[发明专利]套管式吸附器及利用其吸附和脱附CO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种捕获烟气中CO₂的装置及利用其吸附和脱附CO₂的方法，具体涉及一种套管式吸附器及利用其吸附和脱附CO₂的方法。

背景技术

我国是以化石燃料为重要能源的国家，CO₂排放总量居世界各国之首，主要排放源是燃煤电厂，燃煤电厂排放烟气中所含的CO₂，是造成温室效应的主要因素。因此分离烟气混合气体中的CO₂，是一个迫切需要解决的问题。

混合气体的分离方法包括吸收法、吸附法、膜分离法等，其中吸附法以设备简单、无腐蚀和能耗低等优势，成为人们在工程实际中研究应用的焦点。然而，若采用吸附法捕获烟气中CO₂，由于燃煤电厂中烟气具有较高流速和温度，且所含的CO₂浓度较低，致使吸附法捕获烟气中CO₂的研究，存在诸多的技术难点，目前尚无法获得工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种套管式吸附器及利用其吸附和脱附CO₂的方法，可以有效的解决吸附过程的热效应问题，提高吸附捕获CO₂的吸脱附率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种套管式吸附器，是对现有吸附器的改进，吸附器的上端为烟气出口，下端为烟气进口，吸附器壁面外侧设置有套管，套管的上部设置有出水口，下部设置有进水口，吸附器壁面与套管之间组成进出水通道。

利用上述套管式吸附器吸附CO₂的方法为：吸附器内填充吸附剂，吸附过程中，向套管和吸附器组成的通道通入冷水冷却吸附器壁面，带走吸附过程放出的热量，加强吸附器壁面向外的传热效果，达到降低吸附器内部温度的效果。

利用上述套管式吸附器脱附CO₂的方法为：在上述套管式吸附器内吸附剂吸附CO₂饱和后进行脱附过程中，向套管和吸附器组成的通道通入热水加热吸附器壁面，以补充脱附过程所必须的吸热量。

本发明设计的套管式吸附器吸附过程中通入冷水，能够降低40s的吸附时间，并提高0.08mol/kg的吸附量；套管式吸附器脱附时通热水，能降低90s的脱附时间，并将脱附率从0.78提高到0.81。

附图说明

图1为套管式吸附器的结构示意图；

图2为吸附量随时间的变化；

图3为吸附饱和后的轴向温度分布；

图4为脱附率随时间的变化；

图5为吸附器温度沿轴向的分布；

图中：1-吸附器，2-套管，3-入水口，4-出水口，5-烟气进口，6-烟气出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：为降低吸脱附过程中的热效应对过程的影响，本实施方式对吸附器1外壳结构进行如图1所示的改进，在吸附器1壁面外再做一个管径稍大的套管2，套管2的上部设置有出水口4，下部设置有入水口3，吸附器1的上端为烟气出口6，下端为烟气进口5，套管2与吸附器1壁面组成了近似套管换热器的结构，形成一个新式的套管式吸附器。在吸附器1进行吸附操作的过程中，通过设置的给水管道向套管2和吸附器1组成的通道通入冷水来冷却吸附器壁面，加强吸附器壁面向外的传热效果，达到降低吸附器1内部温度的效果；脱附时，再向套管2内通入热水加热吸附器壁面，以补充脱附过程所必须的吸热量。

具体实施方式二：本实施方式以套管式吸附器吸附时通冷水为例：

吸附时，向套管式吸附器内通入7℃冷水，流量100L/min，吸附器内初始压力为0.1MPa，温度为环境温度300K。模拟烟气温度为330K，流量50L/min，烟气中CO₂浓度15％。为便于分析，将通冷水的套管式吸附器的吸附过程模拟结果与常规吸附器模拟结果一并绘制于图2和3的曲线图中。