CN210544229U - 亲疏水双膜换热器强化余热回收的co2化学吸收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO2化学吸收系统，它包括CO₂吸收设备、CO₂再生设备、富液泵、贫液泵、贫液冷却器、三通分流阀、贫富液热交换器、增压风机和再生气余热回收单元。本实用新型采用疏水膜换热器和亲水膜换热器联用，作为再生气与冷富液之间的换热介质，可针对不同工况条件，分别对水蒸气和液态水进行有效回收，从充分利用水蒸气潜热和促进水蒸气/液态水传质强化对流换热两个方面实现再生气向冷富液的对流换热强化，使再生气的余热回收效率大大增强，同时多样的组合模式也将适用于大规模工业应用中对余热回收需求。

Description

亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO2化学吸收系统

技术领域

本实用新型涉及富CO₂气体中CO₂化学吸收工艺节能降耗技术领域，具体地指一种亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO₂化学吸收系统。

背景技术

气候变化已成为当前国际社会所关注的热点问题，为使本世纪全球平均气温升幅与工业化前水平相比不超过1.5℃，各国政府都在积极制定碳减排政策。碳捕集与封存(CCS)技术作为近未来大幅削减温室气体排放的关键技术之一，已成为关注重点，其关键在于CO₂的分离。在众多CO₂分离技术中，以乙醇胺等有机胺为吸收剂的CO₂化学吸收碳捕集工艺因具有技术成熟、操控简便、对气体洁净程度要求低、无需对气体进行加压和CO₂产品纯度高等优势而备受重视，是大规模减排CO₂的可行途径之一。

CO₂化学吸收技术的关键在于降低系统能耗，尤其是富CO₂吸收剂溶液(简称富液)的热再生能耗，因为其可占总系统能耗的60％以上。在传统的富液热再生工艺中，需要从再生塔底部的贫CO₂吸收剂溶液(简称贫液)中蒸发大量的水来维持再生驱动力，从而导致再生塔顶所排出的再生气(通常为CO₂和H₂O(g)混合气，CO₂和H₂O(g)的摩尔比可达1:2)中携带有大量的水蒸气，温度较高，且潜热较大(～920-1840kJ/kgCO₂)。而在传统化学吸收工艺中，此部分热量通常会在再生塔外的再生气冷却器中由外界循环冷却水带走，导致热量浪费。若对此部分余热进行回收利用，将可降低富液再生能耗。

热再生塔顶高温再生气的余热回收目前主要采用的是富液分流(rich-split)工艺(美国专利4152217)，即用分流的冷富液直接对再生气进行喷淋冷却，但此法受限于冷富液的分流量，同时气液接触时间较短，系统降耗效果受到限制。因此，研究者引入通用换热器作为分流冷富液与再生气间的换热介质，但其经济换热温差一般约为20K(开尔文)，为获得更大的换热性能，通常需要较大的换热面积。此时，热管作为一种高效相变换热元件可用于替换通用换热器(中国专利CN201810763899.0)，从而强化余热回收性能，降低换热面积。但为避免冷热流体混合，常规换热器的传热方式仍然仅局限于热传导。专利(中国专利CN201710371929.9)通过采用中空陶瓷膜接触器作为换热器，提供了一种基于水蒸气传质强化余热回收性能的方法，其基于水蒸气的热质耦合传递，从导热强化、水蒸气/水传质对流换热增强和气相热阻降低三个方面实现了再生气余热回收的强化。但有相关研究指出，无机中空膜接触器(陶瓷膜换热器)在余热回收过程中，同时存在液态水与水蒸气的传质，其中液态水传质通量占比超过85％，水蒸气传质通量低于15％，但其中由水蒸气传质所携带的热量却达70％以上，这表明膜式换热器用于余热回收的关键在于直接回收再生气中的水蒸气。

发明内容

本实用新型提供一种亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO₂化学吸收系统，该系统能在保持原有成熟的CO₂吸收与富液热再生技术的基础上，通过疏水膜换热器与亲水膜换热器的联用，对再生气中的水蒸气和再生气冷却后形成的冷凝液态水分别进行有效回收，从充分利用水蒸气潜热和促进水蒸气/液态水传质强化对流换热两个方面实现富液对热再生塔顶排出的高温再生气(CO₂和H₂O(g)的混合气)余热回收的强化，同时提出的多种膜换热器的组合模式也可为大规模工业余热回收时提供膜换热器布置与选型的参考，以期降低再生气余热回收所需的换热器体积与投资。

为实现此目的，本实用新型所设计的亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO₂化学吸收系统，它包括CO₂吸收设备、三通分流阀、贫富液热交换器、再生气余热回收单元、CO₂再生设备、再沸器、富液泵、贫液泵、贫液冷却器、输出端与CO₂吸收设备的进气口连接的增压风机，其中，CO₂吸收设备的出液口通过富液泵连接三通分流阀的第一端口，三通分流阀的第二端口连接贫富液热交换器的低温富液入口，三通分流阀的第三端口连接再生气余热回收单元的富液入口，贫富液热交换器的高温富液出口连接CO₂再生设备的第一富液输入口，CO₂再生设备的底端排液口连接再沸器的富液输入口，再沸器的贫液输出口连接贫富液热交换器的高温贫液入口，再沸器的顶端排气口连接CO₂再生设备的底端进气口，所述再沸器还具有蒸汽输入口和高温水输出口，CO₂再生设备的顶部排气口连接再生气的再生气入口，再生气余热回收单元的冷凝水出口连接CO₂再生设备的顶端冷凝水回流入口，再生气余热回收单元的富液出口连接CO₂再生设备的第二富液输入口，再生气余热回收单元还具有再生气出口，贫富液热交换器的低温贫液的输出口连接贫液冷却器的贫液入口，贫液冷却器的贫液出口通过贫液泵连接CO₂吸收设备的吸收剂输入口，CO₂吸收设备的顶部还设有顶端排气口。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用疏水膜换热器和亲水膜换热器联用，作为CO₂热再生塔顶再生气与在贫富液热交换器前分流的冷富液之间的换热介质，利用疏水膜换热器高效回收再生气中的水蒸气，使潜热回收最大化，利用亲水膜换热器进一步回收再生气中的水蒸气和液态水，从而强化水传质总量，进一步提高余热回收效率。二者联合运行将具有良好的再生热耗降低潜能。

2、针对不同工况条件，本实用新型提供了多种不同的膜换热器组合模式，可从充分利用各换热器单元、有效回收再生气高温段热能等方面强化再生气向冷富液传热，使再生气的余热回收效率增强，从而有利于膜余热回收系统的放大，将适用于大规模工业应用中对余热回收需求。

3、本实用新型所构建的气液分流方案可在进一步强化余热回收性能的同时，满足不同工业实际情况中余热回收系统的布置、占地、装卸等需求，从而达到投资省、结构紧凑、装卸方便等独有优势。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型分流方案1(气液不分流)的结构示意图；

图3为本实用新型分流方案2(液相分流，气相不分流)的结构示意图；

图4为本实用新型分流方案3(气相分流，液相不分流)的结构示意图；

图5为本实用新型分流方案4(气液均分流)的结构示意图。

其中，1—增压风机、2—CO₂吸收设备、2.1—进气口、2.2—出液口、2.3—吸收液输入口、2.4—顶端排气口、3—富液泵、4—三通分流阀、4.1—第一端口、4.2—第二端口、4.3—第三端口、5—贫富液热交换器、5.1—低温富液入口、5.2—高温贫液入口、5.3—高温富液出口、5.4—低温贫液的出口、6—贫液冷却器、6.1—贫液出口、6.2—贫液入口、7—贫液泵、8—再生气余热回收单元、8.1—富液入口、8.2—冷凝水出口、8.3—再生气入口、8.4—富液出口、8.5—再生气出口、9—CO₂再生设备、9.1—第一富液输入口、9.2—底端排液口、9.3—底端进气口、9.4—第二富液输入口、9.5—顶部排气口、9.6—顶端冷凝水回流入口、10—再沸器、10.1—富液输入口、10.2—贫液输出口、10.3—高温水输出口、10.4—蒸汽输入口、10.5—再沸器顶端排气口

分流方案1(气液不分流，如图2)中，11—第一膜换热器单元、8.1—富液入口、11.1—第一膜换热器单元冷凝水出口、11.2—第一膜换热器单元再生气入口、11.3—第一膜换热器单元富液出口、8.5—再生气出口、12—第二膜换热器单元、12.1—第二膜换热器单元冷凝水入口、8.4—富液出口、8.2—冷凝水出口、8.3—再生气入口、12.2—第二膜换热器单元富液入口、12.3—第二膜换热器单元再生气出口

分流方案2(液相分流，气相不分流，如图3)中，13—第三膜换热器单元、8.1—富液入口、13.1—第三膜换热器单元富液入口、13.2—第三膜换热器单元冷凝水出口、13.3—第三膜换热器单元再生气入口、13.4—第三膜换热器单元富液出口、8.5—再生气出口、14—第四膜换热器单元、14.1—第四膜换热器单元冷凝水入口、14.2—第四膜换热器单元富液入口、8.2—冷凝水出口、8.3—再生气入口、14.3—第四膜换热器单元富液出口、14.4—第四膜换热器单元再生气出口、8.4—富液出口

分流方案3(气相分流，液相不分流，如图4)中，15—第五膜换热器单元、15.1—第五膜换热器单元再生气出口、8.1—富液入口、15.2—第五膜换热器单元冷凝水出口、15.3—第五膜换热器单元再生气入口、15.4—第五膜换热器单元富液出口、16—第六膜换热器单元、16.1—第六膜换热器单元再生气出口、16.2—第六膜换热器单元富液入口、16.3—第六膜换热器单元再生气入口、16.4—第六膜换热器单元冷凝水出口、8.2—冷凝水出口、8.3—再生气入口、8.4—富液出口、8.5—再生气出口

分流方案4(气液均分流，如图5)中，17—第七膜换热器单元、17.1—第七膜换热器单元再生气出口、17.2—第七膜换热器单元富液入口、17.3—第七膜换热器单元冷凝水出口、17.4—第七膜换热器单元再生气入口、17.5—第七膜换热器单元富液出口、18—第八膜换热器单元、18.1—第八膜换热器单元冷凝水入口、18.2—第八膜换热器单元富液入口、8.2—冷凝水出口、18.3—第八膜换热器单元再生气入口、18.4—第八膜换热器单元富液出口、18.5—第八膜换热器单元再生气出口、8.1—富液入口、8.3—再生气入口、8.4—富液出口、8.5—再生气出口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

耐高温疏水多孔膜(如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF))常用于水蒸气分离，可将液态水阻隔在气膜界面处，而水蒸气能依靠分压穿过多孔膜，其分离机理将有利于回收水蒸气。另外，亲水多孔膜(如陶瓷膜、聚醚醚酮(PEEK))受毛细冷凝或多层扩散的影响，将有利于液态水和水蒸气的联合转移。基于此，为强化膜余热回收性能并适应于大规模工业余热回收应用，提出以疏水膜换热器和亲水膜换热器为基本热回收单元，通过采用不同组合模式(包括膜单元类型和气液分流方式)来强化膜余热回收的系统与方法。

本实用新型所设计的亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO₂化学吸收系统，如图1所示，它包括CO₂吸收设备2、三通分流阀4、贫富液热交换器5、再生气余热回收单元8、CO₂再生设备9、再沸器10、富液泵3、贫液泵7、贫液冷却器6、输出端与CO₂吸收设备2的进气口2.1连接的增压风机1，其中，CO₂吸收设备2的出液口2.2通过富液泵3连接三通分流阀4的第一端口4.1，三通分流阀4的第二端口4.2连接贫富液热交换器5的低温富液(约40～50℃)入口5.1，三通分流阀4的第三端口4.3连接再生气余热回收单元8的富液入口8.1，贫富液热交换器5的高温富液(约80～100℃，具体由再生温度和贫富液换热器的经济换热温差来共同确定)出口5.3连接CO₂再生设备9的第一富液输入口9.1，CO₂再生设备9的底端排液口9.2连接再沸器10的富液输入口10.1，再沸器10的贫液输出口10.2连接贫富液热交换器5的高温贫液(约100～120℃，由吸收剂类型和再生温度决定)入口5.2，再沸器10的顶端排气口10.5连接CO₂再生设备9的底端进气口9.3，所述再沸器10还具有蒸汽输入口10.4和高温水(温度与输入蒸汽温度基本相当)输出口10.3，CO₂再生设备9的顶部排气口9.5连接再生气余热回收单元8的再生气入口8.3，再生气余热回收单元8的冷凝水出口8.2连接CO₂再生设备9的顶端冷凝水回流入口9.6，再生气余热回收单元8的富液出口8.4连接CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，再生气余热回收单元8还具有再生气出口8.5，贫富液热交换器5的低温贫液(约60～70℃)的输出口5.4连接贫液冷却器6的贫液入口6.2，贫液冷却器6的贫液出口6.1通过贫液泵7连接CO₂吸收设备2的吸收剂输入口2.3，CO₂吸收设备2的顶部还设有顶端排气口2.4。

一种基于上述系统的CO₂化学吸收方法，它包括如下步骤：

步骤1：富CO₂气体由增压风机1增压后经进气口2.1进入CO₂吸收设备2，与从CO₂吸收设备2内的吸收剂输入口2.3进入的CO₂化学吸收剂形成逆流接触，富CO₂气体中CO₂被吸收，净化气从CO₂吸收设备顶端经过除雾后从顶端排气口2.4排出，CO₂吸收设备2内的吸收剂吸收CO₂后生成的初始吸收剂富CO₂溶液，由CO₂吸收设备2的出液口2.2进入富液泵3；

步骤2：初始吸收剂富CO₂溶液经由富液泵3泵入三通分流阀4中进行分流，分流后的第一部分初始吸收剂富CO₂溶液经三通分流阀4的第二端口4.2进入贫富液热交换器5，在热交换器5中与再沸器10的贫液输出口10.2排出的100～120℃(由吸收剂类型和再生温度决定)的高温热贫液进行热交换，升温后的第一部分初始吸收剂富CO₂溶液接着进入CO₂再生设备9的第一富液输入口9.1；

步骤3：初始吸收剂富CO₂溶液经由富液泵3进入三通分流阀4中进行分流，分流后的第二部分初始吸收剂富CO₂溶液经三通分流阀4的第三端口4.3进入再生气余热回收单元8富液入口8.1，第二部分初始吸收剂富CO₂溶液在再生气余热回收单元8中与从CO₂再生设备9顶端排气口9.5进入再生气余热回收单元8的再生气进行逆向接触，回收余热后的第二部分初始吸收剂富CO₂溶液经富液出口8.4进入CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，再生气在再生气余热回收单元8中因降温产生的冷凝水经冷凝水出口8.2回流至CO₂再生设备9顶端冷凝水回流入口9.6，经过热交换的再生气从再生气余热回收单元8再生气出口8.5排出；

步骤4：经第一富液输入口9.1进入CO₂再生设备9的经过热交换器5的第一部分初始吸收剂富CO₂溶液和经第二富液输入口9.4进入CO₂再生设备9的回收余热后的第二部分初始吸收剂富CO₂溶液在CO₂再生设备9中与CO₂和H₂O(g)再生气逆向接触进行再次加热后，由CO₂再生设备9的底端输出口9.2流入再沸器10中加热分离出CO₂和吸收剂，再沸器10中加热分离出的CO₂携带饱和水蒸气由再沸器顶端排气口10.5通过CO₂再生设备9的底端进气口9.3沿CO₂再生设备向上流动；

步骤5：再沸器10内再生后得到的100～120℃的高温贫液经再沸器贫液输出口10.2进入贫富液热交换器5进行一次冷却，随后再经贫液冷却器6二次冷却到所需温度(约30～50℃)后返回CO₂吸收设备2中再次吸收CO₂。

上述步骤3具有如下并列的分流方案：

本实用新型分流方案1(气液不分流，如图2)，所述再生气余热回收单元8包括第一膜换热器单元11和第二膜换热器单元12，所述第一膜换热器单元11具有富液入口8.1、再生气出口8.5、第一膜换热器单元冷凝水出口11.1、第一膜换热器单元再生气入口11.2、第一膜换热器单元富液出口11.3，所述第二膜换热器单元12具有冷凝水出口8.2、再生气入口8.3、富液出口8.4、第二膜换热器单元冷凝水入口12.1、第二膜换热器单元富液入口12.2、第二膜换热器单元再生气出口12.3，其中，第一膜换热器单元冷凝水出口11.1连接第二膜换热器单元冷凝水入口12.1，第二膜换热器单元再生气出口12.3连接第一膜换热器单元再生气入口11.2，第一膜换热器单元富液出口11.3连接第二膜换热器单元富液入口12.2；

三通分流阀4的第三端口4.3连接富液入口8.1，冷凝水出口8.2连接CO₂再生设备9的顶端冷凝水回流入口9.6，富液出口8.4连接CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，CO₂再生设备9的顶部排气口9.5连接再生气入口8.3。

所述步骤3中，采用分流方案1的再生气余热回收单元8的具体回收步骤为：第二部分初始富液进入第一膜换热器单元11富液入口8.1，再与逆向流动的热再生气进行热交换，热交换后的第二部分初始富液从第一膜换热器单元富液出口11.3排出进入第二膜换热器单元富液入口12.2，再次与逆向流动的再生气进行热交换后，从第二膜换热器单元12富液出口8.4排出进入CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，从CO₂再生设备9顶端排气口9.5排出的再生气经由第二膜换热器单元12再生气入口8.3到第二膜换热器单元再生气出口12.3，再到第一膜换热器单元再生气入口11.2，最后从第一膜换热器11再生气出口8.5排出。

分流方案1(气液不分流，如图2)中又包括四种组合，分别为组合1-4，针对富含水蒸气的高温混合气(约90℃以上)余热回收，首推组合2，即首先采用疏水膜换热器与高温混合气接触，利用疏水膜特性高效回收混合气中的水蒸气，使得水蒸气中潜热回收最大化。待混合气经过疏水膜换热器降温后，再利用亲水膜换热器对降温后混合气中的水蒸气/液态水进行联合回收，以期通过强化水传质总量来进一步提高余热回收效率。值得注意的是，在富含水蒸气的高温混合气余热回收中，水蒸气传质释放的潜热在热回收总量中占主导地位。因此，组合3也可适用于此类条件下。亲水膜换热器如若导热性良好(如亲水陶瓷膜换热器)，则无论水蒸气是否发生传质均可对水蒸气冷凝释放的潜热具有较优的热回收效果，同时亲水膜较疏水膜更利于水传质。因而，基于膜材料的类型不同，在具体工况条件下，组合4也具有实用性；

本实用新型分流方案2(液相分流、气相不分流，如图3)，所述再生气余热回收单元8包括第三膜换热器单元13和第四膜换热器单元14，所述第三膜换热器单元13具有再生气出口8.5、第三膜换热器单元富液入口13.1、第三膜换热器单元冷凝水出口13.2、第三膜换热器单元再生气入口13.3、第三膜换热器单元富液出口13.4，所述第四膜换热器单元14具有第四膜换热器单元冷凝水入口14.1、第四膜换热器单元富液入口14.2、第四膜换热器单元富液出口14.3、第四膜换热器单元再生气出口14.4、冷凝水出口8.2、再生气入口8.3，其中，富液入口8.1分别连接第三膜换热器单元富液入口13.1和第四膜换热器单元富液入口14.2，第三膜换热器单元冷凝水出口13.2连接第四膜换热器单元冷凝水入口14.1，第四膜换热器单元再生气出口14.4连接第三膜换热器单元再生气入口13.3，第三膜换热器单元富液出口13.4和第四膜换热器单元富液出口14.3均连接富液出口8.4。

所述步骤3中，采用分流方案2的再生气余热回收单元8的具体回收步骤为：第二部分初始富液经过分流(分流比为20～80％)，分别进入第三膜换热器单元富液入口13.1和第四膜换热器单元富液入口14.2，在与逆向流动的再生气进行热交换后，分别从第三膜换热器单元富液出口13.4和第四膜换热器单元富液出口14.3排出汇合流入CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，从CO₂再生设备9顶端排气口9.5排出的再生气经由第四膜换热器单元14再生气入口8.3到第四膜换热器单元再生气出口14.4，再到第三膜换热器单元再生气入口13.3，最后从第三膜换热器单元13的再生气出口8.5排出。

方案2(液相分流、气相不分流，如图3)同样包含四种组合，分别为组合5-8，针对液相流量过大的工况条件，采用液相分流工艺，可充分利用低温液相(约40～50℃)与高温混合气(约90℃以上)之间的温差强化换热，以避免组合换热器中两换热器单元的换热效果出现两极分化；

本实用新型分流方案3(气相分流、液相不分流，如图4)：所述再生气余热回收单元8包括第五膜换热器单元15和第六膜换热器单元16，其中，第五膜换热器单元15包括第五膜换热器单元再生气出口15.1、第五膜换热器单元冷凝水出口15.2、第五膜换热器单元再生气入口15.3、第五膜换热器单元富液出口15.4和富液入口8.1，所述第六膜换热器单元16包括第六膜换热器单元再生气出口16.1、第六膜换热器单元富液入口16.2、第六膜换热器单元再生气入口16.3、第六膜换热器单元冷凝水出口16.4和富液出口8.4，所述第五膜换热器单元再生气出口15.1和第六膜换热器单元再生气出口16.1均连接再生气出口8.5，第五膜换热器单元富液出口15.4连接第六膜换热器单元富液入口16.2，再生气入口8.3连接第五膜换热器单元再生气入口15.3和第六膜换热器单元再生气入口16.3，第五膜换热器单元冷凝水出口15.2和第六膜换热器单元冷凝水出口16.4连接冷凝水出口8.2。

所述步骤3中，采用分流方案3的再生气余热回收单元8的具体回收步骤为：第二部分初始富液进入第五膜换热器单元15富液入口8.1，与逆向流动的再生气进行热交换后，从第五膜换热器单元富液出口15.4排出而进入第六膜换热器单元富液入口16.2，再次与逆向流动的再生气进行热交换，之后从第六膜换热器单元16富液出口8.4排出进入CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，从CO₂再生设备9顶端排气口9.5排出的再生气经过分流(分流比为20～80％)，分别进入第五膜换热器单元再生气入口15.3和第六膜换热器单元再生气入口16.3，在与逆向流动的第二部分初始富液进行热交换后，分别从第五膜换热器单元再生气出口15.1和第六膜换热器单元再生气出口16.1排出汇合从再生气余热回收单元(8)再生气出口8.5排出。

方案3(气相分流、液相不分流，如图4)包含四种组合，分别为组合9-12，根据高温气相侧放热和传热特性，混合气高温段(气相进口段)的换热效率较高。因而，对气相侧进行分流将有利于组合膜换热器对混合气的高温段进行有效热回收。具体来说，可根据混合气温度、压力、水蒸气含量来挑选膜单元类型，从而合理选择配置组合9-12。同时，气相分流也可适用于气相侧流量过大或液相侧流量过小时的工况；

本实用新型分流方案4(气液均分流，如图5)，所述再生气余热回收单元8包括第七膜换热器单元17和第八膜换热器单元18，其中，第七膜换热器单元17包括第七膜换热器单元再生气出口17.1、第七膜换热器单元富液入口17.2、第七膜换热器单元冷凝水出口17.3、第七膜换热器单元再生气入口17.4和第七膜换热器单元富液出口17.5，所述第八膜换热器单元18包括第八膜换热器单元冷凝水入口18.1、第八膜换热器单元富液入口18.2、冷凝水出口8.2、第八膜换热器单元再生气入口18.3、第八膜换热器单元富液出口18.4和第八膜换热器单元再生气出口18.5，所述富液入口8.1分别连接第七膜换热器单元富液入口17.2和第八膜换热器单元富液入口18.2，第七膜换热器单元再生气出口17.1和第八膜换热器单元再生气出口18.5分别连接再生气出口8.5，第七膜换热器单元富液出口17.5和第八膜换热器单元富液出口18.4分别连接富液出口8.4，再生气入口8.3分别连接第七膜换热器单元再生气入口17.4和第八膜换热器单元再生气入口18.3，第七膜换热器单元冷凝水出口17.3连接第八膜换热器单元冷凝水入口18.1。

所述步骤3中，采用分流方案4的再生气余热回收单元8的具体回收步骤为：第二部分初始富液经过分流(分流比为20～80％)，分别进入第七膜换热器单元富液入口17.2和第八膜换热器单元富液入口18.2，在与逆向流动的再生气进行热交换后，分别从第七膜换热器单元富液出口17.5和第八膜换热器单元富液出口18.4排出汇合流入CO₂再生设备9的第二富液输入口9.4，从CO₂再生设备9顶端排气口排出9.5的再生气经过分流(分流比为20～80％)，分别进入第七膜换热器单元再生气入口17.4和第八膜换热器单元再生气入口18.3，分别在与逆向流动的第二部分初始富液进行热交换后，从第七膜换热器单元再生气出口17.1和第八膜换热器单元再生气出口18.5排出汇合从再生气余热回收单元8再生气出口8.5排出。

方案4(气液均分流，如图5)包含组合13-16，为满足实际工况场地的布置和灵活装卸的需求，提供气液均分流工艺，通过分流的低温液相(约40～50℃)分别对分流的高温气相(约90℃以上)进行热回收。

表1：不同组合模式下分流方式与膜换热器单元类型汇总

上述表1中，组合1具体为膜换热器单元11为疏水膜单元，膜换热器单元12为亲水膜单元，组合2具体为膜换热器单元11为亲水膜单元，膜换热器单元12为疏水膜单元，组合3具体为膜换热器单元11为疏水膜单元，膜换热器单元12为疏水膜单元，组合4具体为膜换热器单元11为亲水膜单元，膜换热器单元12为亲水膜单元，依此类推，分别构成组合5-16。

上述技术方案的步骤1中，净化气从CO₂吸收设备2顶端经过除雾后从顶端排气口2.4排出。

上述技术方案的步骤2和5中，再沸器10内再生后得到的高温贫液温度具体由吸收剂类型和再生温度决定。

上述技术方案的步骤2中，从CO₂吸收设备2底端出液口2.2排出的初始富液温度为40～55℃，通过控制三通分流阀4调节分流阀的第二端口和第三端口处流量，使分流阀的第三端口与第一端口之间的富液分流比为10～30％。

上述技术方案的步骤3中，因分流方式的不同，再生气余热回收单元8提供了四种分流方案，而根据膜换热器单元类型不同，每种分流方案又提供了四种方案，故而再生气余热回收单元8共具有16种不同情况。

上述技术方案的步骤3中，再生气在再生气余热回收单元8气相侧冷凝的液态水将由CO₂再生设备9的顶端冷凝水回流入口9.6回流至CO₂再生设备9，余热膜回收单元气液相回收水量总和将使吸收剂质量浓度保持恒定。

上述技术方案中，所述步骤4中再沸器10采用外部蒸汽加热，进入再沸器10的富CO₂溶液加热温度为100～120℃(具体加热温度可由所选择的CO₂化学吸收剂特性决定)。

上述技术方案中，CO₂吸收设备2和CO₂再生设备9的结构和种类可不限，既可以采用传统的填料塔式结构，也可以使用新型的中空纤维膜接触器等结构。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO2化学吸收系统，其特征在于：它包括CO2吸收设备(2)、三通分流阀(4)、贫富液热交换器(5)、再生气余热回收单元(8)、CO2再生设备(9)、再沸器(10)、富液泵(3)、贫液泵(7)、贫液冷却器(6)、输出端与CO2吸收设备(2)的进气口(2.1)连接的增压风机(1)，其中，CO2吸收设备(2)的出液口(2.2)通过富液泵(3)连接三通分流阀(4)的第一端口(4.1)，三通分流阀(4)的第二端口(4.2)连接贫富液热交换器(5)的低温富液入口(5.1)，三通分流阀(4)的第三端口(4.3)连接再生气余热回收单元(8)的富液入口(8.1)，贫富液热交换器(5)的高温富液出口(5.3)连接CO2再生设备(9)的第一富液输入口(9.1)，CO2再生设备(9)的底端排液口(9.2)连接再沸器(10)的富液输入口(10.1)，再沸器(10)的贫液输出口(10.2)连接贫富液热交换器(5)的高温贫液入口(5.2)，再沸器(10)的顶端排气口(10.5)连接CO2再生设备(9)的底端进气口(9.3)，所述再沸器(10)还具有蒸汽输入口(10.4)和高温水输出口(10.3)，CO2再生设备(9)的顶部排气口(9.5)连接再生气余热回收单元(8)的再生气入口(8.3)，再生气余热回收单元(8)的冷凝水出口(8.2)连接CO2再生设备(9)的顶端冷凝水回流入口(9.6)，再生气余热回收单元(8)的富液出口(8.4)连接CO2再生设备(9)的第二富液输入口(9.4)，再生气余热回收单元(8)还具有再生气出口(8.5)，贫富液热交换器(5)的低温贫液的输出口(5.4)连接贫液冷却器(6)的贫液入口(6.2)，贫液冷却器(6)的贫液出口(6.1)通过贫液泵(7)连接CO2吸收设备(2)的吸收剂输入口(2.3)，CO2吸收设备(2)的顶部还设有顶端排气口(2.4)；

所述再生气余热回收单元(8)包括第一膜换热器单元(11)和第二膜换热器单元(12)，所述第一膜换热器单元(11)具有富液入口(8.1)、再生气出口(8.5)、第一膜换热器单元冷凝水出口(11.1)、第一膜换热器单元再生气入口(11.2)、第一膜换热器单元富液出口(11.3)，所述第二膜换热器单元(12)具有冷凝水出口(8.2)、再生气入口(8.3)、富液出口(8.4)、第二膜换热器单元冷凝水入口(12.1)、第二膜换热器单元富液入口(12.2)、第二膜换热器单元再生气出口(12.3)，其中，第一膜换热器单元冷凝水出口(11.1)连接第二膜换热器单元冷凝水入口(12.1)，第二膜换热器单元再生气出口(12.3)连接第一膜换热器单元再生气入口(11.2)，第一膜换热器单元富液出口(11.3)连接第二膜换热器单元富液入口(12.2)；

三通分流阀(4)的第三端口(4.3)连接富液入口(8.1)，冷凝水出口(8.2)连接CO2再生设备(9)的顶端冷凝水回流入口(9.6)，富液出口(8.4)连接CO2再生设备(9)的第二富液输入口(9.4)，CO2再生设备(9)的顶部排气口(9.5)连接再生气入口(8.3)。

2.根据权利要求1所述的亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO2化学吸收系统，其特征在于：所述再生气余热回收单元(8)包括第三膜换热器单元(13)和第四膜换热器单元(14)，所述第三膜换热器单元(13)具有再生气出口(8.5)、第三膜换热器单元富液入口(13.1)、第三膜换热器单元冷凝水出口(13.2)、第三膜换热器单元再生气入口(13.3)、第三膜换热器单元富液出口(13.4)，所述第四膜换热器单元(14)具有第四膜换热器单元冷凝水入口(14.1)、第四膜换热器单元富液入口(14.2)、第四膜换热器单元富液出口(14.3)、第四膜换热器单元再生气出口(14.4)、冷凝水出口(8.2)、再生气入口(8.3)，其中，富液入口(8.1)分别连接第三膜换热器单元富液入口(13.1)和第四膜换热器单元富液入口(14.2)，第三膜换热器单元冷凝水出口(13.2)连接第四膜换热器单元冷凝水入口(14.1)，第四膜换热器单元再生气出口(14.4)连接第三膜换热器单元再生气入口(13.3)，第三膜换热器单元富液出口(13.4)和第四膜换热器单元富液出口(14.3)均连接富液出口(8.4)。

3.根据权利要求1所述的亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO2化学吸收系统，其特征在于：所述再生气余热回收单元(8)包括第五膜换热器单元(15)和第六膜换热器单元(16)，其中，第五膜换热器单元(15)包括第五膜换热器单元再生气出口(15.1)、第五膜换热器单元冷凝水出口(15.2)、第五膜换热器单元再生气入口(15.3)、第五膜换热器单元富液出口(15.4)和富液入口(8.1)，所述第六膜换热器单元(16)包括第六膜换热器单元再生气出口(16.1)、第六膜换热器单元富液入口(16.2)、第六膜换热器单元再生气入口(16.3)、第六膜换热器单元冷凝水出口(16.4)和富液出口(8.4)，所述第五膜换热器单元再生气出口(15.1)和第六膜换热器单元再生气出口(16.1)均连接再生气出口(8.5)，第五膜换热器单元富液出口(15.4)连接第六膜换热器单元富液入口(16.2)，再生气入口(8.3)连接第五膜换热器单元再生气入口(15.3)和第六膜换热器单元再生气入口(16.3)，第五膜换热器单元冷凝水出口(15.2)和第六膜换热器单元冷凝水出口(16.4)连接冷凝水出口(8.2)。

4.根据权利要求1所述的亲疏水双膜换热器强化余热回收的CO2化学吸收系统，其特征在于：所述再生气余热回收单元(8)包括第七膜换热器单元(17)和第八膜换热器单元(18)，其中，第七膜换热器单元(17)包括第七膜换热器单元再生气出口(17.1)、第七膜换热器单元富液入口(17.2)、第七膜换热器单元冷凝水出口(17.3)、第七膜换热器单元再生气入口(17.4)和第七膜换热器单元富液出口(17.5)，所述第八膜换热器单元(18)包括第八膜换热器单元冷凝水入口(18.1)、第八膜换热器单元富液入口(18.2)、冷凝水出口(8.2)、第八膜换热器单元再生气入口(18.3)、第八膜换热器单元富液出口(18.4)和第八膜换热器单元再生气出口(18.5)，所述富液入口(8.1)分别连接第七膜换热器单元富液入口(17.2)和第八膜换热器单元富液入口(18.2)，第七膜换热器单元再生气出口(17.1)和第八膜换热器单元再生气出口(18.5)分别连接再生气出口(8.5)，第七膜换热器单元富液出口(17.5)和第八膜换热器单元富液出口(18.4)分别连接富液出口(8.4)，再生气入口(8.3)分别连接第七膜换热器单元再生气入口(17.4)和第八膜换热器单元再生气入口(18.3)，第七膜换热器单元冷凝水出口(17.3)连接第八膜换热器单元冷凝水入口(18.1)。

Images