專利名稱：一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流化床設(shè)備，特別涉及一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，具體地指利用有機(jī)胺負(fù)載多孔介質(zhì)制備成的胺類固體吸收劑脫除煤氣化產(chǎn)生的合成氣(包括水氣變化后的變換氣)、生物質(zhì)或其它燃料氣化產(chǎn)物、天然氣、煙氣等中的CO2或(及)H2S的流化床反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
化石燃料滿足了世界90%以上的能源需求，同時(shí)化石燃料的燃燒也是溫室氣體CO2的主要來(lái)源之一。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，減少化石燃料利用過程中CO2的排放成為一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。而基于煤氣化的煤基能源系統(tǒng)和化工體系能夠很好地解決煤轉(zhuǎn)化過程中的效率和污染問題。煤氣化技術(shù)是煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)，其氣化產(chǎn)物可用于 燃料煤氣(IGCC發(fā)電、民用/工業(yè)燃?xì)?、生產(chǎn)化工產(chǎn)品(化肥、甲醇、二甲醚、乙烯、汽油等)、制氫、燃料電池、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、直接還原煉鐵等，是這些工業(yè)過程的基礎(chǔ)。然而對(duì)于以上這些工業(yè)過程，都需要將煤氣化后的合成氣或者經(jīng)過水氣變換后變換氣中的CO2以及H2S大部分或者全部脫除。目前所有商用CO2脫除技術(shù)大都采用基于傳統(tǒng)MEA濕洗的化學(xué)溶液吸收法，如有機(jī)胺溶液，溶液再生過程中需要加熱溶液中大量的水，使得再生能耗非常高，約4. 5GJ/(kg-C02)，同時(shí)溶液對(duì)反應(yīng)器有較強(qiáng)的腐蝕性。如果將有機(jī)胺擔(dān)載在多孔載體(如硅膠等)上即固態(tài)胺則可避免濕法脫碳的不足。相比水的比容4. 2 kJ/(kg*K)，固體硅膠的比容只有O. 8 kj/ (kg · K)，從而可以減少加熱水而造成的能耗以及避免水汽化所需的大量潛熱(2252.7 kj/kg)，同時(shí)固態(tài)胺與反應(yīng)器是固-固接觸，從而可以大大減少腐蝕。當(dāng)胺類固體吸收劑有效吸收容量達(dá)到2mol-C02/kg時(shí)，能耗已經(jīng)低于MEA溶液法；達(dá)到3mol-C02/kg以上時(shí)，可比現(xiàn)有MEA溶液法節(jié)約飛0%以上的能耗。胺類固體吸收劑的研究起源于潛艇、空間站等密閉艙室中CO2的脫除，近些年一些學(xué)者開始將胺類固體吸收劑引入到煙氣及天然氣中CO2的分離。如專利CN 101804332 A，涉及一種利用煤矸石為原料開發(fā)胺類固體吸收劑用于捕捉CO2;專利CN 101909743 A，涉及用于形成CO2選擇性吸附材料和/或硫選擇性吸附材料的方法；專利CN 101500704 A，涉及沉積在納米結(jié)構(gòu)化的載體例如二氧化硅上的胺或者胺/多元醇組合物的負(fù)載型吸收劑；專利CN 1131057A，涉及脫除二氧化碳的固態(tài)胺樹脂，以苯乙烯為單體，交聯(lián)劑為雙烯或烯酸多元醇酯類，以甲苯-異戊醇-液體石蠟為致孔劑，過氧化苯甲酰位引發(fā)劑，采用懸浮聚合方法合成固態(tài)胺樹脂前驅(qū)體。再以氯甲醚、二乙烯三胺為試劑分別經(jīng)氯甲基化、胺化制得固態(tài)胺樹脂。從上述專利的內(nèi)容可見，上述技術(shù)方案主要針對(duì)胺類固體吸收劑的制備，目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上沒有胺類固體吸收劑流化床的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，也沒有相關(guān)流化床裝置的專利。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，其能在吸收反應(yīng)時(shí)及時(shí)排熱，再生反應(yīng)時(shí)供熱，同時(shí)能提供胺蒸汽，從而解決固態(tài)胺中胺揮發(fā)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為雙層管反應(yīng)主體的外壁由外層管和內(nèi)層管組成，且外層管和內(nèi)層管的底部平齊，內(nèi)層管的上部高于外層管；外層管的下端設(shè)置油浴或水浴進(jìn)口，上端設(shè)置油浴或水浴出口，內(nèi)層管的內(nèi)部下端設(shè)置隔板，中部設(shè)置布風(fēng)板，頂端為進(jìn)料口，在上部高于外層管的管壁上設(shè)置出氣管；雙層管反應(yīng)主體的底部設(shè)置進(jìn)氣管和進(jìn)液管，進(jìn)氣管上部的進(jìn)氣管出口穿過隔板，進(jìn)液管上部的出口位于隔板上。所述外層管與內(nèi)層管間隙寬度為內(nèi)層管內(nèi)徑的O. Γ1倍。所述隔板與布風(fēng)板間的區(qū)域長(zhǎng)度為雙層管反應(yīng)主體部分的外層管長(zhǎng)度的O. Γ0. 8倍，進(jìn)氣口出口到隔板的距離為隔板到布風(fēng)板距離的O. 2^0. 8倍。所述油浴或水浴進(jìn)口為切向或徑向進(jìn)口，有一個(gè)或多個(gè)；所述油浴或水浴出口為 切向或徑向出口，有一個(gè)或多個(gè)。本實(shí)用新型的有益效果為可通過進(jìn)液管加入液胺，以提供胺蒸汽，抑制胺類固體吸收劑的揮發(fā)。如此設(shè)計(jì)可使吸收過程放出的熱量通過冷卻介質(zhì)及時(shí)排出，而在再生過程通入熱源，為再生反應(yīng)提供熱量。

圖I為本實(shí)用新型胺類固體吸收劑的流化床裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型胺類固體吸收劑的流化床裝置實(shí)施例I結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的隔板處的橫向剖面結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖中標(biāo)號(hào)I-進(jìn)氣管；1’_進(jìn)氣管出口 ；2_進(jìn)液管；3_油浴或水浴進(jìn)口 ；4_外層管；4’_內(nèi)層管；5_雙層管反應(yīng)主體；7-隔板；8_布風(fēng)板；9_油浴或水浴出口 ； 10-出氣管；11-進(jìn)料口。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖I所示。雙層管反應(yīng)主體5的外壁由外層管4和內(nèi)層管4’組成，且外層管4和內(nèi)層管4’的底部平齊，內(nèi)層管4’的上部高于外層管4;外層管4的下端設(shè)置油浴或水浴進(jìn)口 3，上端設(shè)置油浴或水浴出口 9，內(nèi)層管4’的內(nèi)部下端設(shè)置隔板7，中部設(shè)置布風(fēng)板8，頂端為進(jìn)料口 11，在上部高于外層管4的管壁上設(shè)置出氣管10;雙層管反應(yīng)主體5的底部設(shè)置進(jìn)氣管I和進(jìn)液管2，進(jìn)氣管I上部的進(jìn)氣管出口 I’穿過隔板7，進(jìn)液管2上部的出口位于隔板7上。其中，外層管4與內(nèi)層管4’間隙寬度為內(nèi)層管4’內(nèi)徑的O. f I倍。隔板7與布風(fēng)板8間的區(qū)域長(zhǎng)度為雙層管反應(yīng)主體部分5的外層管4長(zhǎng)度的O. Γ0. 8倍，進(jìn)氣口出口I’到隔板7的距離為隔板7到布風(fēng)板8距離的O. 2^0. 8倍。油浴或水浴進(jìn)口 3為切向或徑向進(jìn)口，有一個(gè)或多個(gè)；所述油浴或水浴出口 9為切向或徑向出口，有一個(gè)或多個(gè)。進(jìn)液管2的入口處通入液胺或者一定濃度的胺溶液，胺的種類為單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺、四乙烯五胺(ΤΕΡΑ)、聚乙烯亞胺(PEI)以及硅烷等，胺類固體吸收劑中，有機(jī)胺與吸收劑的總質(zhì)量之比(有機(jī)胺質(zhì)量/(有機(jī)胺質(zhì)量+多孔固體質(zhì)量))在1(Γ80%范圍內(nèi)。通過進(jìn)液口通入的液胺存于隔板7和布風(fēng)板8間的區(qū)域，并且液面高于不超過進(jìn)氣管I的出口高度。實(shí)施例I如圖2所示，雙層管反應(yīng)主體5的內(nèi)層管4’內(nèi)徑為120mm，外層管4和內(nèi)層管4’間隙為40mm，為內(nèi)層管4’內(nèi)徑的O. 33倍，采用徑向?qū)ΨQ布置的雙油浴或水浴進(jìn)口 3，布風(fēng)板8到隔板7距離為300mm，進(jìn)氣管出口 I’到隔板7距離為150mm，隔板7到雙層管反應(yīng)主體5的下端距離為140mm,進(jìn)氣管I內(nèi)徑為40mm,進(jìn)液管2內(nèi)徑為15mm。用聚乙烯亞胺(PEI)擔(dān)載硅膠載體(Q-10)制備成的固態(tài)胺吸收劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)液管2通入液體聚乙烯亞胺，液面高度距隔板7的距離為75mm，用雙層管間通入硅油進(jìn)行換熱，在10次循環(huán)中固態(tài)胺吸收劑擔(dān)載量沒有變化，吸收劑脫碳能力沒有下降，在吸收反應(yīng)中沒有通入冷卻介質(zhì)時(shí)床層溫 度由于反應(yīng)放熱升高4(T50°C，通入冷卻介質(zhì)后床層溫度僅升高20°C左右，在再生反應(yīng)中，硅油可以提供熱量，使得固態(tài)胺實(shí)現(xiàn)完全再生。
權(quán)利要求1.一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，其特征在于雙層管反應(yīng)主體(5)的外壁由外層管(4)和內(nèi)層管(4’)組成，且外層管(4)和內(nèi)層管(4’)的底部平齊，內(nèi)層管(4’)的上部高于外層管(4);外層管(4)的下端設(shè)置油浴或水浴進(jìn)口(3)，上端設(shè)置油浴或水浴出口(9)，內(nèi)層管(4’)的內(nèi)部下端設(shè)置隔板(7)，中部設(shè)置布風(fēng)板(8)，頂端為進(jìn)料口(11)，在上部高于外層管(4)的管壁上設(shè)置出氣管(10);雙層管反應(yīng)主體(5)的底部設(shè)置進(jìn)氣管(I)和進(jìn)液管(2)，進(jìn)氣管(I)上部的進(jìn)氣管出口(Γ)穿過隔板(7)，進(jìn)液管(2)上部的出口位于隔板(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，其特征在于所述外層管(4)與內(nèi)層管(4’ )間隙寬度為內(nèi)層管(4’ )內(nèi)徑的O. Γ1倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，其特征在于所述隔板(7)與布風(fēng)板(8)間的區(qū)域長(zhǎng)度為雙層管反應(yīng)主體部分(5)的外層管(4)長(zhǎng)度的O.Γ0. 8倍，進(jìn)氣口出口(Γ )到隔板(7)的距離為隔板(7)到布風(fēng)板(8)距離的O. 2^0. 8倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置，其特征在于所述油浴或水浴進(jìn)口(3)為切向或徑向進(jìn)口，有一個(gè)或多個(gè)；所述油浴或水浴出口(9)為切向或徑向出口，有一個(gè)或多個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于流化床設(shè)備，特別涉及一種胺類固體吸收劑的流化床反應(yīng)裝置。雙層管反應(yīng)主體的外壁由外層管和內(nèi)層管組成，且外層管和內(nèi)層管的底部平齊，內(nèi)層管的上部高于外層管；外層管的下端設(shè)置油浴或水浴進(jìn)口，上端設(shè)置油浴或水浴出口，內(nèi)層管的內(nèi)部下端設(shè)置隔板，中部設(shè)置布風(fēng)板，頂端為進(jìn)料口，在上部高于外層管的管壁上設(shè)置出氣管；雙層管反應(yīng)主體的底部設(shè)置進(jìn)氣管和進(jìn)液管，進(jìn)氣管上部的進(jìn)氣管出口穿過隔板，進(jìn)液管上部的出口位于隔板上。通過進(jìn)液管加入液胺，以提供胺蒸汽，抑制胺類固體吸收劑的揮發(fā)。本新型可使吸收過程放出的熱量通過冷卻介質(zhì)及時(shí)排出，而在再生過程通入熱源，為再生反應(yīng)提供熱量。
文檔編號(hào)B01D53/18GK202700479SQ20122029668
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者李振山, 蔡寧生, 趙文瑛, 王麗香, 張志 申請(qǐng)人:清華大學(xué)