[發明專利]基于熱管強化熱回收的CO2化學吸收系統與方法

在審

• 申請號: 201810763899.0
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108744893A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 晏水平;涂特;梁飛虹;崔秋芳;徐立強;余歌;賀清堯;梅道鋒;王明
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;F28D15/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 李滿;劉志菊

本發明所設計的基于熱管強化熱回收的CO₂化學吸收系統，它包括增壓風機、CO₂吸收設備、富液泵、三通分流閥、液液重力式熱管換熱器、貧液冷卻器、貧液泵、氣液重力式熱管換熱器、CO₂再生設備和再沸器，本發明能在保持原有成熟的CO₂吸收與富液再生技術的基礎上，有效利用富液熱再生塔頂排出的高溫再生氣余熱，以及高效回收再生塔底排出的高溫貧液中的熱能，以降低再生氣余熱回收所需換熱器體積與投資。

技術領域

本發明涉及富CO₂氣體中CO₂化學吸收工藝節能降耗技術領域，具體地指一種基于熱管強化熱回收的CO₂化學吸收系統與方法。

技術背景

CO₂作為最主要的溫室氣體之一，引發了全球氣候變暖等一系列環境問題。碳捕集與封存(CCS)技術作為可以解決CO₂排放問題的有效手段，被認為是近未來大規模減少CO₂排放中最經濟、可行的方法之一。其中，以化學吸收法為基礎的CO₂分離技術因技術成熟、CO₂脫除率高等優勢可進行大規模應用，但關鍵因素在其經濟性問題，特別是富CO₂吸收劑溶液(富液)再生能耗高的問題。如典型沼氣CO₂化學吸收工藝中，富液的再生熱耗可占到總能耗的60％以上。以經典乙醇胺(MEA)吸收劑體系為例，其典型熱再生能耗大約為4.0MJ/kgCO₂，CO₂分離成本可達250-300元/噸CO₂。基于此，國內外研究者將系統降耗的目標主要集中在開發新型吸收劑、改良再生工藝和再生熱整合利用等研究方向上。如采用氨水吸收劑、離子液體吸收劑和兩相吸收劑等，或從工藝優化上著手，采用吸收塔中間冷卻工藝、富液分流工藝和再生塔中間加熱工藝等。但無論針對哪一種降耗方式或體系，工藝中都涉及到換熱器的使用。作為整個工藝流程中基本的熱回收元件之一，換熱器性能的優劣較大程度上影響了富液的再生熱耗。在現有化學吸收法工藝中，貧富液之間的熱交換、貧液的冷卻及再生塔頂部的再生氣冷卻等均涉及到換熱器的使用。目前通用換熱器的經濟溫差為20K，換熱系數較小，如欲達到更低的傳熱溫差(5～10K)，則將需要巨大的換熱面積，導致投資成本和占地面積變大。因此，若能采用一種高效換熱器，利用其較高的換熱系數使換熱溫差或換熱面積大幅下降，將無需對現有工藝系統進行大的改造，且可適合于任一種熱再生吸收劑體系，從而實現在原有體系自身降耗的基礎上進一步降低再生能耗。

熱管是種高效的相變換熱元件，通常分為蒸發段、絕熱段和凝結段，工質(如水、甲醇等)自蒸發段受熱汽化形成蒸汽，在壓力作用下蒸汽擴散至凝結段，在凝結段向冷源放出汽化潛熱后靠重力冷凝回流至蒸發段。與常規換熱器相比，熱管具有較高的傳熱效率和傳熱極限、結構簡單、制造成本低廉、所需換熱面積更小等優勢，可以在溫差很小的情況下傳遞相當大的熱流量，適用于低品位熱能的回收，目前已廣泛應用于工業余熱回收應用中。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于熱管強化熱回收的CO₂化學吸收系統與方法，該系統與方法的核心在于采用高效換熱器熱管作為CO₂化學吸收工藝流程中的換熱元件，以此替換傳統換熱器(管式換熱器、板式換熱器等)。因此，能在保持原有成熟的CO₂吸收與富液再生技術的基礎上，有效利用富液熱再生塔頂排出的高溫再生氣余熱，以及高效回收再生塔底排出的高溫貧液中的熱能，以降低再生氣余熱回收所需換熱器體積與投資。