专利名称：一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置及其方法。
背景技术：
二氧化碳的封存已被提议为管理人为气候变化的技术投资的关键部分，因为这种方法提供了一条比消减二氧化碳生产的既快速又经济的路线。烟气中二氧化碳的捕获和存储包括烟道气中捕获二氧化碳、捕获二氧化碳的液化和运输、将二氧化碳溶液注入到地下或海洋中进行存储。目前烟气中二氧化碳的捕获方法主要为化学吸收法、变压吸附法和膜分离法，这些捕获方法存在吸收剂再生困难、吸收剂容易发生二次污染、吸收剂成本高等缺点。且二氧化碳捕获后的热处理释放二氧化碳需要大量的热能，将提高烟道废气处理成本。在实际生产过程中，需要找到一种实现二氧化碳捕获、吸收剂再生、二氧化碳释放三位一体，且容易操作、节省成本的装置。本发明提出的一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置及其方法，首先EDI回收碳酸装置阴极电动产生碱性吸收液吸收烟气中的二氧化碳，转化为碳酸根和碳酸氢根离子，直接输送至相连接的EDI回收碳酸装置，在EDI回收碳酸装置内部电场作用下实现纯净碳酸提取，同时获得碱性吸收剂的电动再生，再生的吸收剂重新作为废气吸收液使用，而提取的碳酸溶液不含有其他杂质，可在后续步骤中收获纯净的二氧化碳气体。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置及其方法。含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置包括EDI回收碳酸装置、二氧化碳废气吸收塔、在线监控器、控制阀门、阴极液罐、废气缓冲瓶、鼓风机、气体除雾器、碳酸溶液储罐、二氧化碳储罐、筛孔板、压力控制器；EDI回收碳酸装置包括阳极室、浓室、阴极室、中性导电填料、阳极板、阴极板、直流电源、阴离子交换膜、阳离子交换膜，EDI回收碳酸装置本体用阴离子交换膜、阳离子交换膜分隔成阳极室、浓室、阴极室，EDI回收碳酸装置内填充有中性导电填料，阳极室内设有阳极板，阳极板与直流电源正极相连，阴极室内设有阴极板，阴极板与第一直流电源负极相连；阳极室底部液体出口经控制阀门与碳酸溶液储罐顶部液体入口相连，碳酸溶液储罐底部液体出口经控制阀门与阳极室底部液体入口相连，碳酸溶液储罐顶部气体出口经在线监控器、压力控制器与二氧化碳储罐相连；二氧化碳废气吸收塔内设有筛孔板，二氧化碳废气吸收塔溢流口与EDI回收碳酸装置的浓室顶部相连，浓室底部液体出口与阴极室底部液体入口相连，阴极室底部液体出口经控制阀门与阴极液罐相连，阴极液罐经在线监控器、控制阀门与二氧化碳废气吸收塔顶部吸收液入口相连，废气缓冲瓶经鼓风机与二氧化碳废气吸收塔底部废气入口相连，二氧化碳废气吸收塔上部设有气体除雾器，二氧化碳废气吸收塔顶部气体出口经在线监控器、控制阀门分别与第一气体出口和第二气体出口相连，第一气体出口与阴极液罐底部相连。
所述的中性导电填料为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。含二氧化碳废气吸收与浓缩方法是:EDI回收碳酸装置在20V以上直流电压下，阳极产生H+，阴极产生0H_，浓室中的Na2CO3或NaHCO3的C032_和HC03_通过阴离子交换膜进入阳极室，Na+通过阳离子交换膜进入阴极室，反应过程中，阳极反应为:2H20+C032_=H2C03+02+2e_，阴极反应为:2H20+2Na++2e_=2Na0H+H2 ;回收的 H2CO3 从阳极室引出经控制阀门储存于碳酸溶液储罐中，碳酸溶液储罐中逸出的二氧化碳气体经在线监控器和压力控制器储存于二氧化碳储罐，以供工业应用；形成的NaOH溶液从阴极室引出经控制阀门储存于阴极液罐中，阴极液罐的出水经在线监控器、控制阀门作为吸收液通入废气吸收塔中；吸收液流经筛孔板，形成厚度1-2_的液膜，充分吸收废气后流至吸收塔底部，通过吸收塔底部溢流口流进入EDI回收碳酸装置的浓室进行H2CO3的回收；含有二氧化碳的废气通入废气缓冲瓶经鼓风机通入废气吸收塔进行充分吸收，经过处理后的二氧化碳废气经过废气吸收塔顶部气体除雾器除雾后，经在线监控器检测，符合排放标准的未被吸收的气体经控制阀门通过第二出口直接排放，不符合排放标准的废气通过第一出口经控制阀门进入阴极液罐底部重新处理；阴极液罐的初始溶液是相当低浓度的NaCUNa2SO4混合盐溶液，PH为7-8 ;开启装置Ih左右装置运行稳定后开始通入废气，阳极室流出液PH小于2，阴极室流出液pH大于13。与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1)能够连续不断地稳定净化含二氧化碳废气，提取的二氧化碳气体或者碳酸溶液可以作为工业原料；
2)吸收液电动产生、循环使用，既能当做吸收液，又能当做电极液；
3)实现了二氧化碳捕获、吸收剂再生、二氧化碳释放三位一体，且容易操作、节省成本。
图1是二氧化碳吸收与浓缩的装置结构示意 图中:EDI回收碳酸装置1、二氧化碳废气吸收塔2、阳极室3、浓室4、阴极室5、中性导电填料6、阳极板7、阴极板8、直流电源9、阴离子交换膜10、阳离子交换膜11、在线监控器
12、控制阀门13、阴极液罐14、废气缓冲瓶15、鼓风机16、气体除雾器17、碳酸溶液储罐18、二氧化碳储罐19、筛孔板20、压力控制器21。
具体实施例方式如图1所示，含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置包括EDI回收碳酸装置1、二氧化碳废气吸收塔2、在线监控器12、控制阀门13、阴极液罐14、废气缓冲瓶15、鼓风机16、气体除雾器17、碳酸溶液储罐18、二氧化碳储罐19、筛孔板20、压力控制器21 ；EDI回收碳酸装置I包括阳极室3、浓室4、阴极室5、中性导电填料6、阳极板7、阴极板8、直流电源9、阴离子交换膜10、阳离子交换膜11，EDI回 收碳酸装置I本体用阴离子交换膜10、阳离子交换膜11分隔成阳极室3、浓室4、阴极室5，EDI回收碳酸装置I内填充有中性导电填料6，阳极室内设有阳极板7，阳极板7与直流电源9正极相连，阴极室内设有阴极板8，阴极板8与第一直流电源9负极相连；阳极室3底部液体出口经控制阀门13与碳酸溶液储罐18顶部液体入口相连，碳酸溶液储罐18底部液体出口经控制阀门13与阳极室3底部液体入口相连，碳酸溶液储罐18顶部气体出口经在线监控器12、压力控制器21与二氧化碳储罐19相连；二氧化碳废气吸收塔2内设有筛孔板20，二氧化碳废气吸收塔2溢流口与EDI回收碳酸装置I的浓室4顶部相连，浓室4底部液体出口与阴极室5底部液体入口相连，阴极室5底部液体出口经控制阀门13与阴极液罐14相连，阴极液罐14经在线监控器12、控制阀门13与二氧化碳废气吸收塔2顶部吸收液入口相连，废气缓冲瓶15经鼓风机16与二氧化碳废气吸收塔2底部废气入口相连，二氧化碳废气吸收塔2上部设有气体除雾器17，二氧化碳废气吸收塔2顶部气体出口经在线监控器12、控制阀门13分别与第一气体出口和第二气体出口相连，第一气体出口与阴极液罐14底部相连。所述的中性导电填料6为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。含二氧化碳废气吸收与浓缩方法是:EDI回收碳酸装置I在20V以上直流电压下，阳极产生H+，阴极产生0H_，浓室4中的Na2CO3或NaHCO3的C032_和HC03_通过阴离子交换膜10进入阳极室3，Na+通过阳离子交换膜11进入阴极室5，反应过程中，阳极反应为:2H20+C0广=H2C03+02+2e、阴极反应为:2H20+2Na++2丨=2Na0H+H2 ;回收的 H2CO3 从阳极室 3 弓I出经控制阀门13储存于碳酸溶液储罐18中，碳酸溶液储罐18中逸出的二氧化碳气体经在线监控器12和压力控制器21储存于二氧化碳储罐19，以供工业应用；形成的NaOH溶液从阴极室5引出经控制阀门13储存于阴极液罐14中，阴极液罐14的出水经在线监控器12、控制阀门13作为吸收液通入废气吸收塔2中；吸收液流经筛孔板20，形成厚度1-2_的液膜，充分吸收废气后流至吸收塔底部，通过吸收塔底部溢流口流进入EDI回收碳酸装置I的浓室4进行H2CO3的回收；含有二氧化碳的废气通入废气缓冲瓶15经鼓风机16通入废气吸收塔2进行充分吸收，经过处理后的二氧化碳废气经过废气吸收塔2顶部气体除雾器17除雾后，经在线监控器12检测，符合排放标准的未被吸收的气体经控制阀门13通过第二出口直接排放，不符合排放标准的废气通过第一出口经控制阀门13进入阴极液罐14底部重新处理；阴极液罐14的初始溶液是相当低浓度的NaCUNa2SO4混合盐溶液，PH为7-8 ;开启装置Ih左右装置运行稳定后开始通入废气，阳极室3流出液PH小于2，阴极室5流出液pH大于13。实施例1
采用如图1所示的一种含二氧化碳废气吸收与回收的装置处理煤制天然气过程产生的二氧化碳气体,废气中二氧化碳的浓度约为18g/m3,气体流量35m3/h,废气中二氧化碳去除率约为96.2%，碱性吸收液吸收二氧化碳后pH下降到10.0以下，进入EDI回收碳酸装置后，经过吸收剂的再生和碳酸的提取后，吸收液PH由原先的约10.0变为12.8以上，阳极液pH 低于 1.72。实施例2
采用如图1所示的一种含二氧化碳废气吸收与回 收的装置处理焦炉燃烧过程产生二氧化碳气体，操作步骤和原理与实施例1相同，废气中二氧化碳的浓度约为24g/m3，气体流量20m3/h，废气中二氧化碳去除率约为95.0%，碱性吸收液吸收二氧化碳后pH下降到10.0以下，进入EDI回收碳酸装置后，经过吸收剂的再生和碳酸的提取后，吸收液pH由原先的约
10.0变为13.1以上，阳极液pH低于1.80。
实施例3
采用如图1所示的一种含二氧化碳废气吸收与回收的装置处理焦炉燃烧过程产生二氧化碳气体，操作步骤和原理与实施例1相同，废气中二氧化碳的浓度约为45g/m3，气体流量25m3/h，废气中二氧化碳去除率约为95.3%，碱性吸收液吸收二氧化碳后pH在9.8(Γ10.10，进入EDI回收碳酸装置后，经过吸收剂的再生和碳酸的提取后，吸收液由原先的约弱碱性变为13.2以上，阳极液pH低于1.68。
权利要求
1.一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置，其特征在于包括EDI回收碳酸装置(I)、二氧化碳废气吸收塔(2 )、在线监控器(12 )、控制阀门(13 )、阴极液罐(14 )、废气缓冲瓶(15 )、鼓风机(16)、气体除雾器(17)、碳酸溶液储罐(18)、二氧化碳储罐(19)、筛孔板(20)、压力控制器(21) ；EDI回收碳酸装置(I)包括阳极室(3)、浓室(4)、阴极室(5)、中性导电填料(6)、阳极板(7)、阴极板(8)、直流电源(9)、阴离子交换膜(10)、阳离子交换膜(11)，EDI回收碳酸装置(I)本体用阴离子交换膜(10)、阳离子交换膜(11)分隔成阳极室(3)、浓室(4)、阴极室(5)，EDI回收碳酸装置(I)内填充有中性导电填料(6)，阳极室内设有阳极板(7)，阳极板(7)与直流电源(9)正极相连，阴极室内设有阴极板(8)，阴极板(8)与第一直流电源(9)负极相连；阳极室(3)底部液体出口经控制阀门(13)与碳酸溶液储罐(18)顶部液体入口相连，碳酸溶液储罐(18)底部液体出口经控制阀门(13)与阳极室(3)底部液体入口相连，碳酸溶液储罐(18)顶部气体出口经在线监控器(12)、压力控制器(21)与二氧化碳储罐(19)相连；二氧化碳废气吸收塔(2)内设有筛孔板(20)，二氧化碳废气吸收塔(2)溢流口与EDI回收碳酸装置(I)的浓室(4 )顶部相连，浓室(4 )底部液体出口与阴极室(5 )底部液体入口相连，阴极室(5)底部液体出口经控制阀门(13)与阴极液罐(14)相连，阴极液罐(14)经在线监控器(12)、控制阀门(13)与二氧化碳废气吸收塔(2)顶部吸收液入口相连，废气缓冲瓶(15)经鼓风机(16)与二氧化碳废气吸收塔(2)底部废气入口相连，二氧化碳废气吸收塔(2)上部设有气体除雾器(17)，二氧化碳废气吸收塔(2)顶部气体出口经在线监控器(12)、控制阀门13分别与第一气体出口和第二气体出口相连，第一气体出口与阴极液罐(14)底部相连。
2.根据权利要求1所述的一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置，其特征在于所述的中性导电填料(6)为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。
3.一种使用如权利要求1所述装置的含二氧化碳废气吸收与浓缩方法，其特征在于:EDI回收碳酸装置(I)在20V以上直流电压下，阳极产生H+，阴极产生OH_，浓室(4)中的Na2CO3或NaHCO3的C032_和HC03_通过阴离子交换膜(10)进入阳极室(3)，Na+通过阳离子交换膜(11)进入阴极室(5)，反应过程中，阳极反应为:2H20+C032_=H2C03+02+2e_，阴极反应为:2H20+2Na++2e_=2Na0H+H2 ;回收的H2CO3从阳极室(3)引出经控制阀门(13)储存于碳酸溶液储罐(18)中，碳酸溶液储罐(18)中逸出的二氧化碳气体经在线监控器(12)和压力控制器(21)储存于二氧化碳储罐(19)，以供工业应用；形成的NaOH溶液从阴极室(5)引出经控 制阀门(13)储存于阴极液罐(14)中，阴极液罐(14)的出水经在线监控器(12)、控制阀门(13)作为吸收液通入废气吸收塔(2)中；吸收液流经筛孔板(20)，形成厚度1-2_的液膜，充分吸收废气后流至吸收塔底部，通过吸收塔底部溢流口流进入EDI回收碳酸装置(I)的浓室(4)进行H2CO3的回收；含有二氧化碳的废气通入废气缓冲瓶(15)经鼓风机(16)通入废气吸收塔(2)进行充分吸收，经过处理后的二氧化碳废气经过废气吸收塔(2)顶部气体除雾器(17)除雾后，经在线监控器(12)检测，符合排放标准的未被吸收的气体经控制阀门(13)通过第二出口直接排放，不符合排放标准的废气通过第一出口经控制阀门(13)进入阴极液罐(14)底部重新处理；阴极液罐(14)的初始溶液是相当低浓度的NaCl、Na2SO4混合盐溶液，PH为7-8 ;开启装置Ih左右装置运行稳定后开始通入废气，阳极室(3)流出液PH小于2，阴极室(5)流出液pH大于13。
全文摘要
本发明公开了一种含二氧化碳废气吸收与浓缩的装置。该装置主要由二氧化碳废气吸收装置和EDI回收碳酸装置组成，其中EDI回收碳酸装置主要由阳极室、浓室、阴极室组成，各室由离子交换膜隔开，废气中二氧化碳首先在二氧化碳废气吸收装置内与电动产生的碱性吸收液反应转化为碳酸根，最终在EDI回收碳酸装置内实现吸收剂的再生和纯净碳酸的收获，收获的纯净碳酸溶液可直接使用或用于提取纯净二氧化碳。该装置具有吸收液电动再生、循环使用，实现二氧化碳捕获提取、吸收剂再生、二氧化碳提取三位一体，容易操作、节省成本等优点，产生的二氧化碳可用作生产化肥等的原料、制作甲醇等有机燃料等。
文档编号B01D53/14GK103205770SQ20131012064
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者吴祖成, 张群芳, 任琼 申请人:浙江大学