本發(fā)明屬于二氧化碳捕集的，尤其涉及一種離子液體捕集二氧化碳的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速和能源需求的持續(xù)增長，二氧化碳(co2)排放問題日益嚴(yán)峻，對全球氣候變化造成了顯著影響，有效地捕集和純化co2成為減緩溫室效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)碳中和的重要手段之一。

2、傳統(tǒng)的co2捕集技術(shù)主要包括吸收法、吸附法、膜分離法等。其中，以胺水溶液為代表的化學(xué)吸收法在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用，然而，這些傳統(tǒng)方法存在能耗高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、吸收劑降解以及再生困難等問題。近年來，非水離子液體作為一種新型的綠色吸收劑，由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如低蒸氣壓、良好的熱穩(wěn)定性和可設(shè)計(jì)性，被認(rèn)為是一種有潛力的有機(jī)溶劑用于co2的捕集與分離過程。非水離子液體能夠通過化學(xué)的方式有效吸收co2，盡管非水離子液體在co2捕集方面表現(xiàn)出色，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，包括離子液體粘度大導(dǎo)致傳質(zhì)效率不高等問題，這些問題限制了其在工業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用。傳統(tǒng)的co2解吸方法，如再沸器解吸和利用蒸汽發(fā)生器蒸汽汽提，存在一些局限性。再沸器解吸通常針對胺水溶液需要大量的熱能來使水溶液加熱汽化，在塔中逆流接觸吸收劑以打破co2與吸收劑之間的化學(xué)鍵合，這導(dǎo)致了解吸過程的高能耗，且不適用于非水離子液體對co2的捕集工藝，而利用蒸汽發(fā)生器提供蒸汽汽提雖然在一定程度上增強(qiáng)了解吸效果，但需要額外提供裝置，造成一定的能量損失且增加了操作的復(fù)雜性和維護(hù)問題，需要開發(fā)新型設(shè)備和解吸方式來有效解決這些問題。

3、專利公開號cn?109126392a公開了一種以離子液體作為循環(huán)吸收劑，以低沸點(diǎn)的有機(jī)蒸汽作為循環(huán)汽提劑，采用超重力旋轉(zhuǎn)床作為超重力再生和吸收裝置，進(jìn)行煙氣中co2捕集分離的裝置及工藝，包括按照一定方式連接的貧富液換熱器，富液加熱器，超重力再生裝置，氣液換熱器，冷凝器，氣液分離器，背壓閥，蒸汽發(fā)生器，貧液輸送泵，貧液冷卻器，超重力吸收裝置，富液輸送泵，除沫器。并具體公開了[脯氨酸羥基膽堿鹽]、[1-(3-丙胺基)-3-丁基咪唑雙三氟甲磺亞胺鹽]、[1-(1-氨基丙基)-3-丁基咪唑溴鹽]等離子液體作為二氧化碳吸收劑。雖然采用超重力旋轉(zhuǎn)床作為再生設(shè)備強(qiáng)化了co2在非水離子液體中的擴(kuò)散速度，一方面此工藝需要額外提供蒸汽發(fā)生裝置，系統(tǒng)較為復(fù)雜，另一方面，再生過程中吸收劑富液與汽提蒸汽在反應(yīng)器內(nèi)接觸會造成熱量的傳遞和損耗，再生能耗高，且解吸效果仍然不高，對非水離子液體的解吸仍然是一個(gè)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對離子液體解吸效果差的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種超重力耦合原位有機(jī)蒸汽汽提強(qiáng)化離子液體捕集二氧化碳的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了捕集效果的提高和低溫下的高效解吸，降低了再生能耗。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種超重力耦合原位有機(jī)蒸汽汽提強(qiáng)化非水離子液體捕集co2的裝置，包括依次連接的吸收裝置、富液罐、加熱裝置、解吸裝置、貧液罐，所述解吸裝置上方與冷凝器連接，冷凝器與氣液分離器連接，氣液分離器的出液口與貧液罐連接。

4、所述貧液罐的出液口與換熱器連接，換熱器的出液口與冷卻器連接，冷卻器與吸收裝置連接，使非水離子液體吸收劑循環(huán)流通利用。

5、所述吸收裝置和解吸裝置均為超重力旋轉(zhuǎn)床。兩者均屬于相同設(shè)計(jì)參數(shù)和性能規(guī)格的裝置，所述超重力旋轉(zhuǎn)床的氣體入口和液體入口的相對分布位置能使輸入吸收超重力旋轉(zhuǎn)床的含二氧化碳的原料氣和離子液體吸收劑于超重力場中逆向接觸。

6、超重力旋轉(zhuǎn)床裝置作為傳統(tǒng)塔器的替代，超重力裝置利用其產(chǎn)生的遠(yuǎn)大于地球重力的離心力，顯著提升了氣液接觸面積和傳質(zhì)效率。這種增強(qiáng)的傳質(zhì)性能，不僅顯著提高了co2的捕集效率，同樣在解吸過程中也展現(xiàn)出高效性，縮小了設(shè)備體積，降低了能耗，此外，超重力裝置的設(shè)計(jì)簡化了系統(tǒng)流程，減少了成本，同時(shí)也降低了維護(hù)和操作的復(fù)雜性。

7、一種利用上述的系統(tǒng)裝置耦合原位有機(jī)蒸汽汽提強(qiáng)化非水離子液體捕集co2的方法，包括如下步驟：

8、(1)將離子液體、有機(jī)溶劑和汽提溶劑混合配制非水離子液體吸收劑；將含co2的原料氣經(jīng)氣體入口通入吸收超重力旋轉(zhuǎn)床，將非水離子液體吸收劑由液體進(jìn)口經(jīng)貧液泵泵入吸收超重力旋轉(zhuǎn)床，其中非水離子液體吸收劑的溫度通過通入冷卻器中冷凝液的溫度和流量控制，開啟吸收超重力旋轉(zhuǎn)床，非水離子液體吸收劑經(jīng)液體分布器開始噴射并在填料上與原料氣充分接觸；

9、(2)經(jīng)凈化后的含co2氣體由co2檢測器檢測其濃度，吸收后的離子液體富液經(jīng)超重力旋轉(zhuǎn)床的液體出口排出至富液罐，經(jīng)換熱器換熱和加熱裝置加熱到解吸溫度之后進(jìn)入超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)進(jìn)行再生，加熱后非水離子液體富液中的汽提溶劑汽化，通過原位汽提方式與離子液體富液充分接觸將吸收劑中的co2高效解吸出來；

10、(3)再生后的離子液體吸收劑進(jìn)入貧液罐中，經(jīng)換熱器和冷卻器冷卻至吸收溫度送入吸收超重力旋轉(zhuǎn)床，含有有機(jī)蒸汽汽提劑的co2在經(jīng)過冷凝器和氣液分離器的過程中被有效分離，汽提溶劑被冷凝輸入貧液罐中循環(huán)利用。

11、進(jìn)一步的，非水離子液體吸收劑中離子液體為[cho][triz]、[cho][im]、[hdbu][im]、[hdbu][triz]、[emim][triz]中的一種或以上組合，其質(zhì)量含量優(yōu)選為40～80wt％。

12、所述有機(jī)溶劑包括為乙二醇、環(huán)丁砜、n-甲基咪唑的一種或以上組合，其質(zhì)量含量優(yōu)選為10～20wt％。利用有機(jī)溶劑可以降低離子液體粘度、提高傳熱、傳質(zhì)效果。

13、所述汽提溶劑為乙醇、乙腈、乙酸乙酯的一種或以上組合，其質(zhì)量含量優(yōu)選為10～40wt％。

14、所述步驟(1)中超重力旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速為400～1400r/min，所述吸收超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的壓力為0.1～0.6mpa，所述吸收工段的溫度為20～50℃，超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的氣液體積比為50:1～300:1之間。

15、所述步驟(3)中解吸時(shí)超重力旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速為400～1400r/min，所述解吸溫度為70～100℃。

16、解吸過程中，通過原位蒸汽汽提方式使汽提蒸汽與離子液體富液在加熱裝置后管路與超重力旋轉(zhuǎn)床中充分接觸，汽提蒸汽提供了必要的熱量和解吸動(dòng)力，使得co2從離子液體富液中釋放出來，使用這類有機(jī)蒸汽作為汽提氣所需的熱量遠(yuǎn)小于使用水蒸汽作為汽提氣所需的熱量。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、(1)本發(fā)明選用的非水離子液體吸收劑具有優(yōu)異的吸收性能，吸收容量大，能夠高效的捕集co2，更重要的是，本發(fā)明中的非水離子液體吸收劑解吸條件溫和，在100℃以下即可實(shí)現(xiàn)有效解吸，遠(yuǎn)低于有機(jī)胺吸收劑所需的解吸溫度，相較于有機(jī)胺吸收劑，本發(fā)明中的非水離子液體吸收劑不僅表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，還減少了設(shè)備腐蝕、降低了再生能耗，提高了整個(gè)工藝系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

19、(2)本發(fā)明通過引入超重力技術(shù)強(qiáng)化吸收和解吸過程，顯著提高了傳質(zhì)和傳熱的性能，在傳統(tǒng)的離子液體捕集co2過程中，傳質(zhì)和傳熱效率往往受限于重力場的影響，導(dǎo)致反應(yīng)速率較慢，效率不高，而超重力技術(shù)能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，提供更高的氣液接觸面積且大大增加氣液兩相之間的相對速度，從而極大地促進(jìn)了co2在離子液體中的擴(kuò)散和反應(yīng)速率，提高了co2的捕集效率。

20、(3)本發(fā)明創(chuàng)新性地將有機(jī)蒸氣原位汽提技術(shù)與非水離子液體在超重力裝置內(nèi)再生相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在低溫條件下對非水離子液體中富集的co2進(jìn)行高效解吸，與傳統(tǒng)有機(jī)胺水溶液co2再生方法相比，本發(fā)明工藝的能耗可以降低40％以上，該技術(shù)不僅降低了能耗、提高解吸效率，還簡化了工藝流程，減少了設(shè)備投資和運(yùn)行成本，有利于促進(jìn)該技術(shù)的廣泛應(yīng)用和工業(yè)化。