一种相变分离器及相变分离控制方法

本发明涉及一种用于液相分离的相变分离器及相变分离控制方法，具体是一种适用于利用化学吸收法捕集co2过程中对吸收co2的相变吸收剂进行分离的相变分离器及相变分离控制方法，属于co2捕集。

背景技术：

1、ccus(carbon capture，utilization and storage，碳捕获、利用与封存)技术是ccs(carbon capture and storage，碳捕获与封存)技术新的发展趋势，即把大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源生产过程中排放的co2收集起来并进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存，与ccs相比，ccus可以将co2资源化产生经济效益，更具有现实操作性。把co2作为“潜在的碳资源”加以捕集开发利用，目前已愈来愈受到世界各国的关注。

2、排放入大气中的co2约3/4是由化石燃料燃烧造成的，从燃煤电厂排放的烟气中回收co2不仅是我国碳减排的关键、而且最经济可观。目前从烟气中捕集回收co2的方法主要有化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法、膜分离法和低温蒸馏法等方法，其中化学吸收法因其技术成熟度和应用前景、是目前ccus项目最常选择和广泛使用的烟气co2捕集方法。化学吸收法是通过吸收剂选择性地与混合烟气中的co2发生化学反应来实现co2与其他气体的分离，并借助该反应的逆反应进行再生，释放出高纯度co2进行富集。传统的有机胺化学吸收法存在再生能耗高、吸收性能不足等问题，因此相变吸收剂是目前针对co2吸收剂的研究热点，相变吸收剂在吸收co2后会由均相溶液变为互不相溶的液液两相(贫液相和富液相)溶液并分层，通过分离富集吸收了富含co2的富液相，即可大幅减少在解吸塔中的再生液量，进而可以实现降低再生能耗，但目前采用相变吸收剂吸收co2后发生相变分层的吸收体系而言，不仅存在相变分相率不高、难实现贫富液相彻底分离的问题，而且存在两相再次混合时配比与起始配比可能发生变化且难以控制等问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种相变分离器及相变分离控制方法，能够在实现相变吸收剂高效分相的前提下实现较高的相变分相率，特别适用于基于化学吸收法的co2捕集回收系统。

2、为实现上述目的，本相变分离器包括罐体、溢流板、隔板、富相收集管、贫相收集管和排污管；

3、罐体的后端设有相变溶液输入口，相变溶液输入口上设有流量调节阀，罐体的顶端设有呼吸阀；

4、溢流板对应相变吸收剂输入口竖直固定设置在罐体内部，溢流板的底边缘与侧边缘均与罐体的内表面密闭连接，溢流板的顶边缘与罐体的内表面之间形成溢流通道，溢流板自后至前依次间隔设置为四件，四件溢流板将罐体内腔自后至前分隔为第一静置室、第一富相室、第二静置室、第二富相室和贫相室五个腔室，对应位于第一富相室和第二富相室后方的溢流板的上部和下部均设有溢流孔，对应位于第一富相室前方的溢流板的上部设有溢流孔，且沿自后至前的方向溢流板的溢流孔的孔径依次减小；

5、隔板对应设置在相邻两件溢流板之间，隔板的顶边缘与侧边缘均与罐体的内表面密闭连接，隔板的底边缘与罐体的内表面之间形成流通通道；

6、富相收集管与罐体内腔贯通连接、且富相收集管对应设置在第一富相室和第二富相室的底端位置；

7、贫相收集管与罐体内腔贯通连接、且贫相收集管对应设置在贫相室的底部位置；

8、排污管与罐体内腔贯通连接、且排污管对应设置在第一静置室、第二静置室和贫相室的底端位置；

9、富相收集管、贫相收集管和排污管上均设有通断阀。

10、作为本发明的进一步改进方案，罐体是卧式结构或立式结构，罐体是卧式结构时，罐体的长度与直径的比值不小于4，罐体是立式结构时，罐体的高度与直径的比值不小于4。

11、作为本发明的优选方案，罐体是卧式结构时，罐体的长度与直径的比值为10～15，罐体是立式结构时，罐体的高度与直径的比值为10～15。

12、作为本发明的进一步改进方案，罐体内腔的表面粗糙度ra＞0.4μm。

13、作为本发明的进一步改进方案，溢流板的顶边缘位置设有向前下方倾斜设置的导流斜板，导流斜板与溢流板之间的夹角为30～45°。

14、一种基于相变分离器的相变分离控制方法，通过控制流量调节阀调节包括相变吸收剂的相变溶液的持续输入流量为25l/h～75l/h，控制相变分离温度为30～60℃，通过第一静置室和第二静置室的两次静置分离实现相变溶液的高效分相，通过富相收集管进行富相收集、通过贫相收集管进行贫相收集、通过排污管进行杂质收集。

15、作为本发明的进一步改进方案，相变溶液中的相变吸收剂包括第一溶剂，或者相变溶液中的相变吸收剂包括第一溶剂和第二溶剂，以溶剂总质量为基准，第一溶剂的质量含量为15～80wt％，优选为15～30wt％，第一溶剂是乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、三乙烯四胺、羟乙基乙二胺、2,2-二甲基环丙甲酰胺、n,n-二乙基乙醇胺和n,n-二甲基环己胺中的至少一种，第二溶剂是丙醇、正丁醇、水、环丁砜、聚醚、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-甘醇和癸醇中的至少一种。

16、作为本发明相变吸收剂的一种实施方式，相变溶液中的相变吸收剂是溶剂a，溶剂a是乙醇胺和环丁砜的混合物，其中乙醇胺的质量含量为20％。

17、作为本发明相变吸收剂的另一种实施方式，相变溶液中的相变吸收剂是溶剂b，溶剂b是三乙烯四胺、n,n-二乙基乙醇胺和丙醇的混合物，其中三乙烯四胺的质量含量为30％、n,n-二乙基乙醇胺的质量含量为50％、丙醇质量含量为20％。

18、作为本发明相变吸收剂的另一种实施方式，相变溶液中的相变吸收剂是溶剂c，溶剂c是n-甲基二乙醇胺、正丁醇和水的混合物，其中，正丁醇质量含量为30％，水质量含量为50％，n-甲基二乙醇胺的质量含量为20％。

19、与现有技术相比，本相变分离器及相变分离控制方法一方面利用第一静置室和第二静置室的两次静置分离实现相变溶液的高效分相，另一方面，根据相变吸收剂的不同组分控制相变溶液的不同输入流量、以及根据相变吸收剂的不同组分控制相变分离温度，能够实现较高的相变分相率，特别适用于基于化学吸收法的co2捕集回收系统。

技术特征：

1.一种相变分离器，包括罐体(1)、溢流板(2)、隔板(3)、富相收集管(4)、贫相收集管(5)和排污管(6)；罐体(1)的后端设有相变溶液输入口(11)，相变溶液输入口(11)上设有流量调节阀，罐体(1)的顶端设有呼吸阀(12)；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的相变分离器，其特征在于，罐体(1)是卧式结构或立式结构，罐体(1)是卧式结构时，罐体(1)的长度与直径的比值不小于4，罐体(1)是立式结构时，罐体(1)的高度与直径的比值不小于4。

3.根据权利要求2所述的相变分离器，其特征在于，罐体(1)是卧式结构时，罐体(1)的长度与直径的比值为10～15，罐体(1)是立式结构时，罐体(1)的高度与直径的比值为10～15。

4.根据权利要求1所述的相变分离器，其特征在于，罐体(1)内腔的表面粗糙度ra＞0.4μm。

5.根据权利要求1所述的相变分离器，其特征在于，溢流板(2)的顶边缘位置设有向前下方倾斜设置的导流斜板(22)，导流斜板(22)与溢流板(2)之间的夹角为30～45°。

6.一种基于如权利要求1所述的相变分离器的相变分离控制方法，其特征在于，通过控制流量调节阀调节包括相变吸收剂的相变溶液的持续输入流量为25l/h～75l/h，控制相变分离温度为30～60℃，通过第一静置室(13)和第二静置室(15)的两次静置分离实现相变溶液的高效分相，通过富相收集管(4)进行富相收集、通过贫相收集管(5)进行贫相收集、通过排污管(6)进行杂质收集。

7.根据权利要求6所述的相变分离控制方法，其特征在于，相变溶液中的相变吸收剂包括第一溶剂，或者相变溶液中的相变吸收剂包括第一溶剂和第二溶剂，以溶剂总质量为基准，第一溶剂的质量含量为15～80wt％，第一溶剂是乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、三乙烯四胺、羟乙基乙二胺、2,2-二甲基环丙甲酰胺、n,n-二乙基乙醇胺和n,n-二甲基环己胺中的至少一种，第二溶剂是丙醇、正丁醇、水、环丁砜、聚醚、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-甘醇和癸醇中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的适用于co2捕集的冷凝分离工艺，其特征在于，相变溶液中的相变吸收剂是溶剂a，溶剂a是乙醇胺和环丁砜的混合物，其中乙醇胺的质量含量为20％。

9.根据权利要求7所述的适用于co2捕集的冷凝分离工艺，其特征在于，相变溶液中的相变吸收剂是溶剂b，溶剂b是三乙烯四胺、n,n-二乙基乙醇胺和丙醇的混合物，其中三乙烯四胺的质量含量为30％、n,n-二乙基乙醇胺的质量含量为50％、丙醇质量含量为20％。

10.根据权利要求7所述的适用于co2捕集的冷凝分离工艺，其特征在于，相变溶液中的相变吸收剂是溶剂c，溶剂c是n-甲基二乙醇胺、正丁醇和水的混合物，其中，正丁醇质量含量为30％，水质量含量为50％，n-甲基二乙醇胺的质量含量为20％。

技术总结本发明公开了一种相变分离器及相变分离控制方法，相变分离器包括罐体、溢流板、隔板、富相收集管、贫相收集管和排污管；溢流板竖直固定设置在罐体内部，溢流板自后至前依次间隔设置为四件，四件溢流板将罐体内腔自后至前分隔为第一静置室、第一富相室、第二静置室、第二富相室和贫相室五个腔室，对应位于第一富相室和第二富相室后方的溢流板的上部和下部均设有溢流孔，对应位于第一富相室前方的溢流板的上部设有溢流孔，且沿自后至前的方向溢流板的溢流孔的孔径依次减小；隔板对应设置在相邻两件溢流板之间。本发明能够在实现相变吸收剂高效分相的前提下实现较高的相变分相率，特别适用于基于化学吸收法的CO<subgt;2</subgt;捕集回收系统。技术研发人员：陆诗建,王瑞玉,刘玲,康国俊,王利军受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23