一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置及其方法

2023-04-27 08:50:01 1

專利名稱：一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置及其方法。
背景技術：
二氧化碳的封存已被提議為管理人為氣候變化的技術投資的關鍵部分，因為這種方法提供了一條比消減二氧化碳生產的既快速又經濟的路線。煙氣中二氧化碳的捕獲和存儲包括煙道氣中捕獲二氧化碳、捕獲二氧化碳的液化和運輸、將二氧化碳溶液注入到地下或海洋中進行存儲。目前煙氣中二氧化碳的捕獲方法主要為化學吸收法、變壓吸附法和膜分離法，這些捕獲方法存在吸收劑再生困難、吸收劑容易發生二次汙染、吸收劑成本高等缺點。且二氧化碳捕獲後的熱處理釋放二氧化碳需要大量的熱能，將提高煙道廢氣處理成本。在實際生產過程中，需要找到一種實現二氧化碳捕獲、吸收劑再生、二氧化碳釋放三位一體，且容易操作、節省成本的裝置。本發明提出的一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置及其方法，首先EDI回收碳酸裝置陰極電動產生鹼性吸收液吸收煙氣中的二氧化碳，轉化為碳酸根和碳酸氫根離子，直接輸送至相連接的EDI回收碳酸裝置，在EDI回收碳酸裝置內部電場作用下實現純淨碳酸提取，同時獲得鹼性吸收劑的電動再生，再生的吸收劑重新作為廢氣吸收液使用，而提取的碳酸溶液不含有其他雜質，可在後續步驟中收穫純淨的二氧化碳氣體。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術不足，提供一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置及其方法。含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置包括EDI回收碳酸裝置、二氧化碳廢氣吸收塔、在線監控器、控制閥門、陰極液罐、廢氣緩衝瓶、鼓風機、氣體除霧器、碳酸溶液儲罐、二氧化碳儲罐、篩孔板、壓力控制器；EDI回收碳酸裝置包括陽極室、濃室、陰極室、中性導電填料、陽極板、陰極板、直流電源、陰離子交換膜、陽離子交換膜，EDI回收碳酸裝置本體用陰離子交換膜、陽離子交換膜分隔成陽極室、濃室、陰極室，EDI回收碳酸裝置內填充有中性導電填料，陽極室內設有陽極板，陽極板與直流電源正極相連，陰極室內設有陰極板，陰極板與第一直流電源負極相連；陽極室底部液體出口經控制閥門與碳酸溶液儲罐頂部液體入口相連，碳酸溶液儲罐底部液體出口經控制閥門與陽極室底部液體入口相連，碳酸溶液儲罐頂部氣體出口經在線監控器、壓力控制器與二氧化碳儲罐相連；二氧化碳廢氣吸收塔內設有篩孔板，二氧化碳廢氣吸收塔溢流口與EDI回收碳酸裝置的濃室頂部相連，濃室底部液體出口與陰極室底部液體入口相連，陰極室底部液體出口經控制閥門與陰極液罐相連，陰極液罐經在線監控器、控制閥門與二氧化碳廢氣吸收塔頂部吸收液入口相連，廢氣緩衝瓶經鼓風機與二氧化碳廢氣吸收塔底部廢氣入口相連，二氧化碳廢氣吸收塔上部設有氣體除霧器，二氧化碳廢氣吸收塔頂部氣體出口經在線監控器、控制閥門分別與第一氣體出口和第二氣體出口相連，第一氣體出口與陰極液罐底部相連。
所述的中性導電填料為凸凹溝槽開孔瓷球、活性瓷球、開孔瓷球、微孔瓷球、蓄熱瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷質、樹脂填料中的一種或多種。含二氧化碳廢氣吸收與濃縮方法是:EDI回收碳酸裝置在20V以上直流電壓下，陽極產生H+，陰極產生0H_，濃室中的Na2CO3或NaHCO3的C032_和HC03_通過陰離子交換膜進入陽極室，Na+通過陽離子交換膜進入陰極室，反應過程中，陽極反應為:2H20+C032_=H2C03+02+2e_，陰極反應為:2H20+2Na++2e_=2Na0H+H2 ;回收的 H2CO3 從陽極室引出經控制閥門儲存於碳酸溶液儲罐中，碳酸溶液儲罐中逸出的二氧化碳氣體經在線監控器和壓力控制器儲存於二氧化碳儲罐，以供工業應用；形成的NaOH溶液從陰極室引出經控制閥門儲存於陰極液罐中，陰極液罐的出水經在線監控器、控制閥門作為吸收液通入廢氣吸收塔中；吸收液流經篩孔板，形成厚度1-2_的液膜，充分吸收廢氣後流至吸收塔底部，通過吸收塔底部溢流口流進入EDI回收碳酸裝置的濃室進行H2CO3的回收；含有二氧化碳的廢氣通入廢氣緩衝瓶經鼓風機通入廢氣吸收塔進行充分吸收，經過處理後的二氧化碳廢氣經過廢氣吸收塔頂部氣體除霧器除霧後，經在線監控器檢測，符合排放標準的未被吸收的氣體經控制閥門通過第二出口直接排放，不符合排放標準的廢氣通過第一出口經控制閥門進入陰極液罐底部重新處理；陰極液罐的初始溶液是相當低濃度的NaCUNa2SO4混合鹽溶液，PH為7-8 ;開啟裝置Ih左右裝置運行穩定後開始通入廢氣，陽極室流出液PH小於2，陰極室流出液pH大於13。與現有技術相比，本發明具有以下優點:
1)能夠連續不斷地穩定淨化含二氧化碳廢氣，提取的二氧化碳氣體或者碳酸溶液可以作為工業原料；
2)吸收液電動產生、循環使用，既能當做吸收液，又能當做電極液；
3)實現了二氧化碳捕獲、吸收劑再生、二氧化碳釋放三位一體，且容易操作、節省成本。


圖1是二氧化碳吸收與濃縮的裝置結構示意 圖中:EDI回收碳酸裝置1、二氧化碳廢氣吸收塔2、陽極室3、濃室4、陰極室5、中性導電填料6、陽極板7、陰極板8、直流電源9、陰離子交換膜10、陽離子交換膜11、在線監控器
12、控制閥門13、陰極液罐14、廢氣緩衝瓶15、鼓風機16、氣體除霧器17、碳酸溶液儲罐18、二氧化碳儲罐19、篩孔板20、壓力控制器21。
具體實施例方式如圖1所示，含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置包括EDI回收碳酸裝置1、二氧化碳廢氣吸收塔2、在線監控器12、控制閥門13、陰極液罐14、廢氣緩衝瓶15、鼓風機16、氣體除霧器17、碳酸溶液儲罐18、二氧化碳儲罐19、篩孔板20、壓力控制器21 ；EDI回收碳酸裝置I包括陽極室3、濃室4、陰極室5、中性導電填料6、陽極板7、陰極板8、直流電源9、陰離子交換膜10、陽離子交換膜11，EDI回 收碳酸裝置I本體用陰離子交換膜10、陽離子交換膜11分隔成陽極室3、濃室4、陰極室5，EDI回收碳酸裝置I內填充有中性導電填料6，陽極室內設有陽極板7，陽極板7與直流電源9正極相連，陰極室內設有陰極板8，陰極板8與第一直流電源9負極相連；陽極室3底部液體出口經控制閥門13與碳酸溶液儲罐18頂部液體入口相連，碳酸溶液儲罐18底部液體出口經控制閥門13與陽極室3底部液體入口相連，碳酸溶液儲罐18頂部氣體出口經在線監控器12、壓力控制器21與二氧化碳儲罐19相連；二氧化碳廢氣吸收塔2內設有篩孔板20，二氧化碳廢氣吸收塔2溢流口與EDI回收碳酸裝置I的濃室4頂部相連，濃室4底部液體出口與陰極室5底部液體入口相連，陰極室5底部液體出口經控制閥門13與陰極液罐14相連，陰極液罐14經在線監控器12、控制閥門13與二氧化碳廢氣吸收塔2頂部吸收液入口相連，廢氣緩衝瓶15經鼓風機16與二氧化碳廢氣吸收塔2底部廢氣入口相連，二氧化碳廢氣吸收塔2上部設有氣體除霧器17，二氧化碳廢氣吸收塔2頂部氣體出口經在線監控器12、控制閥門13分別與第一氣體出口和第二氣體出口相連，第一氣體出口與陰極液罐14底部相連。所述的中性導電填料6為凸凹溝槽開孔瓷球、活性瓷球、開孔瓷球、微孔瓷球、蓄熱瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷質、樹脂填料中的一種或多種。含二氧化碳廢氣吸收與濃縮方法是:EDI回收碳酸裝置I在20V以上直流電壓下，陽極產生H+，陰極產生0H_，濃室4中的Na2CO3或NaHCO3的C032_和HC03_通過陰離子交換膜10進入陽極室3，Na+通過陽離子交換膜11進入陰極室5，反應過程中，陽極反應為:2H20+C0廣=H2C03+02+2e、陰極反應為:2H20+2Na++2丨=2Na0H+H2 ;回收的 H2CO3 從陽極室 3 弓I出經控制閥門13儲存於碳酸溶液儲罐18中，碳酸溶液儲罐18中逸出的二氧化碳氣體經在線監控器12和壓力控制器21儲存於二氧化碳儲罐19，以供工業應用；形成的NaOH溶液從陰極室5引出經控制閥門13儲存於陰極液罐14中，陰極液罐14的出水經在線監控器12、控制閥門13作為吸收液通入廢氣吸收塔2中；吸收液流經篩孔板20，形成厚度1-2_的液膜，充分吸收廢氣後流至吸收塔底部，通過吸收塔底部溢流口流進入EDI回收碳酸裝置I的濃室4進行H2CO3的回收；含有二氧化碳的廢氣通入廢氣緩衝瓶15經鼓風機16通入廢氣吸收塔2進行充分吸收，經過處理後的二氧化碳廢氣經過廢氣吸收塔2頂部氣體除霧器17除霧後，經在線監控器12檢測，符合排放標準的未被吸收的氣體經控制閥門13通過第二出口直接排放，不符合排放標準的廢氣通過第一出口經控制閥門13進入陰極液罐14底部重新處理；陰極液罐14的初始溶液是相當低濃度的NaCUNa2SO4混合鹽溶液，PH為7-8 ;開啟裝置Ih左右裝置運行穩定後開始通入廢氣，陽極室3流出液PH小於2，陰極室5流出液pH大於13。實施例1
採用如圖1所示的一種含二氧化碳廢氣吸收與回收的裝置處理煤制天然氣過程產生的二氧化碳氣體,廢氣中二氧化碳的濃度約為18g/m3,氣體流量35m3/h,廢氣中二氧化碳去除率約為96.2%，鹼性吸收液吸收二氧化碳後pH下降到10.0以下，進入EDI回收碳酸裝置後，經過吸收劑的再生和碳酸的提取後，吸收液PH由原先的約10.0變為12.8以上，陽極液pH 低於 1.72。實施例2
採用如圖1所示的一種含二氧化碳廢氣吸收與回 收的裝置處理焦爐燃燒過程產生二氧化碳氣體，操作步驟和原理與實施例1相同，廢氣中二氧化碳的濃度約為24g/m3，氣體流量20m3/h，廢氣中二氧化碳去除率約為95.0%，鹼性吸收液吸收二氧化碳後pH下降到10.0以下，進入EDI回收碳酸裝置後，經過吸收劑的再生和碳酸的提取後，吸收液pH由原先的約
10.0變為13.1以上，陽極液pH低於1.80。
實施例3
採用如圖1所示的一種含二氧化碳廢氣吸收與回收的裝置處理焦爐燃燒過程產生二氧化碳氣體，操作步驟和原理與實施例1相同，廢氣中二氧化碳的濃度約為45g/m3，氣體流量25m3/h，廢氣中二氧化碳去除率約為95.3%，鹼性吸收液吸收二氧化碳後pH在9.8(Γ10.10，進入EDI回收碳酸裝置後，經過吸收劑的再生和碳酸的提取後，吸收液由原先的約弱鹼性變為13.2以上，陽極液pH低於1.68。
權利要求
1.一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置，其特徵在於包括EDI回收碳酸裝置(I)、二氧化碳廢氣吸收塔(2 )、在線監控器(12 )、控制閥門(13 )、陰極液罐(14 )、廢氣緩衝瓶(15 )、鼓風機(16)、氣體除霧器(17)、碳酸溶液儲罐(18)、二氧化碳儲罐(19)、篩孔板(20)、壓力控制器(21) ；EDI回收碳酸裝置(I)包括陽極室(3)、濃室(4)、陰極室(5)、中性導電填料(6)、陽極板(7)、陰極板(8)、直流電源(9)、陰離子交換膜(10)、陽離子交換膜(11)，EDI回收碳酸裝置(I)本體用陰離子交換膜(10)、陽離子交換膜(11)分隔成陽極室(3)、濃室(4)、陰極室(5)，EDI回收碳酸裝置(I)內填充有中性導電填料(6)，陽極室內設有陽極板(7)，陽極板(7)與直流電源(9)正極相連，陰極室內設有陰極板(8)，陰極板(8)與第一直流電源(9)負極相連；陽極室(3)底部液體出口經控制閥門(13)與碳酸溶液儲罐(18)頂部液體入口相連，碳酸溶液儲罐(18)底部液體出口經控制閥門(13)與陽極室(3)底部液體入口相連，碳酸溶液儲罐(18)頂部氣體出口經在線監控器(12)、壓力控制器(21)與二氧化碳儲罐(19)相連；二氧化碳廢氣吸收塔(2)內設有篩孔板(20)，二氧化碳廢氣吸收塔(2)溢流口與EDI回收碳酸裝置(I)的濃室(4 )頂部相連，濃室(4 )底部液體出口與陰極室(5 )底部液體入口相連，陰極室(5)底部液體出口經控制閥門(13)與陰極液罐(14)相連，陰極液罐(14)經在線監控器(12)、控制閥門(13)與二氧化碳廢氣吸收塔(2)頂部吸收液入口相連，廢氣緩衝瓶(15)經鼓風機(16)與二氧化碳廢氣吸收塔(2)底部廢氣入口相連，二氧化碳廢氣吸收塔(2)上部設有氣體除霧器(17)，二氧化碳廢氣吸收塔(2)頂部氣體出口經在線監控器(12)、控制閥門13分別與第一氣體出口和第二氣體出口相連，第一氣體出口與陰極液罐(14)底部相連。
2.根據權利要求1所述的一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置，其特徵在於所述的中性導電填料(6)為凸凹溝槽開孔瓷球、活性瓷球、開孔瓷球、微孔瓷球、蓄熱瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷質、樹脂填料中的一種或多種。
3.一種使用如權利要求1所述裝置的含二氧化碳廢氣吸收與濃縮方法，其特徵在於:EDI回收碳酸裝置(I)在20V以上直流電壓下，陽極產生H+，陰極產生OH_，濃室(4)中的Na2CO3或NaHCO3的C032_和HC03_通過陰離子交換膜(10)進入陽極室(3)，Na+通過陽離子交換膜(11)進入陰極室(5)，反應過程中，陽極反應為:2H20+C032_=H2C03+02+2e_，陰極反應為:2H20+2Na++2e_=2Na0H+H2 ;回收的H2CO3從陽極室(3)引出經控制閥門(13)儲存於碳酸溶液儲罐(18)中，碳酸溶液儲罐(18)中逸出的二氧化碳氣體經在線監控器(12)和壓力控制器(21)儲存於二氧化碳儲罐(19)，以供工業應用；形成的NaOH溶液從陰極室(5)引出經控 制閥門(13)儲存於陰極液罐(14)中，陰極液罐(14)的出水經在線監控器(12)、控制閥門(13)作為吸收液通入廢氣吸收塔(2)中；吸收液流經篩孔板(20)，形成厚度1-2_的液膜，充分吸收廢氣後流至吸收塔底部，通過吸收塔底部溢流口流進入EDI回收碳酸裝置(I)的濃室(4)進行H2CO3的回收；含有二氧化碳的廢氣通入廢氣緩衝瓶(15)經鼓風機(16)通入廢氣吸收塔(2)進行充分吸收，經過處理後的二氧化碳廢氣經過廢氣吸收塔(2)頂部氣體除霧器(17)除霧後，經在線監控器(12)檢測，符合排放標準的未被吸收的氣體經控制閥門(13)通過第二出口直接排放，不符合排放標準的廢氣通過第一出口經控制閥門(13)進入陰極液罐(14)底部重新處理；陰極液罐(14)的初始溶液是相當低濃度的NaCl、Na2SO4混合鹽溶液，PH為7-8 ;開啟裝置Ih左右裝置運行穩定後開始通入廢氣，陽極室(3)流出液PH小於2，陰極室(5)流出液pH大於13。
全文摘要
本發明公開了一種含二氧化碳廢氣吸收與濃縮的裝置。該裝置主要由二氧化碳廢氣吸收裝置和EDI回收碳酸裝置組成，其中EDI回收碳酸裝置主要由陽極室、濃室、陰極室組成，各室由離子交換膜隔開，廢氣中二氧化碳首先在二氧化碳廢氣吸收裝置內與電動產生的鹼性吸收液反應轉化為碳酸根，最終在EDI回收碳酸裝置內實現吸收劑的再生和純淨碳酸的收穫，收穫的純淨碳酸溶液可直接使用或用於提取純淨二氧化碳。該裝置具有吸收液電動再生、循環使用，實現二氧化碳捕獲提取、吸收劑再生、二氧化碳提取三位一體，容易操作、節省成本等優點，產生的二氧化碳可用作生產化肥等的原料、製作甲醇等有機燃料等。
文檔編號B01D53/14GK103205770SQ20131012064
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者吳祖成, 張群芳, 任瓊 申請人:浙江大學