的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种燃烧烟气c〇2排放控制方法及装置，具体设及一种高速旋撞流氨 (胺）法脱除燃烧烟气C〇2的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 由化石燃料燃烧产生的燃烧烟气〔化（Post-combustion0)2)排放被主流科学家 认为是人为造成溫室效应的重要诱因。高效、经济、环保的燃烧烟气C〇2捕捉与封存（Carbon dioxideCap化re&Storage,CCS)已经成为世界各国当前研究的热点和重点科学问题之 一，其中C〇2的捕捉(脱除）是封存的前提和基础，尤为关键和重要。
[0003] 目前对燃烧后烟气c〇2的脱除按机制划分主要包括物理法巧日物理吸附、冷凝)、化 学法巧日化学吸附和吸收、化学链燃烧及膜分离)和生物法如微藻生物固碳等。相对而言，化 学吸收法脱碳具有效率高、成本低、技术工艺成熟等优点。但是，强碱溶液如化0H、Ca(0H)2 等由于其对设备的强腐蚀性、循环性差和产物资源化利用率低，适用性有限。因此，研发C02 吸收效率高、吸收容量大、再生能耗低或产物可资源化利用的吸收剂是氨（胺）法烟气脱碳 的重要发展方向。
[0004] 近年来氨（胺）基吸收剂包括氨水和有机胺吸收剂例如单乙醇胺（MEA)，二乙醇 胺值EA)，S乙醇胺灯EA)和甲基二乙醇胺（MDEA)广泛应用于烟气脱碳。它们具有高吸收 能力、高负载容量、低循环再生能耗和来源丰富等广泛优点，其产物亦可用来改良±壤，并 且可W联合脱除燃烧烟气中S〇2、NOy、Hg/等其它污染物。目前，氨（胺）基吸收剂捕捉C〇2 已经成为燃烧烟气C02排放控制和资源化利用的重要方式之一，由于其相对于其它C〇2捕 捉方式的独特优势，正日益受到关注。基于氨（胺）法的湿法燃烧烟气C〇2捕捉的方法和 技术研发，十分必要和紧迫。
[0005] 氨（胺）法烟气脱碳的过程存在均相和非均相相互共同作用，是伴随着一系列复 杂的与浓度、溫度、压力、时间和端流状态等关联的物理化学反应。W氨水为例，研究表明 畑3 - %- &0反应是5步可逆综合反应的加和，中间产物包括N&COO，C〇32 W及主要产物 肥〇3共存于氨碳反应体系中。XRD、SEM、FT-IR、13C NMR和拉曼光谱的实验研究和基于双 方程、八方程、两性离子或=分子机制模型的理论研究表明，氨碳化W及N&COO和C〇32进 一步碳化为hc〇3过程的化学反应动力学速率常数均对反应时间和反应条件如浓度、溫度、 压力、相物性等因素敏感。因此，湿法氨（胺）碳反应科学问题的实质可W概括为气液两相 的物理化学特性、两相动力学特性W及化学反应特性的问题。
[0006] 为了强化氨（胺）法烟气脱碳的性能，就要求从上述=个关键的物理化学过程加 W强化改善。近年来，随着一类特殊物理条件如高压、超重、超临界等环境在强化流动、传 热、传质W及化学反应等科学研究中的成功应用，其优势也逐渐显现。因此，探索特殊条件 下实现氨（胺）法高效燃烧烟气0)2的脱除强化方法及其机理，进而实现脱碳操作条件的 最优化控制，将会对燃烧烟气C〇2控制理论和工程应用产生积极意义。
[0007] 为实现氨（胺）法烟气脱碳多重物理化学过程的强化，研究者从化学机制的角度 分进行了探索研究。化学强化方法主要是使用功能性化学添加剂，如赃萎（p幻和烧控醇 胺（MEA,DEA,TEA,MDEA,AMP,AMPD，AEPD,THAM)等。研究表明，添加剂对溶液吸收的 主要影响表现在对其表面张力的影响上，适当浓度的添加剂可有效降低氨水的表面张力达 20%，从而促进氨碳反应的进行。但添加剂的作用有限，且其存在可使吸收剂氨的化学成分 变得复杂，一定程度上影响了氨的再生循环利用。
[000引近十年来，有别于传统气液接触和传质方式，如滴滤式（心=7X10 2S1)、气泡式 (心=24X10 2S1)、文丘里化b=25X10 2S1)和膜面式Gda=40X10 2S1)，若干特殊物理 条件强化方式在烟气脱碳领域逐渐显现（图1)。如采用静态气相旋流增加端流脉动包括 旋流喷淋（V巧和旋流叶片（W)气液两相接触原理和方法，可使得气液的接触和传质时间 延长或使液体薄膜化，同时增强=维强旋端流气液的相互渗混效果，从而使传质过程强化。 Javedetal.报道在50-800L/min的气相流量下对低浓度C02 (2. 5%，v/v)吸收的气相总 体积传质系数KGa增幅可达10%-20%。此外研究表明相基于多级旋流机制的碳化反应体积 总传质系数可达4. 53X10S-9. 22X10 5kmol?m3 ?S1 ?kPa，基于醇胺MEA的吸收效率可 达90%W上。但由于气流通常为单股有限空间射流且入射速度通常<15m/s，液滴破碎和分 散效果有限导致强化效果受限。另外，上述研究集中于低浓度C02(<5%，v/v)、或适用于液 气比较大场合化/Gmax=l:4，v/v)，且尚未见对大跨度燃烧烟气0)2巧%-20%)简易成熟的 方法报道。
[0009] 研究者还采用动态超重力化igee或RPB)的机制来实现过程强化。实验和数 值模拟研究结果表明由动力旋转部件形成的超重力场可产生200-1000倍的重力因子，该 条件可使流经介质载体表面的液相可被拉伸或剪切为比常规液滴小到10-2级别的液膜、 液丝和液滴，从而有效提高传质系数。实验结果表明在错流旋转碟式气液接触方式下， 600-12(K)r/min的旋转速度形成的超重力场可使氨碳吸收效率相比于常规重力场最高可提 高33%。由于该方式有旋转部件，需要消耗额外能量，加之吸收性能参数与转速间非线性关 系，其最佳工况条件差异性较大。
[0010] 此外，近年来发展起来基于撞击流（IS)机理的方式也被用来进行气液混合传质与 反应的强化改善。研究表明对置式气液撞击流具有显著强化相问传递、结构简单、流体阻力 小等优点，可使氨（胺）法脱硫效率达到96%。一类T型及其改形式的撞击流可W促进微通 道内的微观混合，撞击流微观混合液相传质系数kl较常规气液接触机制提高约1-2个数量 级，且微观混合时间在1ms级。撞击流强化混合传质的基本思路是由两股等量多相流沿同 轴相向流动，在中点处形成一个高度端动的多相撞击区，在增加相界比表面积的同时缩短 溶质渗透时间，还可使气液相因分子聚集状态完全不同，表现出具有重大差异的物理性质， 从而强化了气液传质过程，但其在烟气脱碳领域的方法尚鲜见报道。
[0011] 综上所述，从流动和混合等新的角度对常规原理、方法和技术方向进行探索创新， W实现气液强化传质与反应从而提高基于化学吸收法的烟气大跨度浓度C02捕集性能，并 同时降低系统能耗，是十分必要和迫切的。
[0012]
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于：提供一种高速旋撞流氨胺法脱除燃烧烟气C〇2的装置及方法， 旨在解决基于化学吸收法的C〇2减排技术在大流量烟气、大跨度CO2浓度下的强化传质与反 应问题，具有C〇2减排效率高、工艺流程简单、投资成本低廉、运行稳定等优点。
[0014] 本发明是通过W下具体技术方案实现的： 一种高速旋撞流氨（胺）法脱除燃烧烟气C02的装置，包括气相供给系统、液相供给系 统、旋流反应器、气体辅助净化系统及测试系统，所述的气相供给系统包括模拟气瓶及流量 计，所述模拟气瓶通过流量计与旋流反应器系统的气相进口相连接，所述的液相供给系统 包括吸收剂和流量计，吸收剂通过流量计与旋流反应器系统的气液进口相连接；所述的旋 流反应器系统为一种高速旋撞流反应器，高速旋撞流反应器上部具有多个气液进口，顶部 具有气相出口，底部具有液相出口。
[0015] 所述气液进口与气体辅助净化系统中的吸收剂夹带脱除系统相连接；所述液相出 口与储液容器相连；所述的气体辅助净化系统中的吸收剂夹带脱除系统通过气体干燥器连 接所述的测试系统。
[0016] 所述的测试系统为c〇2测试仪。
[0017] 所述的高速旋撞流反应器包括二元流体旋流喷雾装置W及与之相连的用于在反 应器中形成高速旋撞流场的文丘里式引射通道。
[0018] 所述高速旋撞流反应器为柱状反应器，其高径比范围为5-10。
[0019]一种应用高速旋撞流氨（胺）法脱除燃烧烟气0)2的装置脱除燃烧烟气C02的方 法，将含有C〇2的烟气和氨吸收剂进口前端由高压两相形成旋流喷雾，经过高速旋撞流反应 器中的文丘里式引射通道引射进入高速旋撞流反应器内，在高速旋撞流反应器内部形成多 股旋撞流；再利用高速旋撞流反应器内部的高速=维强旋端流进行分离，分离到边壁的液 滴形成液膜后下流至集液口流至储液容器，然后定期回收或循环；反应后的烟气经过中屯、 管内旋流上升排出反应器。
[0020] 所述C〇2烟气的浓度范围为0. 038%-20%。所述氨吸收剂为氨水或有机胺溶液或碱 性吸收剂。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： (1)合理地提出和设计了一种高速旋撞流氨（胺）法脱除燃烧烟气C〇2的方法及装置，W气液二元旋流喷雾、经文丘里加速、W及上部多个切向多相流进入的方式，形成复合旋撞 流，极大的改善和强化了基于传统的气液接触方式，包括轴向喷淋、填料、板式等方法，有效 剪切减小了气液接触面积、边界层厚度，提高了微观混合、传质与反应能力并进行一体化分 离，从而有效提高反应器的脱除效率，可实现减排烟气中65-99%的0)2。
[002引似本发明可同时实现烟气中其它污染物包括S02、N02及化2+与C02的联合脱除。