[发明专利]多级微通道反应系统内二氧化碳吸收的方法

说明书

技术领域

本发明属于气体回收净化领域，具体涉及一种多级微通道反应系统内二氧化碳吸收的方法。

背景技术

目前，CO₂减排已成为全球性问题，2007年12月15日联合国气候变化大会通过“巴厘岛路线图”，各国政府都高度重视并积极大力推进新技术开发和应用以减少温室气体排放，适应和减缓气候变化。2011年11月9日国务院讨论通过的《“十二五”控制温室气体排放工作方案》中明确了我国到201 5年单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17％的目标要求，把积极应对气候变化作为经济社会发展的重大战略。

工业上CO₂的捕集主要依靠化学吸收法，所用的溶剂主要是有机胺类吸收剂，如一乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺/哌嗪混合胺等，所用的设备为吸收塔。但吸收塔体积庞大，单位体积内热、质传递速率有限，维护成本高，尤其是将其应用于海上油气田时有诸多不便。

20世纪90年代出现的微化工技术以其高效的传热传质速率已引起化工界的高度关注。微通道吸收器是指流体流动通道特征尺度在数百微米范围内的吸收器。与传统化工设备相比，微通道化工设备具有高传递速率、易于直接放大、设备安全性高、体积小、易于控制、适应面广等优点。因此研究开发高效微通道吸收器及其系统集成将为CO₂分离富集提供技术支撑，此过程投资少、能耗低、环境友好、设备紧凑、易于操作且容易放大，其顺利发展将对气体吸收技术领域产生重要影响。

专利CN101612510A提出了一种类似蜂窝陶瓷结构的微通道吸收器，该吸收器采用喷淋分散方式实现二氧化碳气体-吸收液两相流体的混合吸收。

专利CN102019129A提出了一种利用套管式微反应器捕获CO₂的方法，该方法将含有CO₂的混合气体通入微反应器的内管，之后再将吸收液体注入微反应器的外管，气体从内管的微孔道冒出后，与外管中形成微米厚度的液膜在微孔部分错流冲撞。此方法主要借助内管壁面上微孔的分散作用，使气相以小气泡的方式分散至液相中，以获得高的气-液相界面，从而强化CO₂的吸收过程。

专利US20100024645提出了一种用于气体吸收的微通道分离系统，该分离系统由微通道反应器和传统的解吸设备组成，其重点在于该系统结构的描述及系统能量的回收再利用，所用的溶剂为离子液体。

专利CN101909720A提出了一种用于处理烟道气流的多级CO₂去除系统和方法，该方法提供了多个吸收级，每个吸收级位于吸收塔内部的不同位置，其尺寸与吸收塔相当，且每个吸收级能在预定温度下传递离子溶液，并将其与烟道气流接触。

本发明提供一种多级微通道反应系统内二氧化碳吸收的方法，该方法的优点在于可以根据二氧化碳吸收的具体情况和要求，选择和调整系统中每一级所用的吸收剂种类和微通道吸收器的结构，使得该系统具有很高的操作灵活性和环境适应性。

发明内容

本发明为使二氧化碳混合气达到特定的吸收要求甚至是深度脱碳的目的，提出如下技术方案：

采用一种多级微通道反应系统，系统的每一级都至少包含一个微通道吸收器和一个气-液分离器，每一个微通道吸收器至少包含一条微通道，同一级的微通道吸收器之间采取并联的连接方式，不同级的微通道吸收器之间采取串联的连接方式。

对于第一级微通道反应系统，若有两个或以上微通道吸收器，各微通道吸收器所处理的混合气来自同一个气源，也可根据实际情况进行调整；对于第二级和第n(n≥2，且n为正整数)级微通道反应系统，所处理的混合气全部来自上一级，也可以由上一级的净化气和第一级所处理的混合气混合而成。混合气经处理后，根据实际的处理要求，每一级的净化气采用气体阀调节，全部或部分进入下一级继续净化，也可直接排空或使用；

对于系统中每一个微通道吸收器所用的吸收贫液，其种类和浓度相同，也可根据实际需要进行调整；除第n(n≥2，且n为正整数)级外，第一级、第二级和第n-1级所用的吸收贫液可采用液体阀调节，部分或全部来自下一级。

而对于吸收富液，除第一级全部用于解吸外，第二级以及第三级和多级吸收富液一部分用于解吸，另一部分返回到上一级继续使用，若第二级以及第三级和多级吸收富液中二氧化碳等气体的吸收量偏高，也可全部进行吸收剂的再生处理，再生后用于吸收。