[發(fā)明專利]一種利用套管式微反應(yīng)器捕獲CO2的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910092354.2
• 申請(qǐng)日: 2009-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN102019129A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建峰;陳桂子;王潔欣;邵磊;李鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/18
• 分類號(hào): B01D53/18;B01D53/62;B01J19/00;B01J10/00;C01B31/20
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 何清清

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及捕獲CO₂的方法，尤其涉及一種利用套管式微反應(yīng)器捕獲CO₂的方法。可以用于氣體凈化及溫室氣體減排。

背景技術(shù)：

二氧化碳(CO₂)的排放是造成溫室效應(yīng)的主要原因，因此CO₂的減排與資源化利用成為世界各國節(jié)能減排的重點(diǎn)。CO₂的捕集是對(duì)其利用和埋藏的先決條件，而對(duì)低成本的CO₂大量捕集有相當(dāng)難度。吸收CO₂的方法很多，但無論采用任何方法脫碳，脫碳過程的傳質(zhì)效率直接影響著CO₂吸收液的循環(huán)量和凈化氣中CO₂的含量，也就影響著脫碳的成本。脫碳的吸收率高，吸收液的循環(huán)量就相應(yīng)減少，同時(shí)再生負(fù)荷降低，從而節(jié)省能源，降低脫碳的成本。目前工業(yè)上均是以吸收塔為傳質(zhì)設(shè)備，氣體從塔的底部進(jìn)入，吸收液從塔頂進(jìn)入，氣液在填料層內(nèi)逆流接觸，進(jìn)而達(dá)到脫除CO₂的目的。例如專利CN1261545A公開了一種從混合氣體中回收CO₂的方法，采用的是吸收塔進(jìn)行脫除CO₂，由于吸收塔設(shè)備的液側(cè)體積傳質(zhì)系數(shù)僅為4×10^-4～1.02s^-1，界面面積僅為10～1700m²/m³，從而嚴(yán)重影響了CO₂的吸收率，增加了脫碳成本。

近年來，微化工技術(shù)作為化工過程強(qiáng)化的一種新技術(shù)，在化學(xué)、化工、能源、環(huán)境等領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。在微反應(yīng)器中進(jìn)行氣液混合或反應(yīng)，具有許多常規(guī)氣液接觸設(shè)備不可比擬的優(yōu)勢。由于通道線性尺寸縮減至微米級(jí)，可獲得極高的氣液相界面面積，顯著強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)過程。微反應(yīng)器的整體體積較小，氣液接觸過程更加可控、安全性更強(qiáng)、操作也更柔性。如等采用兩種形式的微接觸器(即微鼓泡塔與降膜微反應(yīng)器)進(jìn)行了甲苯的直接氟化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)接觸器內(nèi)的氣液相界面面積可高出實(shí)驗(yàn)室鼓泡塔和工業(yè)反應(yīng)器至少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，傳質(zhì)過程得以強(qiáng)化。因此，針對(duì)不同的傳質(zhì)過程采用適宜結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器可以大大提高效率，節(jié)約成本。有文獻(xiàn)報(bào)道一種微通道反應(yīng)器，為管式單通道結(jié)構(gòu)(Y型或T型單通道微反應(yīng)器)，可以用于液-液或氣-液傳質(zhì)過程，但此種反應(yīng)器的氣-液傳質(zhì)強(qiáng)化過程只是利用微米化的反應(yīng)器尺寸實(shí)現(xiàn)的，對(duì)用于CO₂捕集這類液膜控制的傳質(zhì)過程的強(qiáng)化仍有提高的空間。而且單一的微通道結(jié)構(gòu)也使其處理量受到了較大的限制，不適宜大處理量的工業(yè)傳質(zhì)過程，如工業(yè)尾氣中CO₂的排放處理。

本申請(qǐng)人在200710177291.1專利申請(qǐng)中公開了一種套管式微反應(yīng)器，該微反應(yīng)器利用并聯(lián)多個(gè)T型微通道反應(yīng)器的原理，以較高的界面面積提高傳質(zhì)效率，同時(shí)又具有較大的處理量，該微反應(yīng)器用于超細(xì)硫酸鋇等納米顆粒制備中，具有顯著效果，而在其他工業(yè)傳質(zhì)過程的應(yīng)用需要不斷拓展研究。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對(duì)捕集CO₂的液膜控制反應(yīng)機(jī)理，提供了一種利用套管式微反應(yīng)器捕獲CO₂的方法，該方法通過強(qiáng)化氣體與液膜的錯(cuò)流接觸，可以顯著提高CO₂吸收過程的液側(cè)體積傳質(zhì)系數(shù)與界面面積，從而提高傳質(zhì)效率和CO₂吸收率，而且處理量大，工藝簡單，成本低。

本發(fā)明所提供的利用套管式微反應(yīng)器捕獲CO₂的方法，所采用的套管式微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)在200710177291.1專利申請(qǐng)中已經(jīng)公開，該微反應(yīng)器由內(nèi)管和外管嵌套構(gòu)成，兩管同軸固定。內(nèi)管外徑和外管內(nèi)徑相差極小，構(gòu)成環(huán)形微通道，通過設(shè)計(jì)內(nèi)管和外管的不同外、內(nèi)徑，可調(diào)節(jié)不同的微通道尺寸。同時(shí)內(nèi)管一端的一定長度上，沿周向分布有許多微孔，形成微孔膜結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的具體方法是：先將含有CO₂的混合氣體經(jīng)減壓后，從套管式微反應(yīng)器的一端沿軸線方向進(jìn)入內(nèi)管，氣相線速度在1.0～20.0m/s范圍內(nèi)；再將吸收液液體從微反應(yīng)器側(cè)面垂直于軸線方向注入外管，保持液相線速度在0.01～1m/s范圍，形成微米級(jí)厚度的環(huán)狀液膜；氣體先從微反應(yīng)器內(nèi)管的微孔冒出，由微孔分散為微米級(jí)小氣泡，與外管中形成的液膜在微孔部分錯(cuò)流沖撞，接觸反應(yīng)吸收，保持反應(yīng)吸收的溫度為15～30℃，壓強(qiáng)為0.1～5Mpa，然后氣體與液體并流進(jìn)入微反應(yīng)器的整個(gè)環(huán)形微通道，完成微傳質(zhì)吸收過程。