本發(fā)明屬于反應(yīng)設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種熱-電共驅(qū)的胺法捕集CO2系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：我國(guó)每年排放約100億噸CO2，其中電廠等工業(yè)是主要來(lái)源，大量的排放帶來(lái)了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，給地球生態(tài)系統(tǒng)和人類生存環(huán)境地帶來(lái)巨大的威脅。捕集CO2對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提高人類的生活水品更具有重大意義。捕集二氧化碳的主要方法有吸收法、吸附法、深冷捕集、膜分離和化學(xué)鏈燃燒法等。其中，吸收法可分為化學(xué)吸收和物理吸收。胺法是吸收法捕集CO2最具工業(yè)應(yīng)用前景的方法之一，在該方法中，單醇胺是典型的吸收溶劑，蒸汽是解吸熱源，吸收和解吸過(guò)程常在填料塔中進(jìn)行。電池法捕集的研究起步較晚：吸收塔中胺吸收CO2形成富液，電池中電極與富液發(fā)生電化學(xué)作用使富液解吸為胺和CO2，實(shí)現(xiàn)的無(wú)熱力解吸且副產(chǎn)反應(yīng)熱使其能耗大幅度降低。對(duì)于胺法和電池法捕集CO2的最新研究包括以下幾種：(1)針對(duì)胺法捕集CO2的傳質(zhì)機(jī)理研究：目前已獲得胺與CO2的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及傳質(zhì)系數(shù)與氣膜和液膜特性的關(guān)聯(lián)式(Sebastia-SaezD,GuS,RanganathanP,PapadikisK.Meso-scaleCFDstudyofthepressuredrop,liquidhold-up,interfacialareaandmasstransferinstructuredpackingmaterials.InternationalJournalofGreenhouseGasControl.2015；42:388-399.)。(2)關(guān)于胺法捕集CO2的填料塔氣液兩相流研究：采用氣液兩相活塞流研究MEA、DEA、AMP和MDEA等胺溶液對(duì)于CO2的吸收，將氣液相速度關(guān)聯(lián)為氣液兩相平均流量、界面面積、空隙率、液相持液量，填料波紋角等的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式(CormosAM,GasparJ.AssessmentofmasstransferandhydraulicaspectsofCO2absorptioninpackedcolumns.InternationalJournalofGreenhouseGasControl.2012；6:201-9.)。缺點(diǎn)是缺少系統(tǒng)深入的關(guān)于流動(dòng)機(jī)理(流型等)對(duì)于吸收CO2的影響研究。(3)采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯堪贩ú都疌O2的傳熱過(guò)程：將冷卻水和非揮發(fā)油在填料塔中與空氣的兩相傳熱經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苯討?yīng)用于CO2-MEA體系氣液兩相傳熱研究中(PachecoMA,RochelleGT.Rate-BasedModelingofReactiveAbsorptionofCO2andH2SintoAqueousMethyldiethanolamine.Industrial&EngineeringChemistryResearch.1998；37:4107-17.)。但由此獲得的氣相和液相溫度的實(shí)驗(yàn)值與模擬值存在一定誤差。(4)電池法捕集CO2的研究：可以采用Nernst-Planck模型研究離子遷移過(guò)程，以電荷、離子濃度和電導(dǎo)率等關(guān)聯(lián)電勢(shì)(HamelersHVM,SchaetzleO,Paz-GarcíaJM,BiesheuvelPM,BuismanCJN.HarvestingEnergyfromCO2Emissions.EnvironmentalScience&TechnologyLetters.2014；1:31-5.)。但是，電池法捕集CO2仍處于實(shí)驗(yàn)階段，缺少系統(tǒng)的流動(dòng)傳熱傳質(zhì)理論模型。綜上所述，由于各種缺陷，現(xiàn)有的CO2捕集系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、節(jié)能、環(huán)保等方面還有很大的開(kāi)發(fā)空間，還不能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能、低成本等目標(biāo)。同時(shí)，對(duì)于胺法與電池法耦合的研究較少。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種熱-電共驅(qū)的胺法捕集CO2系統(tǒng)，相對(duì)目前開(kāi)發(fā)的CO2捕集系統(tǒng)具有反應(yīng)溫度低、溶液用量少、能耗低等優(yōu)勢(shì)，可有效提高目前CO2捕集系統(tǒng)的能源利用效率，對(duì)于工業(yè)上大規(guī)模捕集CO2實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重大意義。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括內(nèi)置電化學(xué)系統(tǒng)的吸收塔和內(nèi)置電化學(xué)系統(tǒng)的解吸塔，吸收塔和解吸塔均連接換熱器。所述吸收塔和解吸塔均包括塔體，塔體內(nèi)的頂部和底部均設(shè)置有電池電極，頂部和底部的電池電極通過(guò)導(dǎo)線連接，導(dǎo)線連接電池，吸收塔的塔體底部接入煙氣，塔體頂部設(shè)置有胺溶液入口，吸收塔內(nèi)反應(yīng)后的富液通過(guò)換熱器后接入解吸塔中，解吸塔的底部通入作為熱源的蒸汽，解吸塔上開(kāi)設(shè)有CO2出口，解吸塔內(nèi)的貧液通過(guò)換熱器后接入吸收塔的胺溶液入口。所述吸收塔頂部開(kāi)設(shè)有尾氣出口。所述吸收塔下部開(kāi)設(shè)有富液出口。所述解吸塔上部開(kāi)設(shè)有富液入口。所述解吸塔的CO2出口開(kāi)設(shè)在頂部。所述解吸塔底部開(kāi)設(shè)有貧液出口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括內(nèi)置電化學(xué)系統(tǒng)的吸收塔和內(nèi)置電化學(xué)系統(tǒng)的解吸塔，吸收塔和解吸塔均連接換熱器，重點(diǎn)是在吸收塔和解吸塔中添加電極以形成內(nèi)置的電化學(xué)系統(tǒng)，從而促進(jìn)吸收和解吸過(guò)程，降低能耗。該電化學(xué)系統(tǒng)可高效利用傳統(tǒng)胺法無(wú)法利用的反應(yīng)熱，并且可大幅度降低解吸溫度，從而實(shí)現(xiàn)小溫差循環(huán)捕集CO2。本發(fā)明提出的熱-電共驅(qū)的胺法捕集CO2過(guò)程可高效低能耗捕集CO2，對(duì)于電廠等工業(yè)高效低成本減排CO2具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、吸收塔；2、解吸塔；3、換熱器；4、塔體；5、電池電極；6、導(dǎo)線；7、電池。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括內(nèi)置電化學(xué)系統(tǒng)的吸收塔1和內(nèi)置電化學(xué)系統(tǒng)的解吸塔2，吸收塔1和解吸塔2均連接換熱器3；吸收塔1和解吸塔2均包括塔體4，塔體4內(nèi)的頂部和底部均設(shè)置有電池電極5，頂部和底部的電池電極5通過(guò)導(dǎo)線6連接，導(dǎo)線6連接電池7，吸收塔1的塔體底部接入煙氣，塔體頂部設(shè)置有胺溶液入口，吸收塔1下部開(kāi)設(shè)有富液出口，解吸塔2上部開(kāi)設(shè)有富液入口，吸收塔1內(nèi)反應(yīng)后的富液通過(guò)換熱器3后接入解吸塔2中，吸收塔1頂部開(kāi)設(shè)有尾氣出口，解吸塔2的底部通入作為熱源的蒸汽，解吸塔2頂部開(kāi)設(shè)有CO2出口，解吸塔2底部開(kāi)設(shè)有貧液出口，解吸塔2內(nèi)的貧液通過(guò)換熱器3后接入吸收塔1的胺溶液入口。本發(fā)明的工作過(guò)程如下：煙氣由吸收塔1底部通入，和吸收塔1頂部流下的胺溶液逆流接觸，完成CO2的吸收；吸收塔1頂部和底部分別安裝了電池電極5，其產(chǎn)生的電場(chǎng)和離子對(duì)吸收具有強(qiáng)化作用，起到了減少胺用量，降低顯熱消耗的效果。吸收完成后尾氣由塔頂排出，富液經(jīng)換熱器3流至解吸塔塔頂，解吸塔2同樣裝有一對(duì)電池電極5，塔底通入蒸汽作為熱源，在熱源和電池上的電化學(xué)共同作用下，富液放出CO2，生成的CO2由解吸塔塔頂放空，貧液由塔底流入換熱器3，與吸收塔1的富液進(jìn)行熱交換，并返回吸收塔1塔頂，完成一個(gè)循環(huán)。為了驗(yàn)證熱-電共驅(qū)的胺法捕集CO2系統(tǒng)性能，本發(fā)明開(kāi)展了30％的乙醇胺溶液在有機(jī)玻璃填料塔中內(nèi)置SCET1和SCET2電極對(duì)構(gòu)成電化學(xué)系統(tǒng)的熱-電共驅(qū)實(shí)驗(yàn)，吸收溫度為298K，解吸溫度為388K-398K(較常規(guī)胺法的解吸溫度低大約20K)。CO2濃度采用IRMES紅外氣體分析儀測(cè)量，解吸能耗根據(jù)加熱系統(tǒng)能耗和解吸CO2量進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果如表1所示。表1熱-電共驅(qū)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能系統(tǒng)吸收時(shí)間/s吸收效率％解吸能耗/GJ/t電極對(duì)熱-電共驅(qū)4085903.12SCET1熱-電共驅(qū)4500903.24SCET2常規(guī)胺法4800853.6--由表1可知，熱-電共驅(qū)系統(tǒng)可明顯提高CO2的吸收速率，盡快達(dá)到吸收率(90％)的要求，吸收時(shí)間降低為傳統(tǒng)系統(tǒng)捕集時(shí)間的85.1％-93.75％，捕集效率提高了5％，能耗降低10％-13.33％。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3