文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置和方法

本发明属于二氧化碳吸收，具体涉及一种文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置和方法。

背景技术：

1、二氧化碳(co2)是大气中最常见的温室气体之一，随着工业的不断发展和化石燃料的广泛使用，co2的排放量也呈增加趋势。二氧化碳的大量排放导致了全球气候变暖，不仅对自然环境产生严重危害，也对人类健康和社会经济产生深远影响。如果不采取有效处理，二氧化碳的过量排放将会加剧温室效应，导致海平面上升、极端天气频发，破坏生态系统，影响生物多样性。

2、随着环保意识的增强和环保法规的普及，许多国家和地区都加大了对二氧化碳排放控制的投资力度。二氧化碳吸收塔因其气液传质充分，吸收效率较高的优点成为关注的焦点。然而，在实际工业生产中，传统的二氧化碳吸收塔仍存在吸收效率不高、能耗较大、操作成本高等问题。特别是对于高排放行业，如火电厂、钢铁厂和水泥厂，二氧化碳的捕集和处理技术面临巨大的挑战和需求。

3、目前，对于二氧化碳的捕集、吸附以及再利用技术，是环保领域的研究热点。在对二氧化碳进行吸附的过程中通常需要采用二氧化碳吸收塔。二氧化碳吸收塔可按气液相接触形态分为三类：第一类为气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔等；第二类为液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔等；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔、降膜吸收塔等。二氧化碳吸收塔内的气液两相的流动方式包括逆流和并流两种。

4、常规的二氧化碳吸收塔内部从上到下依次设置有喷淋器和填料层，并采用逆流的流动方式，即从喷淋器进入的吸收液在二氧化碳吸收塔内自上而下流动，并均匀喷洒在填料层中，与从塔底进入且自下向上流动的气体相接触并进行吸收反应，反应后的吸收液从二氧化碳吸收塔底部排出，完成吸收后的气体从二氧化碳吸收塔顶部排出。但是常规的二氧化碳吸收塔的吸收速率较慢，吸收剂用量过大，能耗过高。

5、cn219462997u公开了一种二氧化碳吸收塔，包括塔体、填料层以及喷淋组件，塔体具有进气口、出气口、进液口以及出液口，填料层设置在塔体内且位于进气口、进液口之间，喷淋组件设置在塔体内且与进液口连通，塔体的内壁上设置有防腐层，喷淋组件包括多个喷淋件，喷淋件呈圆环形，多个喷淋件以同心圆状设置并相互连通，每个喷淋件均包括圆环形的连接管、多个喷淋单元，多个喷淋单元设置在连接管上并绕其径向分布，每个喷淋单元上均开设有多个喷淋口，多个喷淋口呈圆环形分布。

6、上述专利中的二氧化碳吸收塔虽然通过采用新型喷淋组件可使吸收液均匀喷洒在填料层中，防止出现液体偏流现象，并在一定程度上提高了吸收效率，但是仍存在吸收速率较慢，且会造成吸收剂胺液浪费的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对传统二氧化碳吸收塔对二氧化碳吸收速率慢、捕集能耗高，且吸收剂用量过高的问题，提供一种文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置和方法，以提高二氧化碳吸收速率，并降低二氧化碳捕集能耗。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明的第一个方面，提供了一种文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置，包括吸收塔主体，从上到下依次设置在吸收塔主体内部的喷淋器、雾化区、文丘里喷射装置、发泡网、填料层、净化烟气区、胺液收集层、烟气提升区、液体分布器、预吸收区、烟气分布器和胺液回收层，以及用于连接所述烟气提升区和雾化区的提升管，用于连接胺液收集层和液体分布器的胺液循环罐；

4、所述烟气分布器、净化烟气区分别外接烟气入口、净化烟气出口；

5、所述喷淋器、文丘里喷射装置分别外接第一胺液入口、第二胺液入口，所述胺液回收层外接胺液出口；

6、其中：所述文丘里喷射装置包括进液主管和若干个并联的文丘里喷射管，所述文丘里喷射管的上下端分别为出液口和进液口，其侧壁还开设有自吸进气口，所述文丘里喷射管的下端连通至进液主管。

7、根据本发明，所述烟气分布器上设置有若干个烟气出口，用于向吸收塔主体内输入烟气。

8、根据本发明，所述喷淋器的底部设置有若干个喷嘴，所述喷嘴的喷淋角度α为60-65°。

9、根据本发明，所述文丘里喷射管的喉部渐缩角β为30-33°。

10、根据本发明，所述发泡网为网状结构，用于将来自雾化区的雾状液滴进一步转化为雾珠和微泡；

11、所述发泡网为聚丙烯、聚四氟乙烯或不锈钢，所述发泡网的目数为20-60目；

12、所述填料层由鲍尔环填料或阶梯环填料组成。

13、根据本发明，所述净化烟气出口处还设置有除雾器，用于分离净化烟气中夹带的吸收剂胺液滴，以保证传质效率，降低物料损失，并降低装置后的压缩机的处理难度。

14、根据本发明，所述胺液出口分别通过管路连通至第一胺液入口、第二胺液入口，实现胺液的循环利用，降低成本；

15、所述管路上设置有液体流量计、压力表和液体阀门，用于监测和调控胺液流量；

16、所述装置的烟气入口和胺液出口分别设置在吸收塔主体的两侧；

17、所述烟气入口和净化烟气出口处分别设置有烟气成分探测装置，用于检测二氧化碳的含量。

18、本发明的第二个发明，在于提供一种基于上述文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置的二氧化碳吸收方法，包括以下步骤：

19、(1)烟气预吸收与提升：烟气由烟气入口进入烟气分布器，在向上扩散的过程中与来自液体分布器的胺液在预吸收区内接触，进行预吸收，然后胺液下降至胺液回收层并从胺液出口排出，烟气继续上升至烟气提升区，再由提升管送至装置上部的雾化区；

20、(2)雾化：来自雾化区上下两侧的喷淋器、文丘里喷射装置的吸收剂胺液在雾化区内被雾化成雾状液滴，烟气在雾化区内与雾状液滴进行双向充分接触，然后并行下降至发泡网；

21、(3)强化吸收：雾化液滴在发泡网中进一步形成雾珠和微泡，增大吸收剂胺液的接触面积，使烟气与胺液充分接触，强化吸收过程；然后继续下降至填料层，进一步促进气液之间的传质过程，所得净化烟气进入净化烟气成层，并从净化烟气口排出；胺液下降至胺液收集层，再经胺液储存罐输送至液体分布器。

22、根据本发明，所述步骤(2)中的雾状液滴的粒径为400-600μm；；所述文丘里喷射管内的气液体积比为2-4。

23、根据本发明，所述步骤还包括胺液的循环利用：从胺液回收层排出的胺液吸收剂通过管路，分别泵送至第一胺液入口、第二胺液入口，实现胺液的循环利用。

24、本发明所具有的有益效果如下：

25、1、本发明的文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置，不同于传统的二氧化碳吸收塔的气液两相逆流的流动方式，通过提升管将底部的烟气提升至顶部的雾化区，气液两相在装置内并流，并通过多种途径增大气液接触面积，以提高二氧化碳的吸收效率。

26、2、本发明的文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置中，首先是通过文丘里喷射装置使部分烟气与吸收液混合接触；其次，相较于传统二氧化碳吸收塔中，烟气与来自喷淋器的吸收液的单向接触，本技术中的烟气在雾化区内，可以与来自雾化区上下两侧的喷淋器和文丘里喷射装置的雾化液滴进行双向充分接触；最后，本技术还引入了发泡网，烟气和雾状液滴下行至发泡网时，雾状液滴通过形成雾珠和微泡，将传统的溪流扩展为液膜或乳化相，形成耦合雾珠、微泡及溶液的多流态吸收反应路径，大幅提高反应面积，有效降低扩散阻力；实现有限空间内反应面积最大化，并能有效抑制胺逃逸，提高烟气中碳捕集效率。

27、3、本发明的文丘里喷射耦合发泡网高效捕集二氧化碳吸收装置相比于普通的二氧化碳吸收塔，具有捕碳效率高、捕碳效果好，以及吸收液循环利用，消耗量少等优点。