裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種燃燒煙氣co2排放控制裝置，具體涉及一種旋流逆向氣液多級接 觸強化吸收大跨度co2裝置。
【背景技術】
[0002] 人為0)2已被主流科學家認為是導致溫室效應和氣候變暖的一個重要誘因。據政 府間氣候變化委員會（IPCC)第五次報告顯示，大氣中的C02濃度由1750年的278 ppm上升 至2011年的390. 5 ppm，較工業化之前高了 40%。而化石燃料燃燒產生的0)2是大氣中C02 濃度升高的重要來源。因此，控制C02的排放已成為全球各國不得不重視的科學、技術甚至 是政治經濟問題。現階段，對于燃燒后〇) 2的脫除技術主要有物理吸附法、化學吸收法、膜 吸收法和生物固碳，其中化學吸收法最為成熟，已獲得廣泛研宄并應用。
[0003] 研宄表明，基于化學吸收法0)2捕集的方法和技術的實質是強化碳化反應的混合、 傳質和反應過程。其中通過改善氣液兩相的流動方式和形態實現混合強化是有效方式之 一。現有用于〇)2吸收的方法多采用傳統的氣液反應器，如填料塔、噴淋塔、板式等方式實 現氣液接觸，但是其氣液反應條件處于常規重力環境下，受常規重力場的限制，氣液兩相的 相對運動速度和相界面更新速度慢，導致設備的生產能力小，傳質效率低，使其工業應用和 需求受到限制。近年來，一類利用動態超重力場強化傳質的原理發展起來的旋轉填料床，由 于處于極端物理條件超重力環境下，分子擴散和相間傳質過程較常規重力場下要快很多， 巨大的剪切力將液體撕裂成液膜、液絲和液滴，具有快速更新的相界面，傳質速率較常規狀 態下可提高1-3個數量級。但是由于旋轉動力部件造成其結構相對復雜，運轉的穩定性及 可靠性受影響，且能耗相對較高，一定程度上限制了其應用。此外，還有一類采用旋流板的 方式進行氣液強化傳質，但需要增設中心結構旋流板，其結構設計和布置方式較為復雜并 且由于局部構件形成的流體阻力可使系統壓降增加。另外一類采用單級旋流的方式實現過 程強化和降低能耗。對于低濃度C0 2 (1. 5%-2. 5%)，旋流作用可使C02的脫除效率從50%提 升至70%、傳質系數最大增幅達到49%。但是，現有技術方法的弊端主要表現在以下方面： 一是常規氣液接觸反應方式處理流量較小；二是動態超重力方式采用的旋動部件需要能 耗較高，不利于實現節能；三是塔板強化方式結構復雜，結構設計和布置方式較為繁瑣；四 是現有研宄主要針對低濃度C0 2體系，對常見的大跨度濃度C0 2尤其是高濃度(例如濃度為 10%-15%的燃燒煙氣C02)的方法技術尚相對欠缺；五是現有方式一般具有噴淋末端液滴凝 并的缺點，使得其吸收性能弱化。
[0004] 綜上所述，從流動和混合等新的角度對常規原理、方法和技術方向進行探索創新， 以實現氣液強化傳質與反應從而提高基于化學吸收法的煙氣大跨度濃度〇)2捕集性能，并 同時降低系統能耗，是十分必要和迫切的。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于：提供一種旋流多級氣液逆向接觸強化吸收大跨度C02裝置及 方法，旨在解決基于化學吸收法的〇)2減排技術在大流量煙氣、大跨度CO 2濃度下的強化傳 質與反應問題，具有ccy咸排效率高、工藝流程簡單、投資成本低廉、運行穩定等優點。
[0006] 本發明是通過以下具體技術方案實現的： 一種旋流逆向氣液多級逆向接觸強化吸收大跨度濃度co2裝置，包括氣相供給系統、液 相供給系統、旋流反應器系統、氣體輔助凈化系統及測試系統，所述的氣相供給系統的氣相 出口與旋流反應器系統的氣相進口相連接；所述的液相供給系統的液相出口與旋流反應器 系統的液相進口相連接；所述的旋流反應器系統為旋流逆向氣液多級逆向接觸反應器，氣 相進口為切向氣相進口，所述反應器還底部具有液相出口，液相出口與儲液容器相連接，所 述分級式液相進口為旋流噴嘴噴霧裝置。
[0007] 所述旋流噴嘴噴霧裝置沿反應器高度分級等距布置，所述液相出口與儲液容器之 間設有開槽式花板，以便廢液在靠近外徑處軸向下流至儲液容器。
[0008] 所述旋流逆向氣液多級逆向接觸反應器為三層噴淋式結構，其上的旋流噴嘴噴霧 裝置的噴頭為錐形實心噴嘴。
[0009] 所述的氣體輔助凈化系統包含吸收液夾帶脫除系統和氣體干燥器；所述的測試系 統為〇) 2測試儀， 所述的旋流逆向氣液多級逆向接觸反應器為柱狀反應器，高徑比范圍為5-15。
[0010] 所述的旋流逆向氣液多級逆向接觸反應器頂部設有切向的氣相出口，用于解除旋 流降低反應器壓降，切向的氣相出口通過吸收液夾帶脫除系統和氣體干燥器連接測試系 統。
[0011] 一種旋流逆向氣液多級逆向接觸強化吸收大跨度濃度co2方法，首先由氣相供給 系統供給的co 2煙氣由外部管道連接至反應器的切向的氣相進口并在旋流反應器系統的反 應器內部形成旋轉上行流動，并通過旋流噴嘴噴霧裝置將經過霧化的吸收液從各層頂部 噴淋，與旋流上升的煙氣逆向接觸進行吸收反應，完成對〇) 2的捕集后，從反應器底部出口 開槽式花板的邊緣液縫中流出，排至液體收集裝置；然后，經過吸收后的〇)2濃度氣體，通過 反應器頂部布置的切向出口解旋排出反應器進入氣體輔助凈化系統，經吸收液夾帶脫除系 統和氣體干燥器處理后進入測試系統進行co 2濃度測試。
[0012] 所述被吸收的C02濃度范圍為0. 038%-20% ;所述吸收液為堿性液體或弱堿氨水或 有機胺溶液。
[0013] 與現有技術相比，本發明的有益效果是： (1)合理地提出和設計了一種旋流多級氣液逆向接觸強化吸收大跨度煙氣co2的方法 及裝置，以底部切向進氣的方式強化了傳統單一軸向噴淋反應器氣體在塔內的湍流強度， 增加了超重力系數，有效剪切減小了氣液傳質的邊界層厚度，提高了傳質能力，從而有效提 高反應器的脫除效率。可減排煙氣中65-90%的C0 2。
[0014] (2)本發明克服較傳統噴淋反應器的單級噴淋的弊端，液相噴淋采用了多級旋轉 霧化噴淋方式，可以有效增強液滴均勻性和減小液滴末端凝并機率，從而有利于提高反應 系統的脫除效率和氣體處理量。
[0015] (3)本發明不但可以吸收空氣中的0)2以實現分離過程，更重要的是可以實現大跨 度濃度范圍的co 2捕捉，且具有操作條件適應性廣的優點(例如反應溫度窗口范圍大)。此 外，由于方法系統為靜態，可以克服諸如動態超重力等強化方式產生的旋動部件耗能問題， 出口采用仍舊采用切向出口的方式可以實現反應器內的旋流消除，消除了由于旋流造成的 壓降。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明的旋流多級氣液逆向接觸強化吸收大跨度co2裝置示意圖； 圖2為本發明的旋流逆向氣液多級逆向接觸反應器示意圖； 圖3為本發明的旋流噴嘴噴霧裝置的噴頭示意圖； 圖4為本發明的旋流反應器系統的氣相切向進口示意圖； 圖5為開槽式花板示意圖； 圖6為開槽式花板俯視圖； 圖7為使用本發明所獲得的總體積傳質系數隨吸收液流量變化關系及其比較圖； 圖8為使用本發明所獲得的總體積傳質系數隨吸收進氣量變化關系及其比較圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合具體實施案例，進一步闡述本發明。
[0018] 如圖1所示，一種旋流氣液多級逆向接觸強化吸收大跨度濃度co2裝置，包括氣 相供給系統1、液相供給系統2、旋流反應器系統3、氣體輔助凈化系統4及測試系統5。
[0019] 氣相供給系統1包括模擬氣瓶11及流量計12,并與旋流反應器系統3的氣相進口 31相連接。液相供給系統2包括吸收劑21和流量計22,并與旋流反應器系統3的液相進 口 32相連接。
[0020] 旋流反應器系統3為一種旋流逆向氣液多級逆向接觸反應器，下部具有切向的氣 相進口 31以在反應器本體內形成旋轉氣流進行強化反應與傳質、頂部具有切向的氣相出 口 33以便解除旋流降低反應器壓降；它還具有分級式液相進口 32、底部具有液相出口 34 以及與之相連的儲液容器35。其中分級式液相進口 32為采用旋流噴嘴的噴霧裝置以便形 成霧化液滴，其間距由噴霧的角度、塔體高度及塔體內徑綜合確定；液相出口 34與儲液容 器35間具有開槽式花板36以便廢液在靠近外徑處軸向下流至儲液容器35。
[0021] 如圖2至圖6所示，本實施例所用的多級旋流反應器為三層噴淋式結構，由有機玻 璃構成。該裝置主體由多節內徑為5 cm的筒體通過法蘭連接構成，每層噴淋的有效高度為 150 cm，總高徑比為13:1。模擬煙氣為0)2與\的混合氣，由已知0)2濃度的高壓氣瓶提供， 其濃度精度為±0. 1%，經流量計(精度等級2. 5,量程60-600或250-2500L/h)由旋流噴淋 塔下端切向進入反應裝置后產生旋切的氣流。一定質量濃度的吸收劑溶液分三路由同型號 的壓力泵(最大揚程2. 5m)通過霧化噴頭進入反應裝置，噴頭（圖3)采用錐形實心噴嘴，采 用液壓驅動的方式，其工作壓力范圍為0. 7-1. OMpa，噴淋角度為60°，噴霧顆粒的平均粒 徑為75-125 y m。三級噴淋反應液均由同種流量