[實用新型]親疏水雙膜換熱器強化余熱回收的CO2

有效

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• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN210544229U
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 晏水平;涂特;徐立強;崔秋芳;劉碩;賀清堯;梅道鋒
• 申請（專利權）人: 華中農業(yè)大學
• 主分類號: B01D53/18
• 分類號: B01D53/18
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權代理有限公司 42104
• 代理人: 李滿;劉志菊

本實用新型公開了一種親疏水雙膜換熱器強化余熱回收的CO2化學吸收系統(tǒng)，它包括CO₂吸收設備、CO₂再生設備、富液泵、貧液泵、貧液冷卻器、三通分流閥、貧富液熱交換器、增壓風機和再生氣余熱回收單元。本實用新型采用疏水膜換熱器和親水膜換熱器聯(lián)用，作為再生氣與冷富液之間的換熱介質，可針對不同工況條件，分別對水蒸氣和液態(tài)水進行有效回收，從充分利用水蒸氣潛熱和促進水蒸氣/液態(tài)水傳質強化對流換熱兩個方面實現(xiàn)再生氣向冷富液的對流換熱強化，使再生氣的余熱回收效率大大增強，同時多樣的組合模式也將適用于大規(guī)模工業(yè)應用中對余熱回收需求。

技術領域

本實用新型涉及富CO₂氣體中CO₂化學吸收工藝節(jié)能降耗技術領域，具體地指一種親疏水雙膜換熱器強化余熱回收的CO₂化學吸收系統(tǒng)。

背景技術

氣候變化已成為當前國際社會所關注的熱點問題，為使本世紀全球平均氣溫升幅與工業(yè)化前水平相比不超過1.5℃，各國政府都在積極制定碳減排政策。碳捕集與封存(CCS)技術作為近未來大幅削減溫室氣體排放的關鍵技術之一，已成為關注重點，其關鍵在于CO₂的分離。在眾多CO₂分離技術中，以乙醇胺等有機胺為吸收劑的CO₂化學吸收碳捕集工藝因具有技術成熟、操控簡便、對氣體潔凈程度要求低、無需對氣體進行加壓和CO₂產(chǎn)品純度高等優(yōu)勢而備受重視，是大規(guī)模減排CO₂的可行途徑之一。

CO₂化學吸收技術的關鍵在于降低系統(tǒng)能耗，尤其是富CO₂吸收劑溶液(簡稱富液)的熱再生能耗，因為其可占總系統(tǒng)能耗的60％以上。在傳統(tǒng)的富液熱再生工藝中，需要從再生塔底部的貧CO₂吸收劑溶液(簡稱貧液)中蒸發(fā)大量的水來維持再生驅動力，從而導致再生塔頂所排出的再生氣(通常為CO₂和H₂O(g)混合氣，CO₂和H₂O(g)的摩爾比可達1:2)中攜帶有大量的水蒸氣，溫度較高，且潛熱較大(～920-1840kJ/kgCO₂)。而在傳統(tǒng)化學吸收工藝中，此部分熱量通常會在再生塔外的再生氣冷卻器中由外界循環(huán)冷卻水帶走，導致熱量浪費。若對此部分余熱進行回收利用，將可降低富液再生能耗。

熱再生塔頂高溫再生氣的余熱回收目前主要采用的是富液分流(rich-split)工藝(美國專利4152217)，即用分流的冷富液直接對再生氣進行噴淋冷卻，但此法受限于冷富液的分流量，同時氣液接觸時間較短，系統(tǒng)降耗效果受到限制。因此，研究者引入通用換熱器作為分流冷富液與再生氣間的換熱介質，但其經(jīng)濟換熱溫差一般約為20K(開爾文)，為獲得更大的換熱性能，通常需要較大的換熱面積。此時，熱管作為一種高效相變換熱元件可用于替換通用換熱器(中國專利CN201810763899.0)，從而強化余熱回收性能，降低換熱面積。但為避免冷熱流體混合，常規(guī)換熱器的傳熱方式仍然僅局限于熱傳導。專利(中國專利CN201710371929.9)通過采用中空陶瓷膜接觸器作為換熱器，提供了一種基于水蒸氣傳質強化余熱回收性能的方法，其基于水蒸氣的熱質耦合傳遞，從導熱強化、水蒸氣/水傳質對流換熱增強和氣相熱阻降低三個方面實現(xiàn)了再生氣余熱回收的強化。但有相關研究指出，無機中空膜接觸器(陶瓷膜換熱器)在余熱回收過程中，同時存在液態(tài)水與水蒸氣的傳質，其中液態(tài)水傳質通量占比超過85％，水蒸氣傳質通量低于15％，但其中由水蒸氣傳質所攜帶的熱量卻達70％以上，這表明膜式換熱器用于余熱回收的關鍵在于直接回收再生氣中的水蒸氣。

發(fā)明內容