一种超重力耦合原位有机蒸汽汽提强化离子液体捕集二氧化碳的装置及方法与流程

本发明属于二氧化碳捕集的，尤其涉及一种离子液体捕集二氧化碳的装置及方法。

背景技术：

1、随着工业化进程的加速和能源需求的持续增长，二氧化碳(co2)排放问题日益严峻，对全球气候变化造成了显著影响，有效地捕集和纯化co2成为减缓温室效应和实现碳中和的重要手段之一。

2、传统的co2捕集技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法等。其中，以胺水溶液为代表的化学吸收法在工业上得到了广泛应用，然而，这些传统方法存在能耗高、设备腐蚀严重、吸收剂降解以及再生困难等问题。近年来，非水离子液体作为一种新型的绿色吸收剂，由于其独特的物理化学性质，如低蒸气压、良好的热稳定性和可设计性，被认为是一种有潜力的有机溶剂用于co2的捕集与分离过程。非水离子液体能够通过化学的方式有效吸收co2，尽管非水离子液体在co2捕集方面表现出色，但其在实际应用中仍面临一些挑战，包括离子液体粘度大导致传质效率不高等问题，这些问题限制了其在工业规模上的应用。传统的co2解吸方法，如再沸器解吸和利用蒸汽发生器蒸汽汽提，存在一些局限性。再沸器解吸通常针对胺水溶液需要大量的热能来使水溶液加热汽化，在塔中逆流接触吸收剂以打破co2与吸收剂之间的化学键合，这导致了解吸过程的高能耗，且不适用于非水离子液体对co2的捕集工艺，而利用蒸汽发生器提供蒸汽汽提虽然在一定程度上增强了解吸效果，但需要额外提供装置，造成一定的能量损失且增加了操作的复杂性和维护问题，需要开发新型设备和解吸方式来有效解决这些问题。

3、专利公开号cn 109126392a公开了一种以离子液体作为循环吸收剂，以低沸点的有机蒸汽作为循环汽提剂，采用超重力旋转床作为超重力再生和吸收装置，进行烟气中co2捕集分离的装置及工艺，包括按照一定方式连接的贫富液换热器，富液加热器，超重力再生装置，气液换热器，冷凝器，气液分离器，背压阀，蒸汽发生器，贫液输送泵，贫液冷却器，超重力吸收装置，富液输送泵，除沫器。并具体公开了[脯氨酸羟基胆碱盐]、[1-(3-丙胺基)-3-丁基咪唑双三氟甲磺亚胺盐]、[1-(1-氨基丙基)-3-丁基咪唑溴盐]等离子液体作为二氧化碳吸收剂。虽然采用超重力旋转床作为再生设备强化了co2在非水离子液体中的扩散速度，一方面此工艺需要额外提供蒸汽发生装置，系统较为复杂，另一方面，再生过程中吸收剂富液与汽提蒸汽在反应器内接触会造成热量的传递和损耗，再生能耗高，且解吸效果仍然不高，对非水离子液体的解吸仍然是一个难点。

技术实现思路

1、针对离子液体解吸效果差的技术问题，本发明提出一种超重力耦合原位有机蒸汽汽提强化离子液体捕集二氧化碳的装置及方法，实现了捕集效果的提高和低温下的高效解吸，降低了再生能耗。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种超重力耦合原位有机蒸汽汽提强化非水离子液体捕集co2的装置，包括依次连接的吸收装置、富液罐、加热装置、解吸装置、贫液罐，所述解吸装置上方与冷凝器连接，冷凝器与气液分离器连接，气液分离器的出液口与贫液罐连接。

4、所述贫液罐的出液口与换热器连接，换热器的出液口与冷却器连接，冷却器与吸收装置连接，使非水离子液体吸收剂循环流通利用。

5、所述吸收装置和解吸装置均为超重力旋转床。两者均属于相同设计参数和性能规格的装置，所述超重力旋转床的气体入口和液体入口的相对分布位置能使输入吸收超重力旋转床的含二氧化碳的原料气和离子液体吸收剂于超重力场中逆向接触。

6、超重力旋转床装置作为传统塔器的替代，超重力装置利用其产生的远大于地球重力的离心力，显著提升了气液接触面积和传质效率。这种增强的传质性能，不仅显著提高了co2的捕集效率，同样在解吸过程中也展现出高效性，缩小了设备体积，降低了能耗，此外，超重力装置的设计简化了系统流程，减少了成本，同时也降低了维护和操作的复杂性。

7、一种利用上述的系统装置耦合原位有机蒸汽汽提强化非水离子液体捕集co2的方法，包括如下步骤：

8、(1)将离子液体、有机溶剂和汽提溶剂混合配制非水离子液体吸收剂；将含co2的原料气经气体入口通入吸收超重力旋转床，将非水离子液体吸收剂由液体进口经贫液泵泵入吸收超重力旋转床，其中非水离子液体吸收剂的温度通过通入冷却器中冷凝液的温度和流量控制，开启吸收超重力旋转床，非水离子液体吸收剂经液体分布器开始喷射并在填料上与原料气充分接触；

9、(2)经净化后的含co2气体由co2检测器检测其浓度，吸收后的离子液体富液经超重力旋转床的液体出口排出至富液罐，经换热器换热和加热装置加热到解吸温度之后进入超重力旋转床内进行再生，加热后非水离子液体富液中的汽提溶剂汽化，通过原位汽提方式与离子液体富液充分接触将吸收剂中的co2高效解吸出来；

10、(3)再生后的离子液体吸收剂进入贫液罐中，经换热器和冷却器冷却至吸收温度送入吸收超重力旋转床，含有有机蒸汽汽提剂的co2在经过冷凝器和气液分离器的过程中被有效分离，汽提溶剂被冷凝输入贫液罐中循环利用。

11、进一步的，非水离子液体吸收剂中离子液体为[cho][triz]、[cho][im]、[hdbu][im]、[hdbu][triz]、[emim][triz]中的一种或以上组合，其质量含量优选为40～80wt％。

12、所述有机溶剂包括为乙二醇、环丁砜、n-甲基咪唑的一种或以上组合，其质量含量优选为10～20wt％。利用有机溶剂可以降低离子液体粘度、提高传热、传质效果。

13、所述汽提溶剂为乙醇、乙腈、乙酸乙酯的一种或以上组合，其质量含量优选为10～40wt％。

14、所述步骤(1)中超重力旋转床的转速为400～1400r/min，所述吸收超重力旋转床内的压力为0.1～0.6mpa，所述吸收工段的温度为20～50℃，超重力旋转床内的气液体积比为50:1～300:1之间。

15、所述步骤(3)中解吸时超重力旋转床的转速为400～1400r/min，所述解吸温度为70～100℃。

16、解吸过程中，通过原位蒸汽汽提方式使汽提蒸汽与离子液体富液在加热装置后管路与超重力旋转床中充分接触，汽提蒸汽提供了必要的热量和解吸动力，使得co2从离子液体富液中释放出来，使用这类有机蒸汽作为汽提气所需的热量远小于使用水蒸汽作为汽提气所需的热量。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明选用的非水离子液体吸收剂具有优异的吸收性能，吸收容量大，能够高效的捕集co2，更重要的是，本发明中的非水离子液体吸收剂解吸条件温和，在100℃以下即可实现有效解吸，远低于有机胺吸收剂所需的解吸温度，相较于有机胺吸收剂，本发明中的非水离子液体吸收剂不仅表现出良好的稳定性，还减少了设备腐蚀、降低了再生能耗，提高了整个工艺系统的安全性和经济性。

19、(2)本发明通过引入超重力技术强化吸收和解吸过程，显著提高了传质和传热的性能，在传统的离子液体捕集co2过程中，传质和传热效率往往受限于重力场的影响，导致反应速率较慢，效率不高，而超重力技术能够产生强大的离心力，提供更高的气液接触面积且大大增加气液两相之间的相对速度，从而极大地促进了co2在离子液体中的扩散和反应速率，提高了co2的捕集效率。

20、(3)本发明创新性地将有机蒸气原位汽提技术与非水离子液体在超重力装置内再生相结合，实现了在低温条件下对非水离子液体中富集的co2进行高效解吸，与传统有机胺水溶液co2再生方法相比，本发明工艺的能耗可以降低40％以上，该技术不仅降低了能耗、提高解吸效率，还简化了工艺流程，减少了设备投资和运行成本，有利于促进该技术的广泛应用和工业化。