吸收液流量60-120L/h， 烟气中二氧化碳体积分数为8%~20%，烟气流量为1~5m3/h，喷雾粒径为30~100微 米，喷淋醇胺溶液中醇胺与二氧化碳摩尔比在2~30,反应温度为10~50°C，系统压力为 0· 1 ~IMPa0
[0052] 喷射塔具体参数，如表1所示：
[0053] 表1喷射塔参数
[0054]
[0055] 结果分析：参见图3和图4,由图不难看出随着液气比和MEA与二氧化碳摩尔比 的增大，二氧化碳脱除率明显增大。由图3可知，当液气比由0. 0136增加到0. 0335时， 二氧化碳脱除率由62. 1%增加至92. 4%。这是由于增大液气比，相当于增大液体流量， 则液体流速增大，液相边界层厚度减小，从而减小液相传质阻力，加速反应进程。同时，增 大液气比将增加气液接触面积，从而进一步提高传质性能。表现为二氧化碳脱除率随着 液气比的增大而增大。由图4可知，在液气比保持0. 0267不变的条件下，当MEA与二氧 化碳摩尔比由6. 39增加至25. 54时，二氧化碳脱除率从81. 7 %增加至89. 9%。这是由 于，在同一液气比下，MEA与二氧化碳摩尔比增加，意味着有更多的活性MEA分子与二氧 化碳分子接触和反应，导致二氧化碳脱除率增加。因此，可以得出液气比和MEA与二氧 化碳摩尔比是影响二氧化碳捕集过程的重要因素。图5比较了该喷射塔与传统填料塔 (Kuntz J, Aroonwilas A. Performance of spray column for CO2 capture application. Industrial&Engineering Chemistry Research, 2008, 47(1) :145-53.)的吸收性能。由图 5可知，与贫液二氧化碳负荷为0. 45m〇l/m〇l的填料塔相比，该喷射塔总体积传质系数明显 大于填料塔。当二氧化碳负荷为0. 15m〇l/m〇l时，差距有所减小但仍优于填料塔。这说明 该新型喷射塔能实现优于传统规程填料塔的传质效果。另外，该喷射塔较填料塔结构更简 单，投资维护费用更低。因此，可以考虑将该喷射塔引入二氧化碳吸收流程。
[0056] 综上所述，本发明提供的一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的新型喷射塔及其工艺， 利用喷射塔中醇胺溶液喷雾高效捕集电厂烟气中的二氧化碳。此系统相对于目前开发的烟 气净化系统而言具有结构简单、成本较低、传质效果较好等优势，可有效提高目前烟气净化 系统的气液传质效果，并大幅度降低关键设备投资、维护成本，有利用实现该系统的大规模 工业推广应用。
[0057] 采用本发明提供的一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的新型喷射塔及其工艺，具有简 单、高效、脱除率高的特点。
【主权项】
1. 一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔，其特征在于，该喷射塔(6)自上至下依次 由倒锥形的扩压段（6-1)、圆柱形的稳定段（6-2)和锥形的储液段（6-3)组成，在扩压段 (6-1)上设有用于喷入醇胺溶液的多喷嘴结构，在稳定段(6-2)底部的侧壁上设有烟气入 □〇2. 根据权利要求1所述的一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔，其特征在于，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（6-1)顶壁，其余2个对 称设置在扩压段（6-1)两侧壁上。3. 根据权利要求1所述的一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔，其特征在于，烟气 入口为两个，对称设置在稳定段（6-2)底部的侧壁上。4. 根据权利要求1所述的一种喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔，其特征在于，在储 液段（6-3)底部还设有出液口。5. 基于权利要求1~4中任意一项所述喷雾捕集烟气中二氧化碳的喷射塔的吸收测 试系统，其特征在于，在喷射塔（6)的一侧设有贫液罐（16)，贫液罐（16)通过管路与喷射塔 (6)的喷嘴相连，在贫液罐（16)与喷射塔（6)相连的管路上设有栗（15)，在喷射塔（6)的 另一侧设有模拟烟气混合装置； 在喷射塔（6)的顶部设有干燥塔（11)，干燥塔（11)通过管路与喷射塔（6)的喷嘴相 连，在干燥塔（11)的出气管管路上还设有气体分析仪（12)，气体分析仪（12)与计算机终端 (13)相连；在喷射塔（6)的底部设有富液罐（10)。6. 根据权利要求5所述的吸收测试系统，其特征在于，所述模拟烟气混合装置包括氮 气瓶（1)、二氧化碳气瓶（2)和气体混合罐（3)，氮气瓶（1)和二氧化碳气瓶（2)的出气管 均汇入气体混合罐（3)的进气管，气体混合罐（3)的出气管与喷射塔（6)侧壁的烟气入口 相连通。7. 根据权利要求6所述的吸收测试系统，其特征在于，在气体混合罐（3)与喷射塔（6) 相连的管路上依次设有第一压力表（4)和第一气体流量计（5)，在喷射塔（6)的侧壁上设有 第二压力表（9)，在喷射塔顶部的出气管路上设有第三压力表（8)和第二气体流量计（7); 在栗（15)和喷射塔（6)相连的管路上设有液体流量计（14)。8. -种基于权利要求5所述的吸收测试系统测试二氧化碳吸收效果的方法，其特征在 于，包括以下步骤： 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； 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； 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。9. 根据权利要求8所述的测试二氧化碳吸收效果的方法，其特征在于，当醇胺溶液由 喷射塔上部扩压段（6-1)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(6-1)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（6-1) 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（6-1)两侧壁 上的喷嘴流出喷射塔。10.根据权利要求8所述的测试二氧化碳吸收效果的方法，其特征在于， 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 ； 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 ; 喷雾粒径为30~100 ym，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。
【专利摘要】本发明公开了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，包括新型喷射塔实现的醇胺溶液高效喷雾捕集烟气中的二氧化碳和其工艺系统。喷射塔内醇胺溶液通过雾化喷嘴喷入喷射塔，与底部进入的烟气接触反应，实现二氧化碳高效吸收过程。该的喷射塔设置由多个喷嘴连接，主要分为储液段、稳定段和扩压段。该喷射塔避免了传统填料塔由于填料存在而产生的一系列问题，优化了气液传质效果，并扩大液气比操作范围，减少了设备投资和维护费用。本发明实现高效的醇胺溶液喷雾捕集二氧化碳过程，具有结构简单、投资成本低、传质效果好、脱除率高等特点。
【IPC分类】B01D53/62, B01D53/78, G01N33/00
【公开号】CN105080324
【申请号】CN201510548133
【发明人】张早校, 吴小梅, 余云松
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月31日