一种热电联用的二氧化碳吸脱附装置的制作方法

本发明涉及一种热电联用的二氧化碳吸脱附装置，具体涉及的是一种通过利用热源与高压电源改变吸附环境，从而使二氧化碳吸附或脱附的装置。

背景技术：

随着工业、科技的发展，人类对于能源的需求日趋增加，但在生产过程中，由于燃烧了大量的如煤炭、石油等化石燃料，大量的二氧化碳排放至大气中，导致了全球性的温室效应，引起了气候变暖，这对人类的工作环境甚至是生存环境都产生了影响，联合国环境署的政府间气候变化委员会已在全球气候评估报告中指出：全球性的气候变暖已经是毋庸置疑的事实，而90%以上的原因是由于人类的活动引起的，根据相关的报道，近100年来，全球的平均地表温度已经上升了约0.74摄氏度，而在未来的100年里，地表温度还将持续上升1.1至6.4摄氏度，由于全球气温的不断升高，会导致如两极冰川融化，海平面上升，冰湖溃决，洪水等灾难的发生，这些已经威胁到了人类的健康以及可持续发展，根据美国的能源署预测，全球范围内的二氧化碳排放必须减少至少60%，才可以抑制全球气候的变化，因此，减少温室气体二氧化碳向大气的排放成为了人类共同的目标和责任。

煤炭、石油等燃料占据了我们能源消耗的很大一部分，虽然目前国际社会已经充分的意识到了化石燃料燃烧会带来的诸多问题，而且已经开始尝试通过减少化石燃料，开发新能源的使用来减少二氧化碳的排放，但是如风能、核能、太阳能、地热能等清洁能源与可再生能源的开发利用还处在研究开发阶段，不能满足能源增长的需要，因此为了满足全球能源的需要，化石燃料仍将继续大量使用，二氧化碳的排放问题依旧存在，因此，为了减少大气中二氧化碳的浓度，必须开发捕集分离二氧化碳的技术。

目前，吸附分离是化工领域较为成熟且获得广泛应用的捕集分离技术，根据吸附剂在不同环境条件下吸附二氧化碳能力的不同，对二氧化碳进行吸附和脱附的操作，对吸附剂进行使用以及再生，根据吸附剂再生方法的不同，吸附法捕集分离气体技术可分为变压吸附、变温吸附以及电解吸技术，一般来说，变温吸附产品回收率高、损失小，但是周期长、能耗高；变压吸附周期短、吸附剂利用率高、纯度高，但回收率较低，且对于设备承压能力要求较高，不适合民用及小型企业使用，单独的使用变温吸附对于热源温度的要求较高，本发明是一种热电联用的二氧化碳吸脱附装置，由于脱附过程中同时使用了热源与电场，因此装置对于热源的温度要求不高，对一般的生产余热的使用具有积极的帮助。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种热电联用的二氧化碳吸脱附装置，本装置对于热源温度的要求低于一般的冷热式吸脱附装置，节约能源。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种热电联用的二氧化碳吸脱附装置，包括吸附罐，其中，该吸附罐设置有用于导入、导出冷介质或热介质的介质进入管、介质出口管，介质进入管位于吸附罐的上部，介质出口管位于吸附罐的下部的另一侧，用于导入、导出废气、净化气、再生气的气体进入管、气体出口管，气体进入管位于吸附罐的下部，气体出口管位于吸附罐的上部的另一侧，吸附罐内设置有盘管，盘管均匀的分布在吸附罐内，且盘管的两端分别与介质进入管、介质出口管相连通，吸附罐内填充有均匀分布包围在盘管四周的吸附剂，吸附罐的两端通过密封盖密封，密封盖中设有电极板，电极板与电极相连，电极通过电极接线与变压器、电源等相连。

上述介质进入管一端与吸附罐连接，另一端三通连接有热介质进入管、冷介质进入管，其上分别装有热介质进口阀、冷介质进口阀，用于改变吸脱附工作状态时切换导入冷、热介质时使用；介质出口管一端与吸附罐连接，另一端三通连接有热介质出口管、冷介质出口管，其上分别装有热介质出口阀、冷介质出口阀，用于改变吸脱附工作状态时切换导出冷、热介质时使用。

上述气体进入管一端与吸附罐1连接，另一端三通连接有废气进入管、再生气进入管，其上分别装有废气进口阀、再生气进口阀，用于改变吸脱附工作状态时切换导入废气、再生气时使用；气体出口管一端与吸附罐连接，另一端三通连接有净化气出口管、再生气出口管，其上分别装有净化气出口阀、再生气出口阀，用于改变吸脱附工作状态时切换导出净化气、再生气时使用。

所述的热电联用的二氧化碳吸脱附装置，其中，冷介质为冷却空气或冷水，热介质为热空气或热水，再生气为洁净空气或氮气，吸附剂为13x分子筛。

本发明的有益效果是：

本发明所述的热电联用的二氧化碳吸脱附装置，能够进行低温吸附与高温及电场下脱附，同时提高了吸脱附装置的吸附效率与脱附效率，提高了吸脱附装置运行的稳定性，降低了在脱附过程中对设备及热源的要求，延长了吸附介质的使用寿命，节省了生产成本。

附图说明

图1为本发明的热电联用的二氧化碳吸脱附装置结构示意图。

附图标记及对应名称为：

吸附罐1，吸附剂2，盘管3，密封盖4，电极板5，电极6，电极接线7，热介质进入管8，热介质进口阀9，冷介质进入管10，冷介质进口阀11，介质进入管12，介质出口管13，冷介质出口阀14，冷介质出口管15，热介质出口阀16，热介质出口管17，废气进入管18，废气进口阀19，再生气进入管20，再生气进口阀21，气体进入管22，气体出口管23，净化气出口阀24，净化气出口管25，再生气出口阀26，再生气出口管27。

图2是本发明中三个热电联用的二氧化碳吸脱附装置相连通的结构示意图。

附图标记及对应名称为：

热电联用的二氧化碳吸脱附装置1，热介质出口总管2，冷介质出口总管3，净化气出口总管4，再生气出口总管5，冷介质进入总管6，热介质进入总管7，再生气进入总管8，废气进入总管9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明提供了一种热电联用的二氧化碳吸脱附装置及其吸脱附方法，如图1所示，吸附操作实施方式主要包括以下步骤：

a、进行吸附操作时，废气进口阀19、净化气出口阀24开启，再生气进口阀21、再生气出口阀26关闭，废气通过废气进入管18、气体进入管22进入吸附罐1，并经吸附剂2充分吸附后，通过气体出口管23、净化气出口管25排出。

b、吸附操作的同时，导入冷介质，冷介质为冷却空气或冷水，冷介质进口阀11、冷介质出口阀14开启，热介质进口阀9、热介质出口阀16关闭，冷介质通过冷介质进入管10、介质进入管12进入盘管3，吸收吸附罐1内的吸附热后，通过介质出口管13、冷介质出口管15导出，带走吸附热。

c、吸附操作的同时，断开电极接线7连接的电源。

如图1所示，脱附操作实施方式主要包括以下步骤：

a、进行脱附操作时，再生气进口阀21、再生气出口阀26开启，废气进口阀19、净化气出口阀24关闭，再生气通过再生气进入管20、气体进入管22进入吸附罐1，将吸附剂2中提高了活性的二氧化碳带走，完成吸附剂2对二氧化碳的脱附，通过气体出口管23、再生气出口管27导出，另作他用，上述再生气为洁净空气或氮气。

b、脱附操作的同时，导入热介质，热介质为热空气或热水，热介质进口阀9、热介质出口阀16开启，冷介质进口阀11、冷介质出口阀14关闭，热介质通过热介质进入管8、介质进入管12进入盘管3，向吸附剂2传递热量，提高已吸附二氧化碳的活性，通过介质出口管13、热介质出口管17导出。

c、脱附操作的同时，连接电极接线7连接的电源，电源通过电极6、电极板5，电极板两端的电压差在吸附罐1内形成电场，削弱吸附剂2与二氧化碳之间的相互作用力，促进二氧化碳的脱附，提高脱附效率。

根据电场下的吸脱附实验有以下结果：在13x分子筛饱和吸附条件下添加电场会使二氧化碳发生脱附，在添加50kv/m的电场条件下，10、20及30摄氏度的条件下所造成的脱附效果相当于提高约10-15摄氏度环境温度的效果，根据不同情况的冷热源条件，可以改变电极两端电压设置，以达到经济性及可靠性的最优化，可见，通过本发明热电联用的二氧化碳吸脱附装置进行低温吸附与高温及电场下脱附，同时提高了吸脱附装置的吸附效率与脱附效率，提高了吸脱附装置运行的稳定性，降低了在脱附过程中对设备及热源的要求，延长了吸附介质的使用寿命，节省了生产成本。

上述实施方式中列举了单个热电联用的二氧化碳吸脱附装置，在工业生产中或者根据需要可以将多个热电联用的二氧化碳吸脱附装置连通在一起使用，如图2所示的，采用三个热电联用的二氧化碳吸脱附装置连通在一起对废气进行连续的吸、脱附操作，通过切换三个热电联用的二氧化碳吸脱附装置处于不同的工作状态，例如将最左的热电联用的二氧化碳吸脱附装置设置为脱附操作，剩余装置设置为吸附附操作，装置的阀门开闭同上述相应的吸脱附具体实施方式，热介质通过热介质进入总管7进入脱附工作状态的热电联用的二氧化碳吸脱附装置，从热介质出口总管2导出，再生气通过再生气进入总管8进入脱附工作状态的热电联用的二氧化碳吸脱附装置，从再生气出口总管5导出，冷介质通过冷介质进入总管6进入吸附工作状态的热电联用的二氧化碳吸脱附装置，从冷介质出口总管3导出，废气通过废气进入总管9进入吸附工作状态的热电联用的二氧化碳吸脱附装置，净化后通过净化气出口总管4导出，经过一定的时间切换成另一个装置脱附操作，剩余的装置吸附操作，通过这样的切换操作，可以做到无间断的对废气进行连续的吸、脱附操作。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。