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CN108744893B - 基于热管强化热回收的co2化学吸收系统与方法 - Google Patents

基于热管强化热回收的co2化学吸收系统与方法 Download PDF

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CN108744893B CN201810763899.0A CN201810763899A CN108744893B CN 108744893 B CN108744893 B CN 108744893B CN 201810763899 A CN201810763899 A CN 201810763899A CN 108744893 B CN108744893 B CN 108744893B
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Abstract

本发明所设计的基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统，它包括增压风机、CO2吸收设备、富液泵、三通分流阀、液液重力式热管换热器、贫液冷却器、贫液泵、气液重力式热管换热器、CO2再生设备和再沸器，本发明能在保持原有成熟的CO2吸收与富液再生技术的基础上，有效利用富液热再生塔顶排出的高温再生气余热，以及高效回收再生塔底排出的高温贫液中的热能，以降低再生气余热回收所需换热器体积与投资。

Description

基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统与方法
技术领域
本发明涉及富CO2气体中CO2化学吸收工艺节能降耗技术领域，具体地指一种基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统与方法。
技术背景
CO2作为最主要的温室气体之一，引发了全球气候变暖等一系列环境问题。碳捕集与封存(CCS)技术作为可以解决CO2排放问题的有效手段，被认为是近未来大规模减少CO2排放中最经济、可行的方法之一。其中，以化学吸收法为基础的CO2分离技术因技术成熟、CO2脱除率高等优势可进行大规模应用，但关键因素在其经济性问题，特别是富CO2吸收剂溶液(富液)再生能耗高的问题。如典型沼气CO2化学吸收工艺中，富液的再生热耗可占到总能耗的60％以上。以经典乙醇胺(MEA)吸收剂体系为例，其典型热再生能耗大约为4.0MJ/kgCO2，CO2分离成本可达250-300元/吨CO2。基于此，国内外研究者将系统降耗的目标主要集中在开发新型吸收剂、改良再生工艺和再生热整合利用等研究方向上。如采用氨水吸收剂、离子液体吸收剂和两相吸收剂等，或从工艺优化上着手，采用吸收塔中间冷却工艺、富液分流工艺和再生塔中间加热工艺等。但无论针对哪一种降耗方式或体系，工艺中都涉及到换热器的使用。作为整个工艺流程中基本的热回收元件之一，换热器性能的优劣较大程度上影响了富液的再生热耗。在现有化学吸收法工艺中，贫富液之间的热交换、贫液的冷却及再生塔顶部的再生气冷却等均涉及到换热器的使用。目前通用换热器的经济温差为20K，换热系数较小，如欲达到更低的传热温差(5～10K)，则将需要巨大的换热面积，导致投资成本和占地面积变大。因此，若能采用一种高效换热器，利用其较高的换热系数使换热温差或换热面积大幅下降，将无需对现有工艺系统进行大的改造，且可适合于任一种热再生吸收剂体系，从而实现在原有体系自身降耗的基础上进一步降低再生能耗。
热管是种高效的相变换热元件，通常分为蒸发段、绝热段和凝结段，工质(如水、甲醇等)自蒸发段受热汽化形成蒸汽，在压力作用下蒸汽扩散至凝结段，在凝结段向冷源放出汽化潜热后靠重力冷凝回流至蒸发段。与常规换热器相比，热管具有较高的传热效率和传热极限、结构简单、制造成本低廉、所需换热面积更小等优势，可以在温差很小的情况下传递相当大的热流量，适用于低品位热能的回收，目前已广泛应用于工业余热回收应用中。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统与方法，该系统与方法的核心在于采用高效换热器热管作为CO2化学吸收工艺流程中的换热元件，以此替换传统换热器(管式换热器、板式换热器等)。因此，能在保持原有成熟的CO2吸收与富液再生技术的基础上，有效利用富液热再生塔顶排出的高温再生气余热，以及高效回收再生塔底排出的高温贫液中的热能，以降低再生气余热回收所需换热器体积与投资。
为实现此目的，本发明所设计的一种基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统，其特征在于：它包括增压风机、CO2吸收设备、富液泵、三通分流阀、液液重力式热管换热器、贫液冷却器、贫液泵、气液重力式热管换热器、CO2再生设备和再沸器，其中，CO2吸收设备的进气口连接增压风机的输出端，CO2吸收设备的顶部设有顶端排气口，CO2吸收设备的底部出液口连接富液泵的输入端，CO2吸收设备的吸收液输入口连接贫液泵的输出端，富液泵的输出端连接三通分流阀的第一端口，三通分流阀的第二端口连接气液重力式热管换热器的液相入口，三通分流阀的第三端口连接液液重力式热管换热器的低温富液入口，液液重力式热管换热器的高温富液出口连接CO2再生设备的第一富液输入口，液液重力式热管换热器的低温贫液出口连接贫液冷却器的贫液入口，液液重力式热管换热器的高温贫液入口连接再沸器的贫液输出口，CO2再生设备的底端排液口连接再沸器的富液输入口，CO2再生设备的顶端冷凝水回流入口连接气液重力式热管换热器的气相侧冷凝水出口，CO2再生设备的顶部排气口连接气液重力式热管换热器的气相入口，CO2再生设备的第二富液输入口连接气液重力式热管换热器的液相出口，气液重力式热管换热器的气相出口用于排出CO2，再沸器的再沸器顶端排气口连接CO2再生设备的底端进气口，所述再沸器具有饱和蒸汽输入口和高温水输出口，贫液冷却器的贫液出口连接贫液泵的输入端。
一种上述系统的CO2化学吸收方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：富CO2气体通过增压风机增压后由进气口进入CO2吸收设备，与从CO2吸收设备内的吸收液输入口进入的CO2化学吸收剂(如乙醇胺、二乙醇胺等)形成逆流接触，富CO2气体中CO2被吸收，净化气从CO2吸收设备顶端排气口排出，CO2吸收设备内的吸收剂吸收CO2后生成的初始吸收剂富CO2溶液由CO2吸收设备的底部出液口进入富液泵；
步骤2：初始吸收剂富CO2溶液经由富液泵进入三通分流阀中进行分流，分流的第一路初始吸收剂富CO2溶液经三通分流阀的第二端口进入气液重力式热管换热器的液相入口，分流的第二路初始吸收剂富CO2溶液经三通分流阀的第三端口进入液液重力式热管换热器，并在液液重力式热管换热器中与再沸器的贫液输出口输出的再生后的100～120℃的高温热贫液进行热交换，使分流的第二路初始吸收剂富CO2溶液被加热到90～110℃，然后被加热到90～110℃第二路初始吸收剂富CO2溶液经过液液重力式热管换热器的高温富液出口进入CO2再生设备的第一富液输入口；
步骤3：CO2再生设备的顶部排气口排出的90～110℃的高温再生气(CO2和水蒸汽混合气)进入气液重力式热管换热器的气相侧，经三通分流阀分流之后的40～60℃的第一路初始吸收剂富CO2溶液在气液重力式热管换热器中与高温再生气进行热交换，高温再生气中的部分水蒸汽在气液重力式热管换热器中的热管气相侧冷凝并释放潜热，并传热到气液重力式热管换热器的液相侧，将气液重力式热管换热器液相侧40～60℃的第一路初始吸收剂富CO2溶液升温到80～90℃，与此同时，气液重力式热管换热器中的高温再生气的温度降至45～65℃，然后CO2从气液重力式热管换热器的气相出口排出，气液重力式热管换热器的气相侧冷凝水通过气相侧冷凝水出口回流至CO2再生设备的顶端冷凝水回流入口，回收了高温再生气余热后的分流冷富液，即回收余热后的第一路富CO2溶液经气液重力式热管换热器的液相出口流入CO2再生设备的第二富液输入口；
步骤4：经第一富液输入口进入CO2再生设备的经过液液重力式热管换热器的富CO2溶液和经第二富液输入口进入CO2再生设备的回收余热后的富CO2溶液在CO2再生设备中与CO2和水蒸汽再生气逆向接触被再次加热后，由CO2再生设备的底端排液口流入再沸器中加热分离出CO2和吸收剂，再沸器中加热分离出的CO2携带饱和水蒸汽由再沸器顶端排气口输入CO2再生设备的底端进气口，并在CO2再生设备中向上流动；
步骤5：再沸器内再生后得到的100～120℃的高温贫液经贫液输出口进入液液重力式热管换热器进行一次冷却，随后再经贫液冷却器6二次冷却到所需温度(约40℃，具体温度根据贫液进入贫液冷却器温度和最佳贫液吸收剂温度决定)后返回CO2吸收设备中再次吸收CO2。
本发明的有益效果为：
1、本发明利用气液重力式热管换热器作为再生气与冷富液之间的换热介质，可强化再生气向冷富液的对流换热量，大幅提升再生气向冷富液的传热效率，使再生气的余热回收效率大大增强，具有良好的再生热耗降低潜热。
2、与基于管壳式换热器和板式换热器等传统吸收系统相比，本发明基于液液重力式热管换热器和气液重力式热管换热器设计的CO2化学吸收系统，具有较高的传热效率和传热极限，且结构简单紧凑，制造成本低廉，占地小，工作可靠等优势，并可在满足相同的换热温差下，使得换热面积大大降低(如附表1所示)。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明中气液重力式热管换热器的气相侧热管管束排列示意图。
图3为本发明中气液和液液重力式热管换热器的液相侧热管管束排列示意图。
图1中，1—增压风机、2—CO2吸收设备、2.1—顶端排气口、2.2—吸收液输入口、2.3—进气口、2.4—底部出液口、3—富液泵、4—三通分流阀、4.1—第一端口、4.2—第二端口、4.3—第三端口、5—液液重力式热管换热器、5.1—低温富液入口、5.2—高温富液出口、5.3—高温贫液入口、5.4—低温贫液出口、6—贫液冷却器、6.1—贫液入口、6.2—贫液出口、7—贫液泵、8—气液重力式热管换热器、8.1—液相入口、8.2—液相出口、8.3—气相入口、8.4—气相侧冷凝水出口、8.5—气相出口、9—CO2再生设备、9.1—第一富液输入口、9.2—顶端冷凝水回流入口、9.3—顶部排气口、9.4—第二富液输入口、9.5—底端进气口、9.6—底端排液口、10—再沸器、10.1—贫液输出口、10.2—富液输入口、10.3—再沸器顶端排气口、10.4—饱和蒸汽输入口、10.5—高温水输出口、11.1—第一流量传感器、11.2—第二流量传感器、11.3—第三流量传感器、12.1—第一温度传感器、12.2—第二温度传感器、12.3—第三温度传感器、12.4—第四温度传感器、12.5—第五温度传感器、12.6—第六温度传感器、12.7—第七温度传感器、12.8—第八温度传感器、12.9—第九温度传感器、13—湿度传感器。
图2中，在气液重力式热管换热器的气相侧热管外壁需增加翅片，以提高对流换热系数并显著增大换热面积。同时，热管管束采用叉排布置，可使流体在管间流动阻力变大，从而扰流充分，有利于强化对流换热效果。
图3中，在气液和液液重力式热管换热器中，热管管束液相侧通常为增加液体在换热器中的滞留时间以强化换热，会在管束间布置折流板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明设计的一种基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统，如图1～3所示，它包括增压风机1、CO2吸收设备2、富液泵3、三通分流阀4、液液重力式热管换热器5(用于液体与液体之间换热)、贫液冷却器6、贫液泵7、气液重力式热管换热器8(用于气体与液体之间换热)、CO2再生设备9和再沸器10，其中，CO2吸收设备2的进气口2.3连接增压风机1的输出端，CO2吸收设备2的顶部设有顶端排气口2.1，CO2吸收设备2的底部出液口2.4连接富液泵3的输入端，CO2吸收设备2的吸收液输入口2.2连接贫液泵7的输出端，富液泵3的输出端连接三通分流阀4的第一端口4.1，三通分流阀4的第二端口4.2连接气液重力式热管换热器8的液相入口8.1，三通分流阀4的第三端口4.3连接液液重力式热管换热器5的低温富液入口5.1，液液重力式热管换热器5的高温富液出口5.2连接CO2再生设备9的第一富液输入口9.1，液液重力式热管换热器5的低温贫液出口5.4连接贫液冷却器6的贫液入口6.1，液液重力式热管换热器5的高温贫液入口5.3连接再沸器10的贫液输出口10.1，CO2再生设备9的底端排液口9.6连接再沸器10的富液输入口10.2，CO2再生设备9的顶端冷凝水回流入口9.2连接气液重力式热管换热器8的气相侧冷凝水出口8.4，CO2再生设备9的顶部排气口9.3连接气液重力式热管换热器8的气相入口8.3，CO2再生设备9的第二富液输入口9.4连接气液重力式热管换热器8的液相出口8.2，气液重力式热管换热器8的气相出口8.5用于排出CO2，再沸器10的再沸器顶端排气口10.3连接CO2再生设备9的底端进气口9.5，所述再沸器10具有饱和蒸汽输入口10.4和高温水输出口10.5(高温水温度范围为90～100℃)，贫液冷却器6的贫液出口6.2连接贫液泵7的输入端。
上述技术方案中，再沸器10的饱和蒸汽输入口10.4和高温水输出口10.5用于通入蒸汽，加热富液，富液再生温度一般为100～120℃(可由所选择的CO2化学吸收剂特性决定)。
上述技术方案中，它还包括第一流量传感器11.1、第二流量传感器11.2和第三流量传感器11.3，所述第一流量传感器11.1设置在富液泵3的输出端与三通分流阀4的第一端口4.1之间的管路内，所述第二流量传感器11.2设置在贫液冷却器6的贫液出口6.2与贫液泵7的输入端之间的管路上，所述第三流量传感器11.3设置在三通分流阀4的第二端口4.2与气液重力式热管换热器8的液相入口8.1之间的管路上。
上述技术方案中，它还包括第一温度传感器12.1、第二温度传感器12.2、第三温度传感器12.3、第四温度传感器12.4、第五温度传感器12.5、第六温度传感器12.6、第七温度传感器12.7、第八温度传感器12.8和第九温度传感器12.9，其中，所述第一温度传感器12.1设置在CO2吸收设备2的吸收液输入口2.2与贫液泵7的输出端之间的管路内，所述第二温度传感器12.2设置在富液泵3的输出端与三通分流阀4的第一端口4.1之间的管路内，第三温度传感器12.3设置在液液重力式热管换热器5的低温贫液出口5.4与贫液冷却器6的贫液入口6.1之间的管路上，第四温度传感器12.4设置在液液重力式热管换热器5的高温富液出口5.2与CO2再生设备9的第一富液输入口9.1之间的管路上，第五温度传感器12.5设置在液液重力式热管换热器5的高温贫液入口5.3与再沸器10的贫液输出口10.1之间的管路上，第六温度传感器12.6设置在气液重力式热管换热器8的气相出口8.5中，第七温度传感器12.7设置在CO2再生设备9的顶部排气口9.3与气液重力式热管换热器8的气相入口8.3之间的管路上，第八温度传感器12.8设置在CO2再生设备9的第二富液输入口9.4与气液重力式热管换热器8的液相出口8.2之间的管路上，第九温度传感器12.9设置在CO2再生设备9的底端排液口9.6与再沸器10的富液输入口10.2之间的管路上。上述设计安装的各个传感器，能检测各管路的温度以衡量其热回收效果，便于对工艺中各操作参数进行优化。
上述技术方案中，它还包括湿度传感器13，所述湿度传感器13设置在气液重力式热管换热器8的气相出口8.5中。湿度传感器13用于检测出口CO2中是否还含有水蒸气。
上述技术方案中，所述液液重力式热管换热器5的低温富液入口5.1中的富液温度范围为40～60℃，液液重力式热管换热器5的高温富液出口5.2中的富液温度范围为90～110℃，液液重力式热管换热器5的低温贫液出口5.4中的贫液温度范围为50～60℃，液液重力式热管换热器5的高温贫液入口5.3中的贫液温度范围为100～120℃。
上述技术方案中，所述CO2吸收设备2的顶端排气口2.1用于排出脱除CO2后的剩余气体。当提纯气是沼气时，脱除CO2后的剩余气体大部分(体积百分比95％以上)为甲烷，当提纯气是脱硫烟气，脱除CO2后的剩余气体以氮气为主。
一种上述系统的CO2化学吸收方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：富CO2气体通过增压风机1增压后由进气口2.3进入CO2吸收设备2，与从CO2吸收设备2内的吸收液输入口2.2进入的CO2化学吸收剂形成逆流接触，富CO2气体中CO2被吸收，净化气从CO2吸收设备2顶端排气口排出，CO2吸收设备2内的CO2化学吸收剂(如乙醇胺、二乙醇胺等)吸收CO2后生成的初始吸收剂富CO2溶液由CO2吸收设备2的底部出液口2.4进入富液泵3；
步骤2：初始吸收剂富CO2溶液经由富液泵3进入三通分流阀4中进行分流，分流的第一路初始吸收剂富CO2溶液经三通分流阀4的第二端口4.2进入气液重力式热管换热器8的液相入口8.1，分流的第二路初始吸收剂富CO2溶液经三通分流阀4的第三端口4.3进入液液重力式热管换热器5，并在液液重力式热管换热器5中与再沸器10的贫液输出口10.1输出的再生后的100～120℃的高温热贫液进行热交换，使分流的第二路初始吸收剂富CO2溶液被加热到90～110℃，然后被加热到90～110℃第二路初始吸收剂富CO2溶液经过液液重力式热管换热器5的高温富液出口5.2进入CO2再生设备9的第一富液输入口9.1；
步骤3：CO2再生设备9的顶部排气口9.3排出的90～110℃的高温再生气进入气液重力式热管换热器8的气相侧，经三通分流阀4分流之后的40～60℃的第一路初始吸收剂富CO2溶液在气液重力式热管换热器8中与高温再生气进行热交换，其中热管气相侧外壁增加翅片，以增大换热面积从而提高对流换热系数，实现再生气余热回收性能的强化，高温再生气中的部分水蒸汽在气液重力式热管换热器8中的热管气相侧冷凝并释放大量潜热(未冷凝的水蒸汽随CO2从气液重力式热管换热器8的气相出口8.5排出)，并传热到气液重力式热管换热器8的液相侧，将气液重力式热管换热器8液相侧40～60℃的第一路初始吸收剂富CO2溶液升温到80～90℃，与此同时，气液重力式热管换热器8中的高温再生气的温度降至45～65℃，然后CO2从气液重力式热管换热器8的气相出口8.5排出，气液重力式热管换热器8的气相侧冷凝水通过气相侧冷凝水出口8.4回流至CO2再生设备9的顶端冷凝水回流入口9.2，回收了高温再生气余热后的分流冷富液，即回收余热后的第一路富CO2溶液经气液重力式热管换热器8的液相出口8.2流入CO2再生设备9的第二富液输入口9.4；
步骤4：经第一富液输入口9.1进入CO2再生设备9的经过液液重力式热管换热器5的富CO2溶液和经第二富液输入口9.4进入CO2再生设备9的回收余热后的富CO2溶液在CO2再生设备9中与CO2和水蒸汽再生气逆向接触被再次加热后，由CO2再生设备9的底端排液口9.6流入再沸器10中加热分离出CO2和吸收剂，再沸器10中加热分离出的CO2携带饱和水蒸汽由再沸器顶端排气口10.3输入CO2再生设备9的底端进气口9.5，并在CO2再生设备9中向上流动；
步骤5：再沸器10内再生后得到的100～120℃的高温贫液经贫液输出口10.1进入液液重力式热管换热器5进行一次冷却，随后再经贫液冷却器6二次冷却到所需温度(约40℃，具体温度根据贫液进入贫液冷却器温度和最佳贫液吸收剂温度决定)后返回CO2吸收设备2中再次吸收CO2。
上述技术方案的步骤1中，净化气从CO2吸收设备2顶端经过除雾后从顶端排气口排出。
上述技术方案中，CO2吸收设备2和CO2再生设备9的结构和种类可不限，既可以采用传统的填料塔式结构，也可以使用新型的中空纤维膜接触器等结构。
上述技术方案中，用于CO2吸收的化学吸收剂是能够满足循环使用的可再生、低挥发性的吸收剂。
表1：以30％乙醇胺(MEA)溶液体系为例，传统工艺与热管强化余热回收工艺的对比(处理气中CO2体积分数为40％)
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种利用基于热管强化热回收的CO2化学吸收系统的CO2化学吸收方法，其特征在于：它包括增压风机(1)、CO2吸收设备(2)、富液泵(3)、三通分流阀(4)、液液重力式热管换热器(5)、贫液冷却器(6)、贫液泵(7)、气液重力式热管换热器(8)、CO2再生设备(9)和再沸器(10)，其中，CO2吸收设备(2)的进气口(2.3)连接增压风机(1)的输出端，CO2吸收设备(2)的顶部设有顶端排气口(2.1)，CO2吸收设备(2)的底部出液口(2.4)连接富液泵(3)的输入端，CO2吸收设备(2)的吸收液输入口(2.2)连接贫液泵(7)的输出端，富液泵(3)的输出端连接三通分流阀(4)的第一端口(4.1)，三通分流阀(4)的第二端口(4.2)连接气液重力式热管换热器(8)的液相入口(8.1)，三通分流阀(4)的第三端口(4.3)连接液液重力式热管换热器(5)的低温富液入口(5.1)，液液重力式热管换热器(5)的高温富液出口(5.2)连接CO2再生设备(9)的第一富液输入口(9.1)，液液重力式热管换热器(5)的低温贫液出口(5.4)连接贫液冷却器(6)的贫液入口(6.1)，液液重力式热管换热器(5)的高温贫液入口(5.3)连接再沸器(10)的贫液输出口(10.1)，CO2再生设备(9)的底端排液口(9.6)连接再沸器(10)的富液输入口(10.2)，CO2再生设备(9)的顶端冷凝水回流入口(9.2)连接气液重力式热管换热器(8)的气相侧冷凝水出口(8.4)，CO2再生设备(9)的顶部排气口(9.3)连接气液重力式热管换热器(8)的气相入口(8.3)，CO2再生设备(9)的第二富液输入口(9.4)连接气液重力式热管换热器(8)的液相出口(8.2)，气液重力式热管换热器(8)的气相出口(8.5)用于排出CO2，再沸器(10)的再沸器顶端排气口(10.3)连接CO2再生设备(9)的底端进气口(9.5)，所述再沸器(10)具有饱和蒸汽输入口(10.4)和高温水输出口(10.5)，贫液冷却器(6)的贫液出口(6.2)连接贫液泵(7)的输入端；
液液重力式热管换热器(5)用于液体与液体之间换热，气液重力式热管换热器(8)用于气体与液体之间换热；
再沸器(10)的饱和蒸汽输入口(10.4)和高温水输出口(10.5)用于通入蒸汽，加热富液；
气液重力式热管换热器的气相侧热管外壁增加翅片，热管管束采用叉排布置，气液和液液重力式热管换热器中管束间布置折流板；
所述液液重力式热管换热器(5)的低温富液入口(5.1)中的富液温度范围为40～60℃，液液重力式热管换热器(5)的高温富液出口(5.2)中的富液温度范围为90～110℃，液液重力式热管换热器(5)的低温贫液出口(5.4)中的贫液温度范围为50～60℃，液液重力式热管换热器(5)的高温贫液入口(5.3)中的贫液温度范围为100～120℃；
还包括湿度传感器(13)，所述湿度传感器(13)设置在气液重力式热管换热器(8)的气相出口(8.5)中；
CO2化学吸收方法：
包括如下步骤：
步骤1：富CO2气体通过增压风机(1)增压后由进气口(2.3)进入CO2吸收设备(2)，与从CO2吸收设备(2)内的吸收液输入口(2.2)进入的CO2化学吸收剂形成逆流接触，富CO2气体中CO2被吸收，净化气从CO2吸收设备(2)顶端排气口排出，CO2吸收设备(2)内的吸收剂吸收CO2后生成的初始吸收剂富CO2溶液由CO2吸收设备(2)的底部出液口(2.4)进入富液泵(3)；
步骤2：初始吸收剂富CO2溶液经由富液泵(3)进入三通分流阀(4)中进行分流，分流的第一路初始吸收剂富CO2溶液经三通分流阀(4)的第二端口(4.2)进入气液重力式热管换热器(8)的液相入口(8.1)，分流的第二路初始吸收剂富CO2溶液经三通分流阀(4)的第三端口(4.3)进入液液重力式热管换热器(5)，并在液液重力式热管换热器(5)中与再沸器(10)的贫液输出口(10.1)输出的再生后的100～120℃的高温热贫液进行热交换，使分流的第二路初始吸收剂富CO2溶液被加热到90～110℃，然后被加热到90～110℃第二路初始吸收剂富CO2溶液经过液液重力式热管换热器(5)的高温富液出口(5.2)进入CO2再生设备(9)的第一富液输入口(9.1)；
步骤3：CO2再生设备(9)的顶部排气口(9.3)排出的90～110℃的高温再生气进入气液重力式热管换热器(8)的气相侧，经三通分流阀(4)分流之后的40～60℃的第一路初始吸收剂富CO2溶液在气液重力式热管换热器(8)中与高温再生气进行热交换，高温再生气中的部分水蒸汽在气液重力式热管换热器(8)中的热管气相侧冷凝并释放潜热，并传热到气液重力式热管换热器(8)的液相侧，将气液重力式热管换热器(8)液相侧40～60℃的第一路初始吸收剂富CO2溶液升温到80～90℃，与此同时，气液重力式热管换热器(8)中的高温再生气的温度降至45～65℃，然后CO2从气液重力式热管换热器(8)的气相出口(8.5)排出，气液重力式热管换热器(8)的气相侧冷凝水通过气相侧冷凝水出口(8.4)回流至CO2再生设备(9)的顶端冷凝水回流入口(9.2)，回收了高温再生气余热后的分流冷富液，即回收余热后的第一路富CO2溶液经气液重力式热管换热器(8)的液相出口(8.2)流入CO2再生设备(9)的第二富液输入口(9.4)；
步骤4：经第一富液输入口(9.1)进入CO2再生设备(9)的经过液液重力式热管换热器(5)的富CO2溶液和经第二富液输入口(9.4)进入CO2再生设备(9)的回收余热后的富CO2溶液在CO2再生设备(9)中与CO2和水蒸汽再生气逆向接触被再次加热后，由CO2再生设备(9)的底端排液口(9.6)流入再沸器(10)中加热分离出CO2和吸收剂，再沸器(10)中加热分离出的CO2携带饱和水蒸汽由再沸器顶端排气口(10.3)输入CO2再生设备(9)的底端进气口(9.5)，并在CO2再生设备(9)中向上流动；
步骤5：再沸器(10)内再生后得到的100～120℃的高温贫液经贫液输出口(10.1)进入液液重力式热管换热器(5)进行一次冷却，随后再经贫液冷却器(6)二次冷却到所需温度后返回CO2吸收设备(2)中再次吸收CO2；
所述步骤1中，净化气从CO2吸收设备(2)顶端经过除雾后从顶端排气口排出；
CO2吸收设备(2)和CO2再生设备(9)为填料塔式结构或中空纤维膜接触器结构；
当提纯气是沼气时，脱除CO2后的剩余气体中体积百分比95％以上为甲烷，当提纯气是脱硫烟气，脱除CO2后的剩余气体以为氮气。
2.根据权利要求1所述的CO2化学吸收方法，其特征在于：它还包括第一流量传感器(11.1)、第二流量传感器(11.2)和第三流量传感器(11.3)，所述第一流量传感器(11.1)设置在富液泵(3)的输出端与三通分流阀(4)的第一端口(4.1)之间的管路内，所述第二流量传感器(11.2)设置在贫液冷却器(6)的贫液出口(6.2)与贫液泵(7)的输入端之间的管路上，所述第三流量传感器(11.3)设置在三通分流阀(4)的第二端口(4.2)与气液重力式热管换热器(8)的液相入口(8.1)之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的CO2化学吸收方法，其特征在于：它还包括第一温度传感器(12.1)、第二温度传感器(12.2)、第三温度传感器(12.3)、第四温度传感器(12.4)、第五温度传感器(12.5)、第六温度传感器(12.6)、第七温度传感器(12.7)、第八温度传感器(12.8)和第九温度传感器(12.9)，其中，所述第一温度传感器(12.1)设置在CO2吸收设备(2)的吸收液输入口(2.2)与贫液泵(7)的输出端之间的管路内，所述第二温度传感器(12.2)设置在富液泵(3)的输出端与三通分流阀(4)的第一端口(4.1)之间的管路内，第三温度传感器(12.3)设置在液液重力式热管换热器(5)的低温贫液出口(5.4)与贫液冷却器(6)的贫液入口(6.1)之间的管路上，第四温度传感器(12.4)设置在液液重力式热管换热器(5)的高温富液出口(5.2)与CO2再生设备(9)的第一富液输入口(9.1)之间的管路上，第五温度传感器(12.5)设置在液液重力式热管换热器(5)的高温贫液入口(5.3)与再沸器(10)的贫液输出口(10.1)之间的管路上，第六温度传感器(12.6)设置在气液重力式热管换热器(8)的气相出口(8.5)中，第七温度传感器(12.7)设置在CO2再生设备(9)的顶部排气口(9.3)与气液重力式热管换热器(8)的气相入口(8.3)之间的管路上，第八温度传感器(12.8)设置在CO2再生设备(9)的第二富液输入口(9.4)与气液重力式热管换热器(8)的液相出口(8.2)之间的管路上，第九温度传感器(12.9)设置在CO2再生设备(9)的底端排液口(9.6)与再沸器(10)的富液输入口(10.2)之间的管路上。
4.根据权利要求1所述的CO2化学吸收方法，其特征在于：所述CO2吸收设备(2)的顶端排气口(2.1)用于排出脱除CO2后的剩余气体。
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