[發明專利]一種用于處理煙氣中二氧化碳的多級分相工藝方法

有效

• 申請號: 202110772187.7
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113350973B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 張士漢;沈遙;周曉瑋;葉杰旭
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

本發明提供了一種用于處理煙氣中二氧化碳的多級分相工藝方法，所述方法為：采用相變吸收劑吸收CO₂后形成液?液分相，分離一部分CO₂富集相之后，將剩余的吸收液輸送至下一級吸收塔捕集CO₂，以此為一級吸收?分相過程，反復進行多次，每一級分離出來的CO₂富集相合并后送往解吸塔再生；通過多級分相工藝，CO₂富集相及吸收液總粘度將大幅下降，同時在某些特定負載下，CO₂吸收速率也將得到提升，該多級分相工藝可使得CO₂吸收劑的粘度降低10～50％，且CO₂吸收速率可提高8～67％，將有效推動相變吸收劑工業應用的進展。

技術領域

本發明屬于氣體分離技術領域，具體涉及一種用于處理煙氣中二氧化碳的多級分相工藝方法。

背景技術

CO₂是主要的溫室氣體之一，占全球總排放量的77％。過量的CO₂排放會導致全球變暖，這將導致嚴重的環境問題，如極端天氣和海洋微平衡的破壞。

《巴黎協定》生效后，應對氣候變化已成為全球共識。2018年美國修訂《45Q法案》，加大對二氧化碳(CO₂)捕集與封存(CCS)技術發展和應用的激勵。我國承諾碳排放量到2030年達到峰值，碳排放強度與2005年相比下降60～65％。針對這一目標，碳排放達到峰值之后的去峰問題需要強有力的技術支撐。從我國的能源結構來看，煤炭約占總能源消耗的60％，且仍是未來中長期的基礎能源，而大約45％的煤炭被燃煤電廠用于火力發電。CCS技術被認為是一項有望實現化石能源大規模碳減排的新技術。據估算，CCS技術中的CO₂捕集技術約占總成本的70％，因而開發高效低耗的CO₂捕集技術是實現CCS應用的重要途徑。

現有的乙醇胺(MEA)吸收法是目前最成熟的CO₂捕集工藝，其優勢在于無需對電廠進行大規模改造，只需增加碳捕集設備即可實現。目前，全球已有多座燃煤電廠配備了MEA捕集工藝，但其主要缺點是再生能耗過高、設備成本較大。根據美國能源部估算，一座配備了MEA吸收工藝的超臨界和亞臨界燃煤電廠將分別增加81％和85％的電力成本。其中，吸收劑再生能耗占總成本的60％，固定投資和運行成本分別占30％和10％。吸收劑再生能耗由反應熱、顯熱及蒸發熱三部分組成(見以下公式)，三者均與吸收劑的理化性質息息相關。

近年來，基于混合胺的相變吸收劑是開發新型吸收劑的熱點研究方向之一。該類相變吸收劑一般由高反應活性的一級胺或二級胺與吸收容量大且反應熱較低的三級胺或位阻胺混合而成，具有吸收速率快、吸收容量大、再生能耗低等優點。其再生能耗低主要表現在以下三方面：(1)相變吸收劑中混合了大量的三級胺，其反應熱小于一級胺，可降低反應熱；(2)相變吸收劑吸收CO₂后，分成上下兩相，其中90％以上的CO₂富集于其中一相，只需再生CO₂富集相即可實現吸收劑再生，可大幅降低顯熱；(3)富集相CO₂負載高，再生過程中CO₂分壓較大，因而CO₂與水蒸氣分壓比例會下降，可大幅降低蒸發熱。再者，由于產物中CO₂分壓高，還可降低后續液化CO₂的壓縮功。此外，由于所需再生的吸收劑質量減少，可降低解吸塔的尺寸，因而還可降低固定投資成本。綜上，基于混合胺的相變吸收劑是一類有望大幅降低CO₂捕集成本的新型吸收劑。