一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔及喷射吸收测试系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于烟气净化技术领域，具体涉及一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔 及喷射吸收测试系统和方法。
【背景技术】
[0002] 全球变暖和温室效应是世界各国可持续发展面临的重大挑战。二氧化碳是主要的 温室气体，其对温室效应的贡献大于60%，因此，对二氧化碳减排的研究至关重要。燃烧化 石燃料的电厂烟气是二氧化碳的主要来源，而在中国尤其显著，所以其低碳排放或者零排 放是实现二氧化碳减排的关键。目前，常用的碳捕集及封存（CCS)技术主要有燃烧前捕集、 富氧燃烧、化学链燃烧和燃烧后捕集。燃烧后捕集技术由于其可以通过对现有电厂进行适 度改造实现被认为是现阶段最有前景的碳捕集技术。燃烧后捕集技术主要包括化学吸收、 深冷分离、膜分离和吸附等。其中，以醇胺溶液为吸收剂的化学吸收法是目前最接近工业应 用的方法。传统醇胺溶液吸收过程存在的主要问题是解吸时能耗较高，导致运行费用高不 利于工业应用。因此，开展电厂烟气中二氧化碳捕集强化研究降低电厂二氧化碳捕集成本， 对于保护环境，废物资源化利用具有重要意义，符合我国能源系统的绿色可持续发展战略， 具有显著的科学探索意义和社会应用价值。
[0003] 填料塔是最常用的吸收设备，研究者们对不同吸收剂、不同填料条件下填料塔吸 收性能做了大量研究工作，也得出了许多有指导意义的结论。但是，传统填料塔通常存在气 体压降较大、液体沟流和洪流、填料表面易沉积等一些问题而限制其推广应用。以喷射器为 基础开发全喷射过程的喷射吸收塔可较好的完成该捕集过程，同时可以解决塔系统成本高 的问题。因此，围绕关键喷射塔，研究高效塔的强化技术与方法，对于实现电厂烟气的高效 减排，具有重大现实意义。
[0004] 目前所开发的常规二氧化碳捕集系统和喷射器系统主要有如下几类：
[0005] (1)常规二氧化碳捕集系统：二氧化碳的捕集研究开展较早，其中研究最多且最 接近工业推广应用的是以醇胺溶液为吸收剂的化学吸收法捕集工艺。此类烟道气净化系 统具有处理量大、稳定性好等特点（Shakerian F，Kim K H，Szulejko J E. A comparative review between amines and ammonia as sorptive media for post-combustion CO2 capture. Applied Energy, 2015, 148:10-22. Manzolini G，Fernandez ES, Rezvani S.Economic assessment of novel amine based CO2 capture technologies integrated in power plants based on European Benchmarking Task Force methodology. Applied Energy. 2015 ;138:546-558. h但是净化过程巨大的能量消耗和关键设备的投资和维护成 本成为应用此类捕集技术的主要制约因素。
[0006] (2)喷射器（装置）对反应塔的强化系统：除了传统反应塔器，研究者们已经发展 了喷射装置作为反应塔强化内件提高其性能，提高了气液相传质效率。（Khan Z，Joshi J B. Comparison of k - ε ,RSM and LES models for the prediction of flow pattern in jet loop reactor. Chemical Engineering Science, 2015, 127:323-333·)。缺点是现有研 究仅仅侧重于喷射装置对于局部过程的强化，导致含喷射器（装置）的反应塔系统成本高。
[0007] 由于上述各种缺陷，已有的电厂二氧化碳捕集系统在优化设计、节能降耗、和性能 强化等方面还有很大的开发空间，尚未高效实现低能耗、低成本高效率等目标。
【发明内容】
[0008] 为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种喷雾捕集烟气中 二氧化碳的喷射塔及喷射吸收测试系统和方法，本发明喷射塔结构设计合理，气液传质效 果好，能够有效扩大气液比操作范围，设备操作容易、维护便捷。
[0009] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0010] 本发明公开了一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔，该喷射塔自上至下依次由 倒锥形的扩压段、圆柱形的稳定段和锥形的储液段组成，在扩压段上设有用于喷入醇胺溶 液的多喷嘴结构，在稳定段底部的侧壁上设有烟气入口。
[0011] 所述的用于喷入醇胺溶液的多喷嘴结构有3个喷嘴，1个设置在扩压段顶壁，其余 2个对称设置在扩压段两侧壁上。
[0012] 烟气入口为两个，对称设置在稳定段底部的侧壁上。
[0013] 在储液段底部还设有出液口。
[0014] 本发明还公开了基于上述喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔的吸收测试系统，在 喷射塔的一侧设有贫液罐，贫液罐通过管路与喷射塔的喷嘴相连，在贫液罐与喷射塔相连 的管路上设有栗，在喷射塔的另一侧设有模拟烟气混合装置；在喷射塔的顶部设有干燥塔， 干燥塔通过管路与喷射塔的喷嘴相连，在干燥塔的出气管管路上还设有气体分析仪，气体 分析仪与计算机终端相连；在喷射塔的底部设有富液罐。
[0015] 所述模拟烟气混合装置包括氮气瓶、二氧化碳气瓶和气体混合罐，氮气瓶和二氧 化碳气瓶的出气管均汇入气体混合罐的进气管，气体混合罐的出气管与喷射塔侧壁的烟气 入口相连通。
[0016] 在气体混合罐与喷射塔相连的管路上依次设有第一压力表和第一气体流量计，在 喷射塔的侧壁上设有第二压力表，在喷射塔顶部的出气管路上设有第三压力表和第二气体 流量计；在栗和喷射塔相连的管路上设有液体流量计。
[0017] 本发明还公开了基于上述吸收测试系统测试二氧化碳吸收效果的方法，包括以下 步骤：
[0018] 1)贫液罐中的醇胺溶液通过栗打入喷射塔的喷嘴中，经喷嘴均匀分散后，在喷射 塔上的倒锥形扩压段形成液体弥散区，经重力作用沿喷射塔塔壁竖直向下流动，在喷射塔 底部的圆锥形储液段停留形成液封；
[0019] 2)由气体混合罐输出的烟气通过喷射塔稳定段底部的烟气入口进入喷射塔，烟气 经圆柱形稳定段后流向倒锥形扩压段，与喷射塔空间中经喷嘴均匀分散的醇胺溶液小液滴 逆流接触，雾化的醇胺溶液将烟气中的二氧化碳吸收；
[0020] 3)脱除二氧化碳后的烟气沿喷射塔顶部扩压段的喷嘴流出喷射塔，部分吸收后烟 气通过干燥塔进入气体分析仪测量二氧化碳含量，另外一部分直接排空。
[0021] 当醇胺溶液由喷射塔上部扩压段两侧壁上的喷嘴喷入与烟气交叉流接触吸收时， 吸收二氧化碳后的烟气由扩压段顶壁上的喷嘴流出喷射塔；当醇胺溶液由喷射塔上部扩压 段顶壁上的喷嘴喷入与烟气逆流接触吸收时，吸收二氧化碳后的烟气由扩压段两侧壁上的 喷嘴流出喷射塔。
[0022] 所述醇胺溶液采用质量浓度为5%~40%的单乙醇胺溶液，醇胺溶液的流量控制 在 60 ~120L/h ;
[0023] 烟气中二氧化碳的体积分数为8 %~20 %，烟气流量控制在1~5m3/h ;
[0024] 喷雾粒径为30~100 μm，喷射塔中喷淋的醇胺溶液中醇胺与二氧化碳摩尔比为 2~30 :1，反应温度为10~50°C，系统压力为0· 1~IMPa。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的