔板7，中部设置布风板8，顶端为进料口11，在上部高于外层管4的管壁上设置出气管10；双层管反应主体5的底部设置进气管1和进液管2，进气管1上部的进气管出口1’穿过隔板7，进液管2上部的出口位于隔板7上。

其中，外层管4与内层管4’间隙宽度为内层管4’内径的0.1~1倍。隔板7与布风板8间的区域长度为双层管反应主体部分5的外层管4长度的0.1~0.8倍，进气口出口1’到隔板7的距离为隔板7到布风板8距离的0.2~0.8倍。油浴或水浴进口3为切向或径向进口，有一个或多个；所述油浴或水浴出口9为切向或径向出口，有一个或多个。

进液管2的入口处通入液胺或者一定浓度的胺溶液，胺的种类为单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺、四乙烯五胺(TEPA)、聚乙烯亚胺(PEI)以及硅烷等，胺类固体吸收剂中，有机胺与吸收剂的总质量之比(有机胺质量/(有机胺质量+多孔固体质量))在10~80%范围内。通过进液口通入的液胺存于隔板7和布风板8间的区域，并且液面高于不超过进气管1的出口高度。

实施例1

如图2所示，双层管反应主体5的内层管4’内径为120mm，外层管4和内层管4’间隙为40mm，为内层管4’内径的0.33倍，采用径向对称布置的双油浴或水浴进口3，布风板8到隔板7距离为300mm，进气管出口1’到隔板7距离为150mm，隔板7到双层管反应主体5的下端距离为140mm，进气管1内径为40mm，进液管2内径为15mm。用聚乙烯亚胺（PEI）担载硅胶载体（Q-10）制备成的固态胺吸收剂进行实验，进液管2通入液体聚乙烯亚胺，液面高度距隔板7的距离为75mm，用双层管间通入硅油进行换热，在10次循环中固态胺吸收剂担载量没有变化，吸收剂脱碳能力没有下降，在吸收反应中没有通入冷却介质时床层温度由于反应放热升高40~50℃，通入冷却介质后床层温度仅升高20℃左右，在再生反应中，硅油可以提供热量，使得固态胺实现完全再生。

Claims (4)

1.一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，其特征在于：双层管反应主体（5）的外壁由外层管（4）和内层管（4’）组成，且外层管（4）和内层管（4’）的底部平齐，内层管（4’）的上部高于外层管（4）；外层管（4）的下端设置油浴或水浴进口（3），上端设置油浴或水浴出口（9），内层管（4’）的内部下端设置隔板（7），中部设置布风板（8），顶端为进料口（11），在上部高于外层管（4）的管壁上设置出气管（10）；双层管反应主体（5）的底部设置进气管（1）和进液管（2），进气管（1）上部的进气管出口（1’）穿过隔板（7），进液管（2）上部的出口位于隔板（7）上。

2.根据权利要求1所述的一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，其特征在于：所述外层管（4）与内层管（4’）间隙宽度为内层管（4’）内径的0.1~1倍。

3.根据权利要求1所述的一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，其特征在于：所述隔板（7）与布风板（8）间的区域长度为双层管反应主体部分（5）的外层管（4）长度的0.1~0.8倍，进气口出口（1’）到隔板（7）的距离为隔板（7）到布风板（8）距离的0.2~0.8倍。

4.根据权利要求1所述的一种胺类固体吸收剂的流化床反应装置，其特征在于：所述油浴或水浴进口（3）为切向或径向进口，有一个或多个；所述油浴或水浴出口（9）为切向或径向出口，有一个或多个。

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