碳捕集吸收剂性能测试系统

技术领域

本发明涉及碳捕集技术领域，具体地，涉及一种碳捕集吸收剂性能测试系统。

背景技术

目前，工业碳捕集技术手段主要有化学吸收法和物理吸附法，其中化学吸收法主要是利用吸收剂溶液将工业烟气中的二氧化碳单独分离出来进行收集，其反应原理为：吸收剂溶液和二氧化碳反应之后会形成一种稳态的化合物溶液，然后该化合物溶液在高温作用下会重新分解复原为二氧化碳气体和吸收剂溶液，由此实现二氧化碳的单独收集，同时吸收剂溶液可回收以重复使用。

相关技术中，受碳捕集各种工序中温度变化的影响，例如贫富液换热工序，解吸塔加热工序，回流冷却工序等，吸收剂容易挥发或者降解，存在一定程度的吸收剂损耗，因此需要在碳捕集过程中补充吸收剂以保持碳捕集的正常进行，然而吸收剂在碳捕集各种工序下的具体损耗率难以明确，导致操作人员无法按需补充吸收剂，影响碳捕集效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷及不足，提供一种碳捕集吸收剂性能测试系统，所述碳捕集吸收剂性能测试系统可模拟碳捕集工业循环系统中的各个工序，并通过调温装置模拟实际工况中各工序的温度，通过检测吸收剂含量在模拟工况中的损耗量得出实际碳捕集过程中吸收剂的损耗量，从而为合理补充吸收剂用量提供依据，维持稳定的碳捕集效率，另外，本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统也可用于观测吸收剂的损耗速率的影响因素，例如吸收塔温度，解吸塔加热温度，碳捕集装置制作材料等，由此可以通过实验结果降低吸收剂损耗率，进一步优化碳捕集工艺。

本发明实施例的碳捕集吸收剂性能测试系统包括：碳捕集单元，所述碳捕集单元用于供二氧化碳与吸收剂溶液进行反应，以吸收二氧化碳；外循环单元，所述外循环单元包括外循环管路、调温装置和驱动装置，所述外循环管路的进口与所述碳捕集单元的出液口连通，所述外循环管路的出口与所述碳捕集单元的进液口联通，所述调温装置和所述驱动装置均设于所述外循环管路上，且所述调温装置用于调控所述外循环管路内的吸收剂溶液的温度，所述驱动装置用于驱动吸收剂溶液在所述外循环管路和所述碳捕集单元之间循环流动；检测组件，所述检测组件可用于检测所述碳捕集单元的碳捕集率。

根据本发明实施例的碳捕集吸收剂性能测试系统，外循环单元可利用驱动装置将吸收剂溶液由碳捕集单元转移至调温装置，然后调温装置可通过调节吸收剂溶液的温度模拟吸收剂溶液在实际碳捕集过程中所发生的温度变化，之后经过温度调节后的吸收剂溶液由外循环管路回流至碳捕集单元并与二氧化碳反应，最后检测组件可检测经过调温与未经过调温的吸收剂溶液的碳捕集率，两组数据可进行对比得出在该模拟工况下吸收剂溶液吸收二氧化碳能力所发生的变化，进而得出吸收剂损耗率，由此本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统通过简化的实验设备模拟了实际碳捕集工业循环中的各个工序，通过调温装置模拟了实际工况中各工序的温度，并通过检测吸收剂含量在模拟工况中的损耗量得出实际碳捕集过程中吸收剂的损耗量，从而为合理补充吸收剂用量提供依据，维持稳定的碳捕集效率。

另外，本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统也可用于观测吸收剂的损耗速率的影响因素，例如吸收塔温度，解吸塔加热温度，碳捕集装置制作材料等，由此可以通过实验结果降低吸收剂损耗率，进一步优化碳捕集工艺。

在一些实施例中，所述检测组件包括第一检测件及第二检测件，所述第一检测件设于所述碳捕集单元的进气口处以用于检测通入气体中二氧化碳的含量，所述第二检测件设于所述碳捕集单元的出气口以用于检测排出气体中二氧化碳的含量。

在一些实施例中，所述调温装置包括加热器和换热器，所述外循环管路包括与所述碳捕集单元的出液口连通的进液管路和与所述碳捕集装置的进液口连通的回液管路，所述换热器的冷源室与所述进液管路连通，所述换热器的热源室与所述回液管路连通，所述加热器设置在所述冷源室的出口和所述热源室的进口之间的管路上。

在一些实施例中，所述调温装置还包括冷却器，所述冷却器设于所述热源室的出口管路上以用于冷却从所述热源室流出的高温吸收剂溶液。

在一些实施例中，所述加热器为电加热器或热管式加热器。

在一些实施例中，所述外循环单元还消泡器，所述驱动装置设于所述碳捕集单元的出液口和所述调温装置之间，所述消泡器设于所述驱动装置和所述调温装置之间。

在一些实施例中，所述外循环单元还包括计量泵，所述计量泵设于所述消泡器和所述调温装置之间。

在一些实施例中，所述外循环单元还包括背压阀，所述背压阀设于所述外循环管路上。

在一些实施例中，碳捕集吸收剂性能测试系统还包括温度检测组件，所述温度检测组件可用于检测所述碳捕集单元的进液口及出液口的温度，以及所述外循环单元的各元件的进口及出口处的温度。

在一些实施例中，所述温度检测组件包括多个温度计，多个所述温度计可对应设置在各测温点，所述温度计为K型不锈钢热电偶。

附图说明

图1是根据本发明实施例的碳捕集吸收剂性能测试系统的结构示意图。

附图标记：

碳捕集单元1，外循环单元2，驱动装置21，调温装置22，换热器221，加热器222，冷却器223，外循环管路23，进液管路231，回液管路232，检测组件3，第一检测件31，第二检测件32，背压阀4，消泡器5，计量泵6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的碳捕集吸收剂性能测试系统包括碳捕集单元1、外循环单元2和检测组件3。

具体地，碳捕集单元1用于供二氧化碳与吸收剂溶液进行反应，以吸收二氧化碳，外循环单元2包括外循环管路23、调温装置22和驱动装置21，外循环管路23的进口与碳捕集单元1的出液口连通，外循环管路23的出口与碳捕集单元1的进液口联通，调温装置22和驱动装置21均设于外循环管路23上，且调温装置22用于调控外循环管路23内的吸收剂溶液的温度，驱动装置21用于驱动吸收剂溶液在外循环管路23和碳捕集单元1之间循环流动，检测组件3可用于检测碳捕集单元1的碳捕集率。

需要说明的是，本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统是基于实际生产中吸收剂溶液所经历的温度调控过程为基点设计的，即在实际生产中，吸收剂溶液首先在吸收塔中吸收工业烟气中的二氧化碳形成二氧化碳富液，然后二氧化碳富液流入解吸塔进行高温解吸，二氧化碳富液分解为二氧化碳气体和二氧化碳贫液(即原吸收剂溶液)，之后二氧化碳气体进入储气罐中封存，二氧化碳贫液则经过冷却降温再次流入吸收塔中参与下一次的碳捕集循环，在该过程中，高温的二氧化碳富液还会与低温的二氧化碳富液进行热交换以增强碳捕集过程中的余热利用。

也就是说，在本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统中，碳捕集单元1可代替吸收塔以使吸收剂溶液吸收二氧化碳，外循环单元2可利用驱动装置21将吸收剂溶液由碳捕集单元1转移至调温装置22，然后调温装置22可通过调节吸收剂溶液的温度模拟吸收剂溶液在解吸塔加热，贫富液换热，贫液回收冷却等碳捕集工序中所发生的温度变化，之后经过温度调节后的吸收剂溶液由外循环管路23回流至碳捕集单元1并与二氧化碳反应，最后检测组件3可通过检测碳捕集单元1中二氧化碳含量的变化来反映吸收剂溶液的碳捕集率。

为便于理解本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统的使用方法，现结合碳捕集吸收剂性能测试过程进行说明，例如，在进行实验时，可先准备一组吸收剂溶液直接在碳捕集单元1中进行碳捕集(即此时外循环单元2关闭，吸收剂溶液不进行温度调节)，并由检测组件3记录该组吸收剂溶液的碳捕集率，然后另外准备一组相同浓度的吸收剂溶液，并利用外循环单元2对该组吸收剂溶液进行温度调节后再在碳捕集单元1中进行碳捕集，同样由检测组件3记录该组吸收剂溶液的碳捕集率，最后两组吸收剂溶液的碳捕集率可进行对比得出吸收剂在模拟工况下的吸收剂损耗率。

可以理解的是，吸收剂的损耗在溶液中体现为吸收剂浓度的减小，而吸收剂浓度难以进行精确的测量，因此，在本申请中，可利用温度调节前后吸收剂溶液的碳捕集率所发生的变化侧面表征吸收剂的损耗率，即吸收剂溶液碳捕集率越高，吸收剂损耗率越低，反之，吸收剂溶液碳捕集率越低，吸收剂损耗率越低。

可以理解的是，同一种吸收剂溶液参与不同温度调控模式下的碳捕集过程，吸收剂的损耗率不同，或者不同种吸收剂溶液在同一调控模式下的碳捕集过程，吸收剂的损耗率也会不同，而本申请通过简化的实验设备模拟实际碳捕集过程中吸收剂溶液所经历的温度变化，不仅可按照实际工况精确地调节吸收剂溶液温度，还可以避免其他外部因素对实验结果产生影响，由此得出吸收剂在各种工况下准确的损耗率，从而为在实际碳捕集过程中合理补充吸收剂用量提供依据，维持稳定的碳捕集效率。

可以理解的是，外循环单元2将碳捕集单元1中的吸收剂溶液引出进行调温控制，该种方式更便于实现与实际工况相一致的温度调控模式，从而提升实验的准确性。

优选地，驱动装置21可采用蠕动泵，蠕动泵可通过挤压软管实现液体的输送，由此吸收剂溶液在泵体内只经过软管，不易产生残留，极易清洗，可实现无污染输送，从而确保本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统可多次使用，提升试验效率。

另外，本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统也可用于观测吸收剂损耗速率的影响因素，例如，可以通过改变碳捕集单元1中吸收剂初始溶液的温度来观测吸收剂溶液的碳捕集率变化情况，由此得出吸收塔的温度对吸收剂损耗速率的影响；再例，还可以通过改变调温装置22中的最高加热温度来观测吸收剂溶液的碳捕集率变化情况，由此得出解吸塔的加热温度对吸收剂损耗速率的影响；又例，还可以通过改变碳捕集吸收剂性能测试系统各组件的制作材料来观测吸收剂溶液的碳捕集率变化情况，由此得出吸收剂溶液过渡材料对吸收剂损耗速率的影响，由此可以通过实验结果降低吸收剂损耗率，进一步优化碳捕集工艺。

根据本发明实施例的碳捕集吸收剂性能测试系统，外循环单元可利用驱动装置将吸收剂溶液由碳捕集单元转移至调温装置，然后调温装置可通过调节吸收剂溶液的温度模拟吸收剂溶液在实际碳捕集过程中所发生的温度变化，之后经过温度调节后的吸收剂溶液由外循环管路回流至碳捕集单元并与二氧化碳反应，最后检测组件可检测经过调温与未经过调温的吸收剂溶液的碳捕集率，两组数据可进行对比得出在该模拟工况下吸收剂溶液吸收二氧化碳能力所发生的变化，进而得出吸收剂损耗率，由此本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统通过简化的实验设备模拟了实际碳捕集工业循环中的各个工序，通过调温装置模拟了实际工况中各工序的温度，并通过检测吸收剂含量在模拟工况中的损耗量得出实际碳捕集过程中吸收剂的损耗量，从而为合理补充吸收剂用量提供依据，维持稳定的碳捕集效率。

另外，本申请的碳捕集吸收剂性能测试系统也可用于观测吸收剂的损耗速率的影响因素，例如吸收塔温度，解吸塔加热温度，碳捕集装置制作材料等，由此可以通过实验结果降低吸收剂损耗率，进一步优化碳捕集工艺。

进一步地，如图1所示，检测组件3包括第一检测件31及第二检测件32，第一检测件31设于碳捕集单元1的进气口处以用于检测通入气体中二氧化碳的含量，第二检测件32设于碳捕集单元1的出气口以用于检测排出气体中二氧化碳的含量。

可以理解的是，吸收剂溶液的碳捕集率表现为吸收剂溶液吸收二氧化碳的含量，在本申请中，碳捕集单元1通入含有二氧化碳的混合气体后，第一检测件31用于检测未与吸收剂溶液反应之前混合气体中的二氧化碳含量，第二检测件32用于检测与吸收剂溶液发生反应之后的混合气体中的二氧化碳含量，通过两组检测数据对比可得出二氧化碳减少量，二氧化碳减少量即为吸收剂溶液吸收二氧化碳的含量，由此确定吸收剂溶液的碳捕集率。

可以理解的是，检测组件3检测二氧化碳含量变化的方式具有多种，例如碳同位素标记法，红外线吸收法等，具体可根据实验条件合理选择。

进一步地，如图1所示，调温装置22包括加热器222和换热器221，外循环管路23包括与碳捕集单元1的出液口连通的进液管路231和与碳捕集装置的进液口连通的回液管路232，换热器221的冷源室与进液管路231连通，换热器221的热源室与回液管路232连通，加热器222设置在冷源室的出口和热源室的进口之间的管路上。

可以理解的是，当调温装置22需要模拟吸收剂溶液在解吸塔加热或贫富液换热工序中的温度变化工况时，可在调温装置22中设置加热器222和换热器221，换热器221的冷源室通入的是由碳捕集单元1中流出的未加热吸收剂溶液，换热器221的热源室通入的是由加热器222加热的吸收剂溶液，两种溶液可在换热器221中交换热量，由此模拟吸收剂溶液在贫富液换热工序中的温度变化情况，同时，加热器222可对通入的吸收剂溶液进行加热，由此可模拟吸收剂溶液在解吸塔加热工序中的温度变化情况。

进一步地，如图1所示，调温装置22还包括冷却器223，冷却器223设于热源室的出口管路上以用于冷却从热源室流出的高温吸收剂溶液。

可以理解的是，当回流至吸收塔时，高温的吸收剂溶液需要进行冷却，当模拟该种工况时，可在上述实施例的调温装置22中增设冷却器223，由此冷却器223可降低吸收剂溶液的温度。

进一步地，如图1所示，加热器222为电加热器或热管式加热器。

可以理解的是，加热器222是调温装置22中唯一的热源，在换热器221换热效率一定的情况下，加热器222对吸收剂溶液的加热温度直接影响着本次模拟工况中吸收剂溶液的温度变化是否可以与实际碳捕集过程保持一致，而电加热器或者热管式加热器均可实现对吸收剂溶液加热温度的精确把控，确保满足实验要求。优选地，热管式加热器为油浴式加热器。

进一步地，如图1所示，外循环单元2还包括消泡器5，驱动装置21设于碳捕集单元1的出液口和调温装置22之间，消泡器5设于驱动装置21和调温装置22之间。

可以理解的是，吸收剂溶液经驱动装置21抽出后会流经消泡器5，然后流入调温装置22，由此消泡器5可以清除吸收剂溶液中混合的气泡，避免影响实验效果。

进一步地，如图1所示，外循环单元2还包括计量泵6，计量泵6设于消泡器5和调温装置22之间。

可以理解的是，计量泵6可调节输入调温装置22中吸收剂溶液的流量，确保吸收剂溶液可在调温装置22中均匀受热或降温，由此提升实验结果的可靠性。

进一步地，如图1所示，外循环单元2还包括背压阀4，背压阀4设于外循环管路23上。

可以理解的是，背压阀4可在防止吸收剂溶液回流的同时保持吸收剂溶液流量的稳定性，从而确保吸收剂性能测试实验可正常进行。

优选地，背压阀4设置在冷却器223和碳捕集单元1之间。

进一步地，碳捕集吸收剂性能测试系统还包括温度检测组件3(未示出)，温度检测组件3可用于检测碳捕集单元1的进液口及出液口的温度，以及外循环单元2的各元件的进口及出口处的温度。

可以理解的是，温度检测组件3可动态反映吸收剂溶液在各个流转元件中的温度，由此可用于检测吸收剂溶液是否达到预期的温度调控效果，如发生纰漏，可及时关停相关实验，待解决后继续进行实验，由此确保实验结果的准确性。

进一步地，温度检测组件3包括多个温度计，多个温度计可对应设置在各测温点，温度计为K型不锈钢热电偶。

可以理解的是，K型不锈钢热电偶可快速精确测温并利用电表显示测温结果，由此便于实验人员及时发现温度异常情况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。