[發明專利]一種液—液分相式的二氧化碳吸收和解吸系統

在審

• 申請號: 202210521664.7
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114832593A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 肖齊
• 申請（專利權）人: 嘉興碳捕快科技有限公司
• 主分類號: B01D53/62
• 分類號: B01D53/62;B01D47/06;B01D53/40;B01D53/50;B01D53/78;B01D53/96
• 代理公司: 嘉興華申知識產權代理事務所(普通合伙) 33454
• 代理人: 葛學超

本發明提供了一種液—液分相的二氧化碳吸收和解吸系統，除吸收塔、解吸塔和熱交換裝置外，還包括若干液—液分離池、若干兩相混合池、富相混合池、貧液混合池。吸收塔有若干級，且相互串聯；若干液—液分離池、若干兩相混合池使吸收液流量、CO₂負載和粘度逐級遞減；富相混合池的CO₂富相經過熱誘導分層、冷富液分流等，進入解吸塔再生；貧液混合池的各路CO₂貧液返回吸收塔循環利用；吸收液為貧水性混合胺溶劑，含活性成分、促相分離劑、抗粘劑和少量水。本發明的液—液分相式二氧化碳吸收和解吸系統，溶劑負載CO₂后粘度低，吸收速率和容量高，富相CO₂被提濃，解吸壓力高，各單元持液量少，能耗低，設備尺寸小，降低了整體碳捕集成本。

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集技術領域，尤其是涉及一種液—液分相式的二氧化碳吸收和解吸系統。

背景技術

碳捕集是CCUS全鏈條中成本最高的環節，在現有的捕集技術路線中，燃燒后捕集無需新建項目，只需對現有排碳源加裝捕集裝置，設施改造要求低，是較為可行的推廣方案。燃燒后捕集的技術手段中，吸收法具有良好的工藝可操作性和工程可放大性，最有望實現大規模商業化應用。吸收法利用吸收溶劑的CO₂貧液在低溫低壓下與排碳源煙氣混合氣體中的CO₂發生化學反應，將其選擇性吸收，脫碳后的凈化氣體排放至外界環境，所得的CO₂富液在高溫高壓下發生逆反應，解吸出較純凈的CO₂，從而實現CO₂從混合氣體中的分離，同時再生吸收溶劑的CO₂貧液恢復吸收CO₂的能力，如此循環往復。

應用于燃燒后捕集的CO₂吸收溶劑經歷了諸多發展，目前常見的包括有機胺溶液、冷卻氨溶液、離子液體、氨基酸鹽溶液、活化碳酸鹽溶液以及上述的混合液體系等。CO₂吸收溶劑開發的難點是尋找能兼顧吸收速率、捕集容量和溶劑的穩定性、揮發性、腐蝕性和粘性的新型配方，從而實現吸收工藝的低物耗和能耗。此外，不同溶劑采用的捕集工藝、操作條件也不盡相同，工藝流程的改進，如余熱、余壓利用等高效熱集成和耦合手段，對降低捕集能耗，減小工藝過程本身的碳足跡，實現捕集系統整體的成本優化也有重要意義。當前，由于吸收溶劑和工藝開發的瓶頸，燃燒后捕集的能耗和成本居高不下，這也是大規模推廣應用該技術亟需解決的關鍵問題。

近年來，基于溶劑吸收CO₂后發生液—液相變的新型碳捕集工藝獲得快速發展，根據文獻已披露的此類溶劑，如復合有機胺溶液、離子液體等，在吸收塔捕集CO₂后分層成極性不同的親水相和親油相，且吸收的CO₂絕大部分富集在其中一相(通常是親水相)里，只需將CO₂富相經簡單的分液操作，輸送至解吸塔進行再生，如此可顯著降低解吸能耗。這類體系的缺點是，由于氫鍵、范德華力等分子間相互作用，CO₂富相粘度增大，吸收操作溫度下可達100cp以上，不利于CO₂傳質，也使工藝能耗(如用于溶液輸送、熱交換等)顯著提升；此外，現有的相變工藝較單一，沒有充分發揮相變對減小工藝能耗的潛力。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的在于，基于傳統兩相溶劑體系，通過在 CO₂吸收和解吸過程中采取多重液—液相分離或相合流的工藝改進，并在配方中引入抗粘性添加劑，干擾分子間相互作用力，不僅將吸收過程中CO₂富相的粘度維持在50cp以下，克服了隨粘度增加吸收反應動力學速率迅速下降的缺點，增加了CO₂負載容量，而且減小了設備尺寸和工藝能耗，達到整體降低捕集成本的目的。為此，本發明采用的技術方案是：

一種液—液分相式的二氧化碳吸收和解吸系統，包括吸收塔、解吸塔、若干液—液分離池、若干兩相混合池、富相混合池、貧液混合池和若干熱交換裝置；