本發(fā)明屬于碳捕集，尤其涉及一種基于升壓效益的二氧化碳吸收方法。

背景技術(shù)：

1、以醇胺類吸收劑為代表的化學(xué)吸收法捕集二氧化碳技術(shù)已有較多研究，并已實(shí)施不少工程示范項(xiàng)目。吸收劑是決定工藝性能的關(guān)鍵，不同吸收劑在吸收速率、吸收容量及解吸能耗等方面有不同的表現(xiàn)，其中叔胺類(如mdea)、環(huán)狀胺類(如pz)因吸收容量與解吸能耗等性能優(yōu)勢而被受關(guān)注。但此類化學(xué)反應(yīng)是需要前置的co2物理溶解過程，從而易被物理溶解速率所限制。

2、提高co2吸收劑溶解速率的難點(diǎn)之一在于：采用增大壓力提高溶解速率的方法會把本來不需要被壓縮的惰性成分也同時(shí)被壓縮，產(chǎn)生了負(fù)效應(yīng)。co2吸收劑溶解速率的方法有二種：降低溫度是增大溶解速率的重要方法之一，因而吸收塔通常追求更低的操作溫度，但降低溫度會增加能耗成本；增大壓力是增大溶解速率的重要方法之二，由于壓力增大相對需要的碳捕集設(shè)備體積減小，所以增大壓力能產(chǎn)生減少吸收塔設(shè)備尺寸的效果，但增大壓力時(shí)，除壓縮二氧化碳外其它本來不需要被壓縮的惰性成分也同時(shí)被壓縮，產(chǎn)生了負(fù)效應(yīng)，為此需要將額外壓力能回收利用。

3、提高co2吸收劑溶解速率的難點(diǎn)之二在于：碳捕集系統(tǒng)長期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，造成液相分布不均勻：由于產(chǎn)品co2需求的波動或者電力系統(tǒng)低負(fù)荷，使得碳捕集系統(tǒng)長期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，所述低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)就是進(jìn)入碳捕集系統(tǒng)的液相過低。當(dāng)碳捕集系統(tǒng)液相過低時(shí)直接影響液相均布，使得塔器的氣液兩相接觸的傳熱傳質(zhì)效果惡化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種基于升壓效益的二氧化碳

2、吸收方法，第一目的在于解決提高co2吸收劑溶解速率時(shí)，采用增大壓力的方法會把本來不需要被壓縮的惰性成分也同時(shí)被壓縮，產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)的問題；第二目的在于解決碳捕集系統(tǒng)長期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，造成液相分布不均勻的問題。

3、本發(fā)明為解決其技術(shù)問題提出以下技術(shù)方案：

4、一種基于升壓效益的二氧化碳吸收方法，其特點(diǎn)在于：包括以下步驟：

5、步驟一、含co2的氣體經(jīng)過原料氣壓縮機(jī)(10)壓縮至設(shè)定壓力后，進(jìn)入吸收塔(11)，與吸收塔(11)塔頂流下的吸收液發(fā)生氣相和液相反應(yīng)，生成吸收co2的富液；

6、步驟二、剩余的惰性氣體進(jìn)入吸收塔(11)內(nèi)的氣體余壓驅(qū)動裝置，作為相應(yīng)裝置的備用動力；所述相應(yīng)裝置為：原料氣壓縮機(jī)(10)、吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)以及解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)；所述備用動力為：以相應(yīng)裝置原有的電機(jī)驅(qū)動作為第一驅(qū)動力，該相應(yīng)裝置的氣體余壓驅(qū)動作為第二驅(qū)動力；

7、步驟三、吸收co2的富液從吸收塔(11)塔釜排出，經(jīng)過通道閥(123)、再經(jīng)過貧富液換熱器(13)從上至下進(jìn)入解吸塔(14)；

8、步驟四、進(jìn)入解吸塔(14)的吸收co2的富液，經(jīng)過解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置進(jìn)入解吸塔解吸，將解吸出的co2氣體從解吸塔(14)塔頂排出；所述解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置用于將進(jìn)入解吸塔(14)的co2富液沿著解吸塔(14)的徑向和周向分配均勻；所述吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置包括上下兩層，上層為吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)，下層為換熱機(jī)構(gòu)，該換熱機(jī)構(gòu)由布設(shè)在吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)下方的附屬內(nèi)環(huán)換熱器(112)和附屬外環(huán)換熱器(113)組成；該附屬內(nèi)環(huán)換熱器(112)和附屬外環(huán)換熱器(113)用于計(jì)算外環(huán)與內(nèi)環(huán)冷卻熱負(fù)荷比k，根據(jù)冷卻熱負(fù)荷比k調(diào)整解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)的轉(zhuǎn)動速度。

9、步驟五、解吸c(diǎn)o2的貧液經(jīng)過貧液循環(huán)泵(16)和貧富液換熱器(13)，從上至下進(jìn)入吸收塔(11)的吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置，完成液相的循環(huán)；所述吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置用于將進(jìn)入吸收塔(11)的co2貧液沿著吸收塔的徑向和周向分配均勻；所述解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置包括上下兩層，上層為吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)，下層為換熱機(jī)構(gòu)，該換熱機(jī)構(gòu)由布設(shè)在吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)下方的附屬內(nèi)環(huán)換熱器(142)和附屬外環(huán)換熱器(143)組成；該附屬內(nèi)環(huán)換熱器(142)和附屬外環(huán)換熱器(143)用于計(jì)算外環(huán)與內(nèi)環(huán)冷卻熱負(fù)荷比k，根據(jù)冷卻熱負(fù)荷比k調(diào)整解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)的轉(zhuǎn)動速度。

10、進(jìn)一步地，所述氣體余壓驅(qū)動裝置包括三個(gè)：用于驅(qū)動原料氣壓縮機(jī)(10)的壓縮機(jī)氣體余壓驅(qū)動裝置(101)；用于驅(qū)動吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)的吸收塔布液器氣體余壓驅(qū)動裝置(114)；用于驅(qū)動解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)的解吸塔布液器氣體余壓驅(qū)動裝置(144)。

11、進(jìn)一步地，所述氣體余壓驅(qū)動作為第二驅(qū)動力，具體為：該壓縮機(jī)氣體余壓驅(qū)動裝置(101)作為原料氣壓縮機(jī)(10)的第二驅(qū)動力；該吸收塔布液器氣體余壓驅(qū)動裝置(114)作為驅(qū)動吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)的第二驅(qū)動力；該解吸塔布液器氣體余壓驅(qū)動裝置(144)作為解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)的第二驅(qū)動力；該吸收塔布液器氣體余壓驅(qū)動裝置(114)和解吸塔布液器氣體余壓驅(qū)動裝置(144)分別對吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)和解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)驅(qū)動后，氣體膨脹且溫度下降，并伴隨有凝結(jié)液，凝結(jié)液中富含吸收劑，由此，將吸收劑回流至解吸塔。

12、進(jìn)一步地，所述吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)或解吸塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)包括上中下三層和周向布設(shè)的分液部件驅(qū)動支撐(17-16)和多個(gè)分液部件從動支撐(17-15)：上層為進(jìn)液管(17-13)、中層為分液部件(17-12)、下層為堰流部件(17-11)；該分液部件驅(qū)動支撐(17-16)用于驅(qū)動分液部件(17-12)轉(zhuǎn)動；該多個(gè)分液部件從動支撐(17-15)用于被分液部件(17-12)帶動。

13、進(jìn)一步地，該進(jìn)液管(17-13)由外向內(nèi)水平穿入塔設(shè)備壁(17-14)后，在吸收塔或解吸塔中心處90度彎轉(zhuǎn)向下連通分液部件(17-12)。

14、進(jìn)一步地，該分液部件(17-12)包括分液部件入口(17-1202)、分液分管(17-1201)、分液支管(17-1204)以及分液盒(17-1203)；分液部件入口(17-1202)向上與進(jìn)液管(17-13)連接、向下與分液盒(17-1203)和分液分管(17-1201)連接；分液分管(17-1201)為沿著周向和徑向均勻布設(shè)在吸收塔內(nèi)的十字交叉的四條分液通道，該四條分液通道在中心區(qū)分別連通分液盒(17-1203)；每一條分液分管(17-1201)的下表面還垂直連通若干條分液支管(17-1204)，該分液支管(17-1204)用于連接下層的堰流部件(17-11)。

15、進(jìn)一步地，該堰流部件(17-11)為沿著徑向和周向均勻布設(shè)的多條環(huán)形通道；該多條環(huán)形通道向上連通分液支管(1204)，向下連通吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液裝置的換熱機(jī)構(gòu)；該多條環(huán)形通道從大半徑到小半徑方向依次為：第一層堰流通道(17-1101)，第二層堰流通道(17-1102)，第三層堰流通道(17-1103)，第四層堰流通道(17-1104)以及貫穿該四條堰流通道的層間聯(lián)通堰流通道(17-1105)。

16、進(jìn)一步地，所述布設(shè)在吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)下方的附屬內(nèi)環(huán)換熱器(112)包括：內(nèi)環(huán)換熱進(jìn)口(17-1003)、內(nèi)環(huán)換熱出口(17-1004)以及連通該入口和出口的換熱管道(17-1005)；所述布設(shè)在吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)下方的附屬外環(huán)換熱器(113)包括：外環(huán)換熱進(jìn)口(17-1001)、外環(huán)換熱出口(17-1002)以及連通該入口和出口的換熱管道(17-1005)。

17、進(jìn)一步地，所述根據(jù)冷卻熱負(fù)荷比k調(diào)整吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(111)的轉(zhuǎn)動速度，或者根據(jù)冷卻熱負(fù)荷比k調(diào)整吸收塔進(jìn)液旋轉(zhuǎn)布液器(141)的轉(zhuǎn)動速度，具體過程如下：

18、1)設(shè)外環(huán)換熱器冷卻熱負(fù)荷q1＝cp1*m1*δt1；內(nèi)環(huán)換熱器冷卻熱負(fù)荷q2＝cp2*m2*δt2；式中cp為冷卻介質(zhì)定壓比熱容，m為冷卻介質(zhì)質(zhì)量流量，δt為冷卻介質(zhì)經(jīng)過換熱后的溫差；

19、2)k＝q1/q2為外環(huán)與內(nèi)環(huán)冷卻熱負(fù)荷比；

20、3)當(dāng)液相分布較為均勻時(shí)，k為一個(gè)可獲得的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值k0，當(dāng)出現(xiàn)不均勻時(shí)，k>k0，或者k＜k0；

21、4)根據(jù)k>k0或者k＜k0調(diào)整k值，使得k值接近于經(jīng)驗(yàn)值k0。

22、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果

23、1、co2在水中的溶解度將顯著增強(qiáng)，對于化學(xué)吸收法吸收劑通常為醇胺物質(zhì)的水溶液，其中叔胺類(如mdea)與co2反應(yīng)受限于co2水溶解速率的影響很大，而環(huán)胺類(如pz)受限于pz的溶解過程，增大操作壓力同樣有益其溶解，最終產(chǎn)生了提高吸收塔吸收效率的效果，表現(xiàn)為需要更少的填料及塔高(如反應(yīng)效率提高20％，意味相同塔高內(nèi)有更多反應(yīng)物被轉(zhuǎn)化，理論填料高度最大可為原先的80％)。同時(shí)操作壓力升高的帶來了氣相速率下降，對應(yīng)更小的吸收塔氣相體積流量，在同樣泛點(diǎn)操作條件下，可以顯著縮小吸收塔的塔徑(升壓至2倍后，氣相體積流量減少1/2，理論塔徑最小可為原先的70.7％)

24、2、吸收塔與解吸操作壓差足夠大就可以利用自然壓力推動富液從吸收塔11流向解吸塔14，穩(wěn)定運(yùn)行將不再需要富液循環(huán)泵12，富液循環(huán)泵12只是在啟動階段和備用壓力不足情況啟動。

25、3、本發(fā)明關(guān)鍵問題是解決“新增加的壓縮能回收問題”(新增加的壓縮能是指壓縮co2的同時(shí)也攜帶壓縮了惰性氣體，而惰性氣體本來是不需要壓縮的)，為此，創(chuàng)新采用新型的壓縮能方式，組合了動態(tài)旋轉(zhuǎn)液相分布器功能，既解決的壓縮能回收問題，又實(shí)現(xiàn)了均勻布液目的，并且借助液器下方附屬內(nèi)/外環(huán)換熱器熱負(fù)荷相對變化來反饋動態(tài)布液的效果。

26、4、常規(guī)方法當(dāng)進(jìn)入吸收塔和解吸塔的液相溫度較高時(shí)，需要在吸收塔或解吸塔外面增加液相進(jìn)塔換熱器，本發(fā)明采用的換熱機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于將換熱器挪到塔內(nèi)，挪到塔內(nèi)的最大優(yōu)勢在于凝結(jié)下的吸收劑直接回到塔內(nèi)，減少了設(shè)備及管路。