一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统

本发明涉及二氧化碳捕集与胺吸收剂再生，特别是涉及一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统。

背景技术：

1、胺法碳捕集是燃煤烟气、天然气净化和工业尾气co2捕集领域应用较成熟的技术路线。该方法利用醇胺溶液在吸收塔内与co2反应形成氨基甲酸盐、碳酸氢盐等富co2物种，再通过解吸塔及再沸器加热使富胺液再生。由于co2与胺分子之间存在较强的化学结合，传统热再生过程通常需要较高的解吸温度和较大的再沸负荷，导致系统能耗高、溶剂热降解风险增加。

2、为降低再生能耗，已有技术提出了相变吸收剂、复合胺吸收剂、固体酸催化解吸以及膜催化再生等方案。其中，催化解吸技术可通过bronsted酸位点、lewis酸位点或孔道限域结构促进质子迁移和氨基甲酸盐分解，从而降低富胺液再生温度并提高单位时间co2解吸量。然而，现有催化解吸技术存在催化剂利用方式缺失的问题，反应器与催化剂匹配性不足，无法充分发挥催化剂的活性。

3、现有技术中，固定床式的使用形式便于催化剂固定和回收，但床层内部液固接触受限，长期运行时易出现偏流、压降升高或局部失活；流化床催化剂传质和传热效率较高，但流化状态下吸收剂共混严重，且解吸的co2难释放，导致吸收剂发泡，严重时候乳化，导致吸收剂再生效率低，co2捕集效率低。现有方案多将固定床、流化床或填料塔作为独立结构设计，存在设备占地大、流程复杂、热量损失大等不足。

4、为解决上述问题，有必要开发一种将流化床与固定床集成于同一塔体内的用于二氧化碳捕集的催化解吸系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一，通过分区布置实现富胺液分级催化再生，使流化床区承担强化传热传质和深度解吸功能，使固定床区承担稳定催化和延长停留时间功能，从而提高co2解吸效率、降低再沸负荷，并增强系统连续运行稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，包括：

3、吸收塔，用于使含co2的烟气与贫胺液吸收剂接触，形成富co2胺液；

4、催化解吸塔，用于对所述富co2胺液进行催化解吸再生，所述催化解吸塔为竖直塔式结构，塔内沿富胺液流动方向依次设置有上部固定床催化填料层、上部流化床催化反应区、下部固定床催化填料层和下部流化床催化反应区，所述催化解吸塔上开设有位于所述上部固定床催化填料层上方的第一入口以及位于所述上部流化床催化反应区位置的第二入口；

5、分流机构，用于将所述吸收塔形成的富co2胺液分流为两路分别送入所述催化解吸塔的第一入口和第二入口。

6、可选的，还包括再沸器，与所述下部流化床催化反应区相连通。

7、可选的，还包括射流泵，与所述下部流化床催化反应区相连通。

8、可选的，所述分流机构包括：

9、分流调节阀，具有一个进口和两个出口，所述分流调节阀的进口与所述吸收塔的底部富co2胺液出口通过富液输送泵和管线连通，所述分流调节阀的其中一个出口通过上部富液进液管线与所述催化解吸塔的第一入口连通；

10、贫富液换热器，通过换热预热进液管线与所述分流调节阀的另一出口连通，所述贫富液换热器通过管线与所述催化解吸塔的第二入口连通。

11、可选的，还包括贫液输送泵、储液罐和贫液循环泵，所述贫液输送泵通过管线将所述催化解吸塔的底部出液口与所述贫富液换热器相连通，所述储液罐通过管线与所述贫富液换热器相连通，所述贫液循环泵通过管线将所述储液罐与所述吸收塔上部的液体入口连通。

12、可选的，所述吸收塔上设置有位于底部的烟气入口和位于顶部的脱碳烟气出口，所述吸收塔上部的液体入口位于所述烟气入口和所述脱碳烟气出口之间。

13、可选的，还包括co2储罐，与所述催化解吸塔的气体出口连通。

14、可选的，所述上部固定床催化填料层和所述下部固定床催化填料层中的催化填料为负载有催化活性组分的整装规整填料。

15、可选的，所述整装规整填料由负载有成型催化剂的不锈钢波纹板构成，所述不锈钢波纹板固定安装于所述催化解吸塔的内部。

16、可选的，所述上部流化床催化反应区和所述下部流化床催化反应区中布置有散堆颗粒状催化剂。

17、本发明公开了以下技术效果：

18、本发明将流化床催化反应区与固定床催化填料层集成于同一催化解吸塔内，减少独立反应器连接造成的流程复杂、设备占地增加和热量损失。

19、本发明流化床催化反应区可强化富胺液、催化剂和解吸气体之间的混合，提高液固接触效率和气液固三相传质效率，有利于加快氨基甲酸盐和碳酸氢盐等富co2物种分解。

20、本发明上部固定床催化填料层可回收气液热量，初步解吸co2；下部固定床催化填料层可以催化解吸co2并加速co2气体释放。

21、本发明通过富液分流、固定床/流化床分区催化相结合，实现富胺液分级再生和热量梯级利用，可降低再沸器负荷和系统再生能耗。

22、本发明可在现有吸收塔、解吸塔和再沸器流程基础上进行改造，将原单一填料段替换为固定床催化填料层与流化床催化反应区组合结构，具有较好的工程适配性和连续运行稳定性。

1.一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，还包括再沸器（13b），与所述下部流化床催化反应区（11）相连通。

3.根据权利要求1所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，还包括射流泵（12），与所述下部流化床催化反应区（11）相连通。

4.根据权利要求1所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述分流机构包括：

5.根据权利要求4所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，还包括贫液输送泵（14）、储液罐（15）和贫液循环泵（16），所述贫液输送泵（14）通过管线将所述催化解吸塔的底部出液口与所述贫富液换热器（13a）相连通，所述储液罐（15）通过管线与所述贫富液换热器（13a）相连通，所述贫液循环泵（16）通过管线将所述储液罐（15）与所述吸收塔（2）上部的液体入口连通。

6.根据权利要求5所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述吸收塔（2）上设置有位于底部的烟气入口（1）和位于顶部的脱碳烟气出口（3），所述吸收塔（2）上部的液体入口位于所述烟气入口（1）和所述脱碳烟气出口（3）之间。

7.根据权利要求1所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，还包括co2储罐（17），与所述催化解吸塔的气体出口连通。

8.根据权利要求1所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述上部固定床催化填料层（7）和所述下部固定床催化填料层（10）中的催化填料为负载有催化活性组分的整装规整填料。

9.根据权利要求8所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述整装规整填料由负载有成型催化剂的不锈钢波纹板构成，所述不锈钢波纹板固定安装于所述催化解吸塔的内部。

10.根据权利要求1所述的一种催化解吸装置及二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述上部流化床催化反应区（9）和所述下部流化床催化反应区（11）中布置有散堆颗粒状催化剂。