CN219647113U - 一种co2吸收解吸兼具固废资源化利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，包括：烟气模拟配气模块，连通气体缓冲罐；气液错流超重力反应模块，连通气体缓冲罐；其包括液体分布器、第一旋转体和第一外壳；液体分布器贯穿第一外壳设置，引入并喷洒液体；第一旋转体具有第一金属丝网且第一旋转体设置在第一外壳内；撞击流超重力反应模块，连通气液错流超重力反应模块；其包括第二旋转体、第一液体管路、第二液体管路和第二外壳；第二旋转体具有第二金属丝网且第二旋转体设置在第二外壳内，第一液体管路连通第一液体出口，第二液体管路引入并喷洒液体。本实用新型可以降低固体废弃物对环境的污染同时固定CO2。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟道气尾气CO2处理技术领域，尤其是指一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统。
背景技术
随着人类社会的发展，物质能源大量消耗，伴随着产生大量CO2，使得全球气候问题发生急剧变化。目前燃烧后CO2捕集技术是最常用的一种CO2减排技术，燃烧后CO2捕集技术是指在燃料燃烧后使用各种技术手段分离、回收烟气中的CO2，按照分离方法的不同，燃烧后CO2捕集技术可以分为：化学吸收法、固体吸附法、膜分离法以及基于温度的相分离法等，其中，化学吸收法是利用CO2和化学吸收剂之间的化学反应将CO2气体从烟气中选择性地分离出来的技术，该技术是一种连续的循环的过程，包括CO2吸收和解吸两个步骤。该工艺中，吸收剂在吸收塔中较低温度下选择性吸收烟气中的CO2形成CO2富液。随后CO2富液在解析塔中较高温度下释放所吸收的CO2并实现吸收剂再生。这种工艺可以高效地从烟气中去除CO2和生产高纯度CO2，烟气中CO2的去除效率可达99％，尽管如此，该工艺仍然面临着高能耗和高投资运行成本的巨大挑战。
此外，膜分离技术用于CO2的分离，存在分离成本较高，且其稳定性和选择性有待进一步优化。使用固体材料进行CO2捕集有许多优点，如循环过程中产生的副产物少、废弃固体吸附剂易于处理等。但会存在吸附量低，吸附效率低等。
目前在CO2治理技术中，CO2的捕集和封存是其技术重点，关系到其对CO2排放控制的效果。在以上的几种捕集技术中，化学吸收法是捕集效率最高、适用性最好的一种捕集技术，但捕集提纯之后得到的较为纯净的CO2如何长期安全的固定起来以使其与大气隔离，达到缓解“温室效应”的目的，以及如何降低化学吸收剂的消耗，提高化学吸收剂的重复利用率，成为目前CO2减排技术重点关注的问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用装置。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，包括：
烟气模拟配气模块，包括多种气体瓶并连通气体缓冲罐；
气液错流超重力反应模块，连通所述气体缓冲罐；其包括液体分布器、第一旋转体和第一外壳，所述第一外壳设置气体出口和第一液体出口；所述液体分布器贯穿所述第一外壳设置，引入并喷洒液体；所述第一旋转体具有第一金属丝网且所述第一旋转体设置在所述第一外壳内；
撞击流超重力反应模块，连通所述气液错流超重力反应模块；其包括第二旋转体、第一液体管路、第二液体管路和第二外壳，所述第二外壳设置第二液体出口；所述第二旋转体具有第二金属丝网且所述第二旋转体设置在所述第二外壳内，所述第一液体管路连通所述第一液体出口，所述第二液体管路引入并喷洒液体。
其进一步的技术特征在于：所述液体分布器包括中心管，沿所述中心管的长度方向开设多个出水口；所述中心管的端部连接第一转轴，所述第一转轴通过第一旋转接头连接第一驱动源。
其进一步的技术特征在于：所述液体分布器喷洒胺类吸收剂。
其进一步的技术特征在于：所述第一旋转体包括第一上旋转盘和第一下旋转盘，所述第一金属丝网设置于所述第一上旋转盘和所述第一下旋转盘；所述第一上旋转盘和所述第一下旋转盘均开设所述液体分布器贯穿用第一通道。
其进一步的技术特征在于：所述气体瓶包括CO2气体瓶、SO2气体瓶和N2气体瓶，所述CO2气体瓶、所述SO2气体瓶和所述N2气体瓶分别按体积进入所述气体缓冲罐。
其进一步的技术特征在于：所述第二旋转体包括第二上旋转盘和第二下旋转盘，所述第二金属丝网设置于所述第二上旋转盘和所述第二下旋转盘；所述第二上旋转盘和所述第二下旋转盘均开设所述第一液体管路和所述第二液体管路贯穿用第二通道；所述第二旋转体连接第二转轴，所述第二转轴连接第二驱动源。
其进一步的技术特征在于：所述第一液体管路设置多个第一液体喷嘴，所述第二液体管路设置多个第二液体喷嘴。
其进一步的技术特征在于：还包括空气压缩机，连接所述气体缓冲罐。
其进一步的技术特征在于：还包括烟气分析仪，设置在所述气液错流超重力反应模块和所述气体缓冲罐之间的管路。
其进一步的技术特征在于：还包括储液槽，连接所述撞击流超重力反应模块。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本实用新型所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统设置气液错流超重力反应模块强化烟道气中CO2快速由气相转移到液相的过程，显著提升吸收速率和净化效果。超重力对胺类吸收剂的高度分散可以减少吸收剂的用量，降低通过设备的气相阻力，节省泵及风机的电耗。
2、本实用新型所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统设置撞击流超重力反应模块，其旋转填料将液体剪切为微纳尺度的液体形态，强化了液体表面的更新速率，增加了液体的湍动，促进了边界层的分离，因而显著强化了液液接触的过程，提高了沉淀反应效率。
3、本实用新型所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统设置储液槽，经固液分离后，胺类吸收剂再生重新回到气液错流超重力反应器的顶部进行下一轮CO2吸收循环，得到的固体沉淀物(CaCO3和MgCO3)经脱水干燥后可做为资源化产品再次利用。
4、本实用新型所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统应用于水泥行业、钢铁行业、电力行业等高耗能行业领域。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型中CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统的示意图。
图2是本实用新型中气液错流超重力反应器的示意图。
图3是本实用新型中液体分布器的示意图。
图4是本实用新型中撞击流超重力反应器的示意图。
说明书附图标记说明：100、气液错流超重力反应模块；101、第一转轴；102、液体分布器；1021、出水口；103、第一旋转接头；104、气密封；105、第一旋转体；106、气体出口；107、第一金属丝网；108、第一外壳；109、第一轴密封；110、第一液体出口；200、撞击流超重力反应模块；201、第二转轴；202、第二旋转接头；203、第二旋转体；204、第二金属丝网；205、第一液体喷嘴；206、第二液体喷嘴；207、第一液体管路；208、第二液体管路；209、第二外壳；210、第二液体出口；211、第二轴密封；300、烟气模拟配气模块；301、CO2气体瓶；302、SO2气体瓶；303、N2气体瓶；400、气体流量计；500、空气压缩机；600、气体缓冲罐；701、两通阀；702、三通阀；800、烟气分析仪；900、储液槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。
如图1所示，一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，包括：
烟气模拟配气模块300，包括多种气体瓶并连通气体缓冲罐600；
气液错流超重力反应模块100，连通气体缓冲罐600；其包括液体分布器102、第一旋转体105和第一外壳108，第一外壳108设置气体出口106和第一液体出口110；液体分布器102贯穿第一外壳108设置，引入并喷洒液体；第一旋转体105具有第一金属丝网107且第一旋转体105设置在第一外壳108内；
撞击流超重力反应模块200，连通气液错流超重力反应模块100；其包括第二旋转体203、第一液体管路207、第二液体管路208和第二外壳209，第二外壳209设置第二液体出口210；第二旋转体203具有第二金属丝网204且第二旋转体203设置在第二外壳209内，第一液体管路207连通第一液体出口110，第二液体管路208引入并喷洒液体。
上述提供了一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，解决现有的CO2捕集技术稳定性差、能耗高和成本高的问题。
结合图2和图3，在本实施例中，液体分布器102包括中心管，沿中心管的长度方向开设多个出水口1021；中心管的端部连接第一转轴101，第一转轴101通过第一旋转接头103连接第一驱动源。其中，液体分布器102喷洒胺类吸收剂，胺类吸收剂为二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺，浓度为30％-50％(胺：水质量分数)。具体地，胺类吸收剂经预加热到40℃进入气液错流超重力反应模块100进行CO2吸收，此温度也更接近于烟道气温度。优选地，第一转轴101的两端均设置第一旋转接头103，其中一个第一旋转接头103为气体进口，另一个第一旋转接头103为液体进口(如图1-图3任意一幅图中箭头和文字所示)。
优选地，第一转轴101的一端和第一外壳108的连接处设置第一轴密封109，第一轴密封109为密封圈，即采用密封圈形式对第一转轴101的一端进行密封。
在本实施例中，气液错流超重力反应模块100还设置有气密封104，气密封104是利用压缩空气来封堵旋转轴的间隙，不使工作介质泄漏的密封装置。具体地，可以在气液错流超重力反应模块100的壳体上加工环形槽，通过压缩空气进入后封堵旋转轴的间隙，用以防止润滑油的渗漏。
在本实施例中，第一旋转体105包括第一上旋转盘和第一下旋转盘，第一金属丝网107设置于第一上旋转盘和第一下旋转盘；第一上旋转盘和第一下旋转盘均开设液体分布器102贯穿用第一通道。其中，第一金属丝网107即为填料。具体地，填料为由若干平行的波纹金属丝网缠绕叠加组装成环形盘状填料。
如图4所示，在本实施例中，第二旋转体203包括第二上旋转盘和第二下旋转盘，第二金属丝网204设置于第二上旋转盘和第二下旋转盘；第二上旋转盘和第二下旋转盘均开设第一液体管路207和第二液体管路208贯穿用第二通道；第二旋转体203连接第二转轴201，第二转轴201连接第二驱动源。其中，第二金属丝网204即为填料。具体地，填料为由若干平行的波纹金属丝网缠绕叠加组装成环形盘状填料。
其中，第二转轴201的一端设置第二旋转接头202，第二旋转接头202用于连接驱动源例如市售电机的输出端。
第二转轴201的一端和第二外壳209的连接处设置第二轴密封211，第二轴密封211为密封圈，即采用密封圈形式对第二转轴201的一端进行密封。
第二液体管路208引入的液体的制备方法如下：采用的碱性固体废弃物可为电石渣、粉状页岩烧制灰、钢渣等；其中，碱性固体废弃物经粉碎研磨后，加入去离子水搅拌制成浆液，液固比为10：1-20：1(L/kg)。其中，浆液中钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+)的自由移动增加了离子间相互接触的机会，从而提高了反应速率。当碱性固体废弃物加入到去离子水中后，首先会发生水合反应使CaO、MgO转变为Ca(OH)2、Mg(OH)2；然后Ca(OH)2、Mg(OH)2溶解得到的Ca2+、Mg2+和OH-扩散到溶液中，溶液变为强碱性并且Ca2+、Mg2+呈过饱和状态。
可选地，第一驱动源和第二驱动源均为市售的电机，其型号和功率由本领域的技术人员根据需要选择和调整。
在本实施例中，第一液体管路207设置多个第一液体喷嘴205，第二液体管路208设置多个第二液体喷嘴206。优选地，第一液体喷嘴205和第二液体喷嘴206的数量相同，且第一液体喷嘴205和第二液体喷嘴206的位置对应。具体地，第一液体喷嘴205和第二液体喷嘴206同轴同心反向设置，与第二转轴201同心，第一液体喷嘴205和第二液体喷嘴206的轴向安装位置以第二金属丝网204厚度的中心线为对称。
在本实施例中，气体瓶包括CO2气体瓶301、SO2气体瓶302和N2气体瓶303，CO2气体瓶301、SO2气体瓶302和N2气体瓶303分别按体积进入气体缓冲罐600。具体地，CO2气体瓶301、SO2气体瓶302和N2气体瓶303分别连接气体流量计400，气体缓冲罐600和气液错流超重力反应模块100之间也设置气体流量计400，还设置两通阀701和三通阀702。
根据气体缓冲罐的压力和体积，确定所需N2、CO2、SO2的体积，然后通过调整相应的气体流量计400，将N2、CO2、SO2、空气依次充入气体缓冲罐600中，混合后的气体经过气体流量计400后通过两通阀701和三通阀702，通过调节阀门完成混合气的气体组分分析，然后将混合气通入气液错流超重力反应模块100，经处理后的气体通过三通阀702进行处理后气体的组分分析。
在本实施例中，CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统还包括空气压缩机500，连接气体缓冲罐600，空气压缩机500提供空气动力，给与气体缓冲罐600一定的压力。
在本实施例中，CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统还包括烟气分析仪800，设置在气液错流超重力反应模块100和气体缓冲罐600之间的管路。
在本实施例中，CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统还包括储液槽900，连接撞击流超重力反应模块200。
本实用新型的工作原理如下：
首先，设定气体缓冲罐600(20L)的最后的压力为0.1MPa(表压)，根据气体缓冲罐的压力和体积，确定所需N2、CO2、SO2的体积(CO2为15.0％，N2为79.9％，SO2为0.1％)，按照一定流量通过空气压缩机500进入气体缓冲罐，通过气体流量计400、两通阀701、三通阀703进入气液错流超重力反应模块100，胺类吸收剂(二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺)从气液错流超重力反应模块100的上部进入，在第一金属丝网107内气液呈错流接触。
第一金属丝网107装填在第一旋转体105中，第一旋转体105与第一转轴101相连，通过第一旋转接头103，第一旋转体105由第一驱动源带动高速旋转，胺类吸收剂(二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺)经液体分布器102均匀喷淋到第一金属丝网107的边缘，在离心力的作用下，液体被剪切为液滴、液丝或液膜等微纳尺度的液体形态，并沿第一金属丝网107的径向从第一金属丝网107的内缘向外缘运动，碰到第一外壳108的内壁后落下，从位于底部的第一液体出口110排出。
模拟热电厂烟道气从气液错流超重力反应模块100的气体进口即第一外壳108的底部进入，在压力的作用下，沿轴向从第一金属丝网107的底部进入第一金属丝网107，与液体在填料内错流接触后通过填料层到第一金属丝网107的上部，然后从位于第一外壳108上部的气体出口排出。
如此，便实现了模拟热电厂烟道气与胺类吸收剂在高速旋转的填料中的错流接触，可将90％-98％的CO2吸收捕集。捕集后的烟道气可视情况外排或脱硫脱硝处理。在此过程中，胺类吸收剂形成的微纳尺度的液滴、液丝或液膜，具有极大的相际面积，而且在超重力作用下这些表面更新很快，极大地强化了气液相间的传递速率，提高了CO2吸收捕集效率。
以二乙醇胺作为胺类吸收剂为例，此过程中，在气液错流超重力反应模块100中，二乙醇胺与溶解的CO2发生反应形成(CH2CH2OH)2NCOOH，反应如下：
(CH2CH2OH)2NCOOH不稳定，在反应体系中会发生如下反应：
随着CO2不断通入气液错流超重力反应模块100，反应体系pH不断降低，氨基甲酸酯((CH2CH2OH)2NCOO-)会与质子离子发生反应生成碳酸氢盐(HCO3-)，反应如下：
吸收捕集了CO2的胺类吸收液由泵进入撞击流超重力反应模块200，与此同时固体废弃物浆液(电石渣与去离子水混合成的浆液、粉状页岩烧制灰与去离子水混合成的浆液、钢渣与去离子水混合成的浆液)由泵打入撞击流超重力反应模块200的上部，两股液体(第一液体喷嘴205喷射的液体和第二液体喷嘴206喷射的液体)体积流量相等，固体废弃物浆液经液体流量计计量后由第二液体喷嘴206喷出，在撞击区内进行初次快速碰撞、混合、反应。随后液体沿径向由内向外运动进入到高速碰撞、剪切，流体之间进行二次深度均匀混合、反应。混合、反应后的液体最后被甩出，沿第二外壳209的内壁流至第二液体出口210，排入储液槽900。
在此(过)程中，发生的g反应如下：
在此过程中，两种液体以撞击流的方式混合接触，经撞击混合形成一垂直于竖流方向的薄膜面，两股流体实现一定程度的混合，混合较弱的撞击雾面边缘进入超重力设备的填料床内腔，流体沿填料孔隙向外缘流动，在此期间液体被多次切割、聚并及分散，从而得到进一步的混合，因而，其传质速率更高，更有利于溶液形成相对高的过饱和度，更利于沉淀反应的进行。
由撞击流超重力反应模块200的底部的第二液体出口210排出的混合液进入储液槽900后，经固液分离后，胺类吸收剂再生重新回到气液错流超重力反应器的顶部进行下一轮CO2吸收循环，得到的固体沉淀物(CaCO3和MgCO3)经脱水干燥后可做为资源化产品再次利用。
在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：包括：
烟气模拟配气模块(300)，包括多种气体瓶并连通气体缓冲罐(600)；
气液错流超重力反应模块(100)，连通所述气体缓冲罐(600)；其包括液体分布器(102)、第一旋转体(105)和第一外壳(108)，所述第一外壳(108)设置气体出口(106)和第一液体出口(110)；所述液体分布器(102)贯穿所述第一外壳(108)设置，引入并喷洒液体；所述第一旋转体(105)具有第一金属丝网(107)且所述第一旋转体(105)设置在所述第一外壳(108)内；
撞击流超重力反应模块(200)，连通所述气液错流超重力反应模块(100)；其包括第二旋转体(203)、第一液体管路(207)、第二液体管路(208)和第二外壳(209)，所述第二外壳(209)设置第二液体出口(210)；所述第二旋转体(203)具有第二金属丝网(204)且所述第二旋转体(203)设置在所述第二外壳(209)内，所述第一液体管路(207)连通所述第一液体出口(110)，所述第二液体管路(208)引入并喷洒液体。
2.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：所述液体分布器(102)包括中心管，沿所述中心管的长度方向开设多个出水口(1021)；所述中心管的端部连接第一转轴(101)，所述第一转轴(101)通过第一旋转接头(103)连接第一驱动源。
3.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：所述液体分布器(102)喷洒胺类吸收剂。
4.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：所述第一旋转体(105)包括第一上旋转盘和第一下旋转盘，所述第一金属丝网(107)设置于所述第一上旋转盘和所述第一下旋转盘；所述第一上旋转盘和所述第一下旋转盘均开设所述液体分布器(102)贯穿用第一通道。
5.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：所述气体瓶包括CO2气体瓶(301)、SO2气体瓶(302)和N2气体瓶(303)，所述CO2气体瓶(301)、所述SO2气体瓶(302)和所述N2气体瓶(303)分别按体积进入所述气体缓冲罐(600)。
6.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：所述第二旋转体(203)包括第二上旋转盘和第二下旋转盘，所述第二金属丝网(204)设置于所述第二上旋转盘和所述第二下旋转盘；所述第二上旋转盘和所述第二下旋转盘均开设所述第一液体管路(207)和所述第二液体管路(208)贯穿用第二通道；所述第二旋转体(203)连接第二转轴(201)，所述第二转轴(201)连接第二驱动源。
7.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：所述第一液体管路(207)设置多个第一液体喷嘴(205)，所述第二液体管路(208)设置多个第二液体喷嘴(206)。
8.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：还包括空气压缩机(500)，连接所述气体缓冲罐(600)。
9.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：还包括烟气分析仪(800)，设置在所述气液错流超重力反应模块(100)和所述气体缓冲罐(600)之间的管路。
10.根据权利要求1所述的CO2吸收解吸兼具固废资源化利用系统，其特征在于：还包括储液槽(900)，连接所述撞击流超重力反应模块(200)。
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