[0001] 本发明涉及碳捕集技术领域，具体地涉及一种用于减少吸收剂逃逸的装置和方法、碳捕集系统。

[0002] 化学吸收法被认为是碳捕集技术中最成熟、最具有应用潜力的工艺之一，然而该方法却面临诸多挑战，其中之一就是吸收剂在吸收系统中与烟气中的二氧化碳发生放热反应，导致部分吸收剂以挥发或者气溶胶的形式逃逸到大气中，这种逃逸不仅会增加碳捕集系统的运行成本，还可能导致致癌物质的生成，对土壤生物和饮用水源造成污染。

[0003] 相关技术中，为了减少吸收剂的逃逸，一般在吸收塔的上部增加尾气洗涤段，通过持续向尾气洗涤段内部布置的填料喷淋工艺水，使得部分吸收剂得以回收。但研究表明，由于吸收塔内的尾气流速太大，携带吸收剂的尾气与洗涤水之间的气液接触不是很理想，无法有效解决吸收剂的逃逸问题。虽然通过在现有尾气洗涤段的填料层上部再增加一层填料能够减少吸收剂的逃逸，但由于现有尾气洗涤段的改造空间有限，改造难度较大，同时投资成本也大幅增加，而且增加一层填料也增加了尾气通过尾气洗涤段的阻力，导致系统运行成本增加。

[0020] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0021] 如前所述，本发明提供了一种用于减少吸收剂逃逸的装置，用于对碳捕集系统排放的尾气进行处理，以减少吸收剂的逃逸。

[0022] 结合图1和图2所示，该装置包括沿烟气流动方向依次设置的湿法生长单元100和干法吸收单元200，所述湿法生长单元100包括填料层110和设置在所述填料层110上方的雾化喷头120，所述雾化喷头120用于打湿所述填料层110并且形成笼罩所述填料层110的水汽过饱和环境，所述干法吸收单元200内装填有碱性颗粒物，所述碱性颗粒物用于对流过所述湿法生长单元100的烟气中的吸收剂进行吸收处理。

[0023] 需要说明的是，本发明中的烟气即碳捕集系统（或称为吸收系统）排放出的尾气，碳捕集系统所用的吸收剂为胺，其通常以气溶胶颗粒的形式存在于尾气中。

[0024] 根据本发明提供的技术方案，通过湿法生长单元100的雾化喷头120将填料层110打湿并且形成笼罩该填料层110的水汽过饱和环境，被打湿的填料层110不仅能够拦截捕获较小粒径的以气溶胶颗粒形式存在的吸收剂，还能够提供碰撞界面以促使水更容易地凝结在气溶胶颗粒的表面，使其粒径显著增加，在经过干法吸收单元200时，较大粒径的以气溶胶颗粒形式存在的吸收剂很容易地被碱性颗粒物所吸收，从而有效减少了吸收剂的逃逸。

[0025] 本发明提供的装置实现了烟气中吸收剂的两次脱除，其一是在湿法生长单元100中被水洗脱除；其二是在干法吸收单元200中被碱性颗粒物吸收。并且，通过本发明提供的装置，湿法生长单元100的存在能够有效增加未被吸收的以气凝胶颗粒形式存在的吸收剂的粒径，使其更容易地被干法吸收单元200所吸收，进而显著提升了烟气中吸收剂的脱除效率，减少了吸收剂的逃逸。

[0026] 本申请的发明人设计了一个小试平台，其设计处理烟气量为3.6 Nm3/h，设计CO2的捕集量为0.84 kg/h，最大加热功率为6 kw，冷却水用量为125 kg/h，吸收剂流量随吸收剂类型改变而改变，使用30wt.% MEA时，吸收剂用量为19.6 kg/h。该系统针对30wt.% MEA吸收剂验证设计计算，并配备湿法/干法/除雾器等烟气后处理装置，主要用于测试吸收剂的污染物排放特性。

[0027] 以30wt.% MEA吸收剂在小试平台实验，烟气经过吸收系统后的平均胺排放为9.96 3 3
mg/Nm，在一步湿法后的平均胺排放为2.94 mg/Nm，一步湿法的脱除率为70.48%，可明显看
3
出一步湿法对于胺逃逸的控制效果不佳。在二步湿法后的平均胺排放为0.52 mg/Nm，二步湿法脱除率为94.78%，由此可以看出两步湿法能够在一定程度上控制胺逃逸。

[0028] 采用本发明提供的装置对上述含有逃逸胺的烟气进行处理，平均胺排放为0.48 3
mg/Nm，干法后脱除率为95.18%。由此可以看出，本发明提供装置对吸收剂的脱除率略高于两步湿法工艺，对于控制减少吸收剂的逃逸有着较好的水平。

[0029] 需要指出的是，由于本发明提供的装置仅有一步湿法工艺，因此与现有的两步湿法工艺相比，本发明提供的装置还能够明显节约用水量。

[0030] 此外，本申请的发明人在实践中还发现，现有两步湿法工艺虽然可以在一定程度上满足控制吸收剂逃逸（或称为胺逃逸）的要求，但是湿法控制胺逃逸存在系统水平衡难以控制的问题，对吸收剂的使用寿命和循环周期造成影响，对操作人员提出了较高的要求。具体来说，湿法控制胺逃逸时，水洗塔中原本贮存有大量的清水，该清水不仅会吸收逃逸胺，还会吸收烟气中的携带水，这些水来自于吸收剂，这使得水洗塔中的清水液位持续增高，一段时间后，过高的水洗塔液位，会在系统胺浓度过高时回打入吸收系统，稀释浓度过高的吸收液，但是由于清水、逃逸胺和烟气携带水已经混为一体，回打后吸收液的组成中多了清水，破坏了系统的水平衡和吸收剂的组成，使得吸收剂性能和寿命下降，缩短了系统的运行周期和吸收剂的更新周期，增加了物料投资，不利于操作人员运行吸收系统。而在本发明提供的通过湿法生长单元100和干法吸收单元200相结合的方案中，由于只有一步湿法，使得回打入吸收系统的清水的量显著少于两步湿法，另外，由于两步湿法需要储存两个水洗塔的清水，且吸收逃逸胺后的清水无法有效循环利用，当清水中逃逸胺的浓度过高时，由于吸收系统中的水平衡难以维持，无法回打以降低水洗塔液位，并且水洗塔中逃逸胺浓度过高会导致无法有效控制胺逃逸，使得烟气出口的逃逸胺超过排放标准，因而不得不更新水洗塔中的清水，这直接降低了清水的利用率。而本发明提供的方案中包含干法吸收单元200，并不需要贮存两步湿法所需的清水量，只需要约一半的清水量即可，在提高脱除率的同时，大大降低了清水用量；一步湿法工艺的脱除率原本就低，在清水中的胺浓度过高时，也不会过分的降低一步湿法工艺的脱除率。

[0031] 本发明对所述碱性颗粒物的具体种类不做特殊限制，例如可以为单一的碱性的颗粒物，或者可以为碱性物料与其他易于形成为颗粒状且不易溃散的物料的混合物，在本发明的一种具体的实施方式中，所述碱性颗粒物为氧化钙。

[0032] 本发明中，所述填料层110中填料的种类可采用本领域所常用的，本发明在此不做赘述。

[0033] 在本发明中，装填在干法吸收单元200中的碱性颗粒物存在吸收上限，为了确保所述装置能够长时间地运行，在一些实施例中，该装置还包括热再生单元300，所述热再生单元300用于再生所述干法吸收单元200中的碱性颗粒物。

[0034] 可以理解的是，在本发明中，通过该热再生单元300能够循环使用碱性颗粒物，显著地降低了装置的运行成本，减少了物料投资。此外，相较于现有的两步湿法工艺，本发明通过热再生单元300可以将吸收的逃逸胺和烟气携带水全部释放，使得回收的逃逸胺全部回收，可以明显改善吸收系统水平衡的问题，大大延缓了吸收剂的性能下降，延长了吸收剂的使用寿命和更新周期，有益于操作人员运行吸收系统。

[0035] 需要说明的是，在本发明中，所述热再生单元300可采用任意适当的结构形式，只要能够实现干法吸收单元200中碱性颗粒物的再生即可。在一些实施例中，所述热再生单元300包括流化床310、风机320和热管330，所述流化床310具有进料口311、出料口312和出气口313，所述风机320设置为能够通过所述进料口311将待再生的碱性颗粒物送入所述流化床310内，所述热管330设置于所述流化床310内以用于为碱性颗粒物提供热量，所述出料口
312供再生完成的碱性颗粒物流出所述流化床310，所述出气口313用于收集吸收剂。

[0036] 在实际运行时，干法吸收单元200中吸收了吸收剂的碱性颗粒物被风机320吹送到流化床310中，通过热管330加热后，碱性颗粒物中的吸收剂释放出来并通过出气口313排出，再生后的碱性颗粒物通过出料口312排出。

[0037] 在本发明中，为了方便实现自动化运行，该装置还包括出料单元400和进料单元500，所述出料单元400设置于所述干法吸收单元200与所述热再生单元300之间并能够将所述干法吸收单元200中的待再生的碱性颗粒物输送至所述热再生单元300中；所述进料单元
500设置于所述热再生单元300与所述干法吸收单元200之间并能够将所述热再生单元300中再生好的碱性颗粒物输送至所述干法吸收单元200中。

[0038] 本发明中，所述出料单元400和所述进料单元500可采用任意适当的结构形式，只要能够方便进行碱性颗粒物的输送即可，示例性地，所述出料单元400和所述进料单元500分别为螺旋输送机。

[0039] 进一步的，为了确保装置的顺利运行，结合图1所示，所述出料单元400与所述热再生单元300之间还设置有再生前槽340以用于储存所述出料单元400输送来的、待再生的碱性颗粒物；所述进料单元500与所述热再生单元300之间还设置有再生后槽350以用于储存所述进料单元500输送来的、再生好的碱性颗粒物。

[0040] 在一些实施例中，该装置还包括除雾单元600，所述除雾单元600设置于所述干法吸收单元200的下游以用于拦截烟气中残余的吸收剂。可以理解的是，通过设置除雾单元600可进一步减少吸收剂的逃逸。

[0041] 本发明中，所述除雾单元600可采用任意适当的结构形式，只要能够起到拦截烟气中吸收剂的作用即可。示例性地，所述除雾单元600为丝网除雾器。

[0042] 可以理解的是，在本发明提供的装置中，吸收塔700内的压力会随着烟气负荷、吸收剂流量、湿法生长单元100中的水洗流量以及干法吸收单元200中的碱性颗粒物的性能而上下波动，如果采用固定厚度的丝网除雾器，会出现丝网除雾器的压降过大而影响塔器操作，因此优选厚度可调节的丝网除雾器，以适应不同的烟气负荷、吸收剂流量、湿法生长单元100中的水洗流量和干法吸收单元200中的碱性颗粒物的性能。

[0043] 需要说明的是，在本发明中，所述用于减少碳捕集系统中吸收剂逃逸的装置可采用任意适当的结构形式，在一些实施例中，结合图1所示，该装置包括吸收塔700，所述湿法生长单元100和所述干法吸收单元200自上而下地设置于所述吸收塔700的内部，位于所述湿法生长单元100下方的所述吸收塔700的侧壁上设有烟气进口701，所述吸收塔700的顶部设有烟气出口702。来自碳捕集系统的含有吸收剂的烟气从吸收塔700的烟气进口701进入，依次流经湿法生长单元100和干法吸收单元200后，从吸收塔700顶部的烟气出口702流出。

[0044] 可以理解的是，为了方便回收吸收塔700中吸收了吸收剂的含水溶液，所述吸收塔700的底部设置有回收口703，所述回收口703处连接带有阀门711的回收管710。

[0045] 在一些实施例中，所述湿法生长单元100还包括循环泵130、抽液管131和回流管132；所述抽液管131的一端与所述循环泵130的进液口相连通，另一端连通至所述吸收塔
700的塔底，所述回流管132的一端与所述循环泵130的出液口相连通，另一端与所述雾化喷头120相连通。在本发明提供的吸收塔700中，雾化喷头120喷出的含水溶液通过填料层110后累积在吸收塔700的塔底，通过设置循环泵130将该部分含水溶液循环起来，从而能够有效降低用水量。

[0046] 在一些实施例中，所述干法吸收单元200包括在所述吸收塔700内沿上下方向间隔设置的上隔板210和下隔板220，所述上隔板210和所述下隔板220上均设置有通孔230供烟气通过。

[0047] 在本发明中，上隔板210和下隔板220的作用可理解为将碱性颗粒物限制在一定的区间范围内，烟气在通过上隔板210和下隔板220的过程中被装填在二者之间的碱性颗粒物脱除掉吸收剂。因此，设置在上隔板210和下隔板220上的通孔230的孔径应小于碱性颗粒物的粒径，从而避免碱性颗粒物从下隔板220中漏出，以及避免碱性颗粒物被烟气携带并从上隔板210中漏出。

[0048] 在一些实施例中，所述下隔板220倾斜设置于所述吸收塔700内，并且所述下隔板220的低位端靠近热再生单元300。可以理解的是，通过上述结构设置，不仅能够提高碱性颗粒物与烟气的接触面积，还能够方便地将吸收饱和的碱性颗粒物输送至热再生单元300中进行再生处理。

[0049] 需要说明的是，在本发明中，若下隔板220相对于水平方向倾斜的角度过大，实际上并不利于均铺碱性颗粒物，会导致碱性颗粒物集中在下隔板220的低位端，不利于碱性颗粒物与烟气中吸收剂的有效接触。在一些实施例中，所述下隔板220相对于水平方向的倾斜角度为25°‑40°，例如可以为30°。

[0050] 在一些实施例中，所述上隔板210倾斜设置于所述吸收塔700内。可以理解的是，通过将上隔板210采用倾斜的方式设置于吸收塔700内，使烟气能够更容易地通过干法吸收单元200，降低烟气通过阻力。

[0051] 基于本发明提供的装置来减少碳捕集系统中吸收剂的逃逸时，首先将碳捕集系统排放的烟气通入本发明的吸收塔700，通过雾化喷头120喷洒水雾打湿填料层110并且形成笼罩该填料层110的水汽过饱和环境，一方面，烟气中较小粒径的以气溶胶颗粒形式存在的吸收剂被填料层110拦截捕获，另一方面，在水雾的降温作用下，饱和湿烟气中的水分在气溶胶颗粒表面凝结，使气凝胶颗粒的粒径显著增加，此时烟气的温度由进口的55℃‑60℃降低至40℃‑45℃；粒径增加后的气溶胶颗粒在经过干法吸收单元200时，碱性颗粒物能够容易地吸收该部分粒径增加的气溶胶颗粒；接着，烟气中残余的吸收剂能够被除雾单元600捕获，确保对烟气中吸收剂的逃逸控制。其中，干法吸收单元200中的碱性颗粒物在吸收饱和吸收剂后被输送至热再生单元300中进行再生处理，经过再生处理后的新鲜碱性颗粒物可以循环至干法吸收单元200中再利用，热再生分离出的吸收剂被回收利用。

[0052] 本发明另一方面提供了一种用于减少吸收剂逃逸的方法，所述方法包括以下步骤：S1、利用被打湿的并且笼罩在水汽过饱和环境中的填料层110吸收烟气中的吸收
剂；
S2、利用碱性颗粒物对经过步骤S1处理的烟气中的吸收剂进行再次的吸收处理。

[0053] 在本发明提供的方法中，通过将填料层110打湿并将其笼罩在水汽过饱和环境中，该被打湿的填料层110不仅能够拦截捕获烟气中较小粒径的以气溶胶颗粒形式存在的吸收剂，还能够提供碰撞界面以促使水更容易地凝结在气溶胶颗粒的表面，使其粒径显著增加，进而使其能够容易地被碱性颗粒物所吸收，从而有效地降低了烟气中的吸收剂含量，减少了吸收剂的逃逸。

[0054] 与现有的两步湿法工艺相比，本发明提供的方法，在确保减少吸收剂逃逸的前提下，节约了系统的用水量，并且对吸收系统的水平衡问题有着明显的改善作用，有利于延长吸收剂的使用寿命和吸收系统的运行周期，有益于操作人员运行吸收系统。

[0055] 作为优选地方案，所述方法利用上述的用于减少吸收剂逃逸的装置进行。

[0056] 本发明还提供了一种碳捕集系统，该碳捕集系统包括能够吸收CO2的吸收系统，还包括上述的用于减少吸收剂逃逸的装置，该装置与所述吸收系统相连接并能够接收处理所述吸收系统排出的尾气。

[0057] 通过具有本发明装置的碳捕集系统，不仅能够有效减少吸收剂的逃逸，还能够明显节约用水量，以及对吸收系统的水平衡问题有着明显的改善作用，有利于延长吸收剂的使用寿命和系统的运行周期，有益于操作人员运行吸收系统。

[0058] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。