CN216024113U - 用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔及碳捕集吸收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔及碳捕集吸收系统，包括吸收塔壳体；吸收塔壳体内自上到下依次设置有贫液喷口、若干填料层及浆液池，其中，相邻填料层之间设置有催化层，吸收塔壳体底部的侧面设置有烟气入口，吸收塔壳体的顶部设置有净烟气出口，催化层中的活性组分为K离子、Na离子及Mg离子的一种或多种，该吸收塔及系统能够加速CO2的吸收速度，解决有机胺吸收溶剂与CO2反应速度慢的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于温室气体二氧化碳减排技术领域，涉及一种用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔及碳捕集吸收系统。
背景技术
化学吸收法较为常用有机胺主要是伯胺(如MEA)、仲胺(如DEA)及叔胺(如MDEA，TEA等)，伯胺和仲胺与二氧化碳反应相对较快，生成的氨基甲酸盐化学性质较稳定，但存在二氧化碳饱和容量小、解吸反应热大等缺点；叔胺相比于伯胺、仲胺，其二氧化碳饱和容量大，解吸反应热较小，但由于叔胺的N原子上不含有活泼氢，只能间接与CO2分子反应，叔胺吸收二氧化碳的速率较慢。
为了解决叔胺等有机胺与二氧化碳反应速度慢的问题，专利CN1962032、CN103143236A采用加入活化剂的方法，CN110479045A采用板式吸收塔增加气液接触和反应时间的方式来提高二氧化碳的吸收效率。但这些方法对二氧化碳吸收效率提高有限，脱碳系统能耗和运行成本仍然较高。
专利CN105749728B提供了一种基于催化反应的二氧化碳的捕集方法，但该方法没有明确吸收装置的形式和催化剂成分，不同装置形式和固体碱对催化吸收的效果差异较大，催化剂活性位点与CO2结合键过于紧密或者过于宽松，均会影响催化吸收的效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔及碳捕集吸收系统，该吸收塔及系统能够加速CO2的吸收速度，解决有机胺吸收溶剂与CO2反应速度慢的问题。
为达到上述目的，本实用新型所述的用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔包括吸收塔壳体；
吸收塔壳体内自上到下依次设置有贫液喷口、若干填料层及浆液池，其中，相邻填料层之间设置有催化层，吸收塔壳体底部的侧面设置有烟气入口，吸收塔壳体的顶部设置有净烟气出口。
填料层的层数为两层。
填料层的层数为三层。
催化层为球状结构或者蜂窝状结构。
催化层中催化剂的活性组分为K离子、Na离子及Mg离子的一种或多种，催化剂的载体为SiO2、γ-Al2O3或分子筛。
本实用新型所述的碳捕集吸收系统包括富液泵、再生塔及填料吸收塔，其中，浆液池的出口经富液泵与再生塔的入口相连通，再生塔的出口与贫液喷口相连通。
还包括风机，风机的出口与烟气入口相连通。
还包括贫/富液换热器；浆液池的出口经富液泵与贫/富液换热器的放热侧入口相连通，贫/富液换热器的放热侧出口与再生塔的入口相连通，再生塔的出口与贫/富液换热器的吸热侧入口相连通，贫/富液换热器的吸热侧出口与贫液喷口相连通。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔及碳捕集吸收系统在具体操作时，相邻填料层之间设置有催化层，以加强有机胺吸收溶剂的CO2吸收性能，加速CO2的吸收速度，解决有机胺吸收溶剂与CO2反应速度慢的问题，降低CO2捕集装置中胺溶剂循环量、系统电耗及后续溶液加热再生蒸汽消耗。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例二的结构示意图；
图3为对比例一的结构示意图。
其中，1为吸收塔壳体、2为催化层、3为填料层、4为贫液喷口、5为净烟气出口、6为富液泵、7为贫/富液换热器、8为风机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本实用新型公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本实用新型公开的概念。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本实用新型所述的用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔包括吸收塔壳体1；
吸收塔壳体1内自上到下设置有贫液喷口4、若干填料层3及浆液池，其中，相邻填料层3之间设置有催化层2，吸收塔壳体1底部的侧面设置有烟气入口，吸收塔壳体1的顶部设置有净烟气出口5，催化层2中的活性组分为K离子、Na离子及Mg离子的一种或多种，催化层2中的载体为SiO2、γ-Al2O3或分子筛，催化层2中的催化剂为球状结构或者蜂窝状结构，吸收塔的操作温度55-70℃。
本实用新型所述的碳捕集吸收系统包括风机8、富液泵6、再生塔及填料吸收塔，其中，浆液池的出口经富液泵6与再生塔的入口相连通，再生塔的出口与贫液喷口4相连通，风机8的出口与烟气入口相连通。
本实用新型还包括贫/富液换热器7；浆液池的出口经富液泵6与贫/富液换热器7的放热侧入口相连通，贫/富液换热器7的放热侧出口与再生塔的入口相连通，再生塔的出口与贫/富液换热器7的吸热侧入口相连通，贫/富液换热器7的吸热侧出口与贫液喷口4相连通。
实施例一
所述催化层2为K掺杂MgO催化层，且催化层2的层数为两层，吸收塔壳体1内的吸收液为质量浓度20％的MDEA溶液，在工作时，MDEA吸收液从贫液喷口4进入吸收塔壳体1内，在填料层3气液传质及催化层2的催化作用下，烟气中的CO2在催化剂提供的负离子物质作用下快速与MDEA分子反应，被吸收液吸收，经过脱碳处理后的烟气通过净烟气出口5排放至大气中，含CO2富液经过富液出口由富液泵6进入到贫/富液换热器7中放热，再送至再生塔中进行再生，经过加热再生及分离CO2后的MDEA溶液经换热送回至贫液喷口4中，从而完成MDEA溶液吸收CO2的循环，通过测量原烟气及净烟气中CO2的体积浓度及烟气量，计算得到本实施例中CO2的脱除效率为74.5％，化学分析得到胺溶液CO2负荷为0.43(molCO2/mol胺溶剂)。
实施例二
本实施例与实施例一的区别为：吸收液为15％MDEA+5％AMP的混合吸收液，AMP作为活化剂加入MDEA溶液中，以提高CO2的吸收性能。通过测量原烟气及净烟气中CO2的体积浓度及烟气量，计算得到本实施例中CO2脱除效率为89.6％，化学分析得到胺溶液CO2负荷为0.53(molCO2/mol胺溶剂)。
实施例三
本实施例与实施例二的区别在于：填料层3为三层，催化层2为两层，布置更多的催化层2以增加催化效果，进一步提高混合胺溶液对CO2的吸收性能，通过测量原烟气及净烟气中CO2体积浓度及烟气量，计算得到本实施例中CO2脱除效率为94.2％，化学分析得到胺溶液CO2负荷为0.57(molCO2/mol胺溶剂)。
对比例一
本对比例与实施例一的区别在于：本对比例中，吸收塔内布置两段填料层3，布置1段Na掺杂CaO催化，通过测量原烟气及净烟气中CO2体积浓度及烟气量，计算得到本对比例中CO2脱除效率为32.9％，化学分析得到胺溶液CO2负荷为0.19(molCO2/mol胺溶剂)。
对比例二
本对比例与对比例一的区别在于：本对比例使用15％MDEA+5％AMP的混合胺溶液作为CO2吸收液，通过测量原烟气及净烟气中CO2体积浓度及烟气量，计算得到本对比例中CO2脱除效率为63.4％，化学分析得到胺溶液CO2负荷为0.36(molCO2/mol胺溶剂)。
各实施例与对比例的结果如表1所示：
表1
从表1可以看出，与对比例一相比，实施例一通过在两填料层3之间加入K掺杂MgO催化层，加强了MDEA溶液的CO2吸收性能，吸收塔内的吸收效率和溶液的CO2负荷明显提升，提升效果优于对比例二未布置催化层2只加入活化剂AMP的提升效果。实施例二中，在加入活化剂(对比例2)的基础上，吸收塔内布置催化剂可进一步提升CO2与MDEA/AMP混合溶液的反应性能，提高溶液中CO2负荷和烟气CO2的脱除效率，实施例三中，增加为2层催化层2后，MDEA/AMP混合溶液对CO2的吸收性能进一步提升。
Claims (7)
1.一种用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔，其特征在于，包括吸收塔壳体(1)；
吸收塔壳体(1)内自上到下依次设置有贫液喷口(4)、若干填料层(3)及浆液池，其中，相邻填料层(3)之间设置有催化层(2)，吸收塔壳体(1)底部的侧面设置有烟气入口，吸收塔壳体(1)的顶部设置有净烟气出口(5)。
2.根据权利要求1所述的用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔，其特征在于，催化层(2)中的催化剂为球状结构或者蜂窝状结构。
3.根据权利要求1所述的用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔，其特征在于，填料层(3)的层数为两层。
4.根据权利要求1所述的用于有机胺二氧化碳捕集的填料吸收塔，其特征在于，填料层(3)的层数为三层。
5.一种碳捕集吸收系统，其特征在于，包括富液泵(6)、再生塔及权利要求1所述的填料吸收塔，其中，浆液池的出口经富液泵(6)与再生塔的入口相连通，再生塔的出口与贫液喷口(4)相连通。
6.根据权利要求5所述的碳捕集吸收系统，其特征在于，还包括风机(8)，风机(8)的出口与烟气入口相连通。
7.根据权利要求5所述的碳捕集吸收系统，其特征在于，还包括贫/富液换热器(7)；浆液池的出口经富液泵(6)与贫/富液换热器(7)的放热侧入口相连通，贫/富液换热器(7)的放热侧出口与再生塔的入口相连通，再生塔的出口与贫/富液换热器(7)的吸热侧入口相连通，贫/富液换热器(7)的吸热侧出口与贫液喷口(4)相连通。
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