一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔及其操作方法与流程

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，特别涉及一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔及其操作方法。

背景技术：

随着近些年来全球工业化程度不断提高，二氧化碳的排放量也不断提升，2019年全球二氧化碳排放量已经达到了368亿吨，降低碳排放已经成为了全人类共同需要面对的问题。现有的二氧化碳捕集技术主要用于高浓度二氧化碳的捕集和处理；但实际上，更需要处理的是大气中低浓度的二氧化碳。

当今二氧化碳捕集方法主要有三种：1、吸收法；2、吸附法；3、膜分离法；其中，吸收法是利用二氧化碳酸性气体的性质与弱碱性物质发生化学反应，再分解成为二氧化碳气体，但是这种方法很难应用于低浓度的co2吸收，需要更强的驱动力驱动捕集液对于co2的吸收；吸附法是利用一些固态吸附剂对co2进行吸附，但这种方法的吸附量较少，而且选择性差，主要通过温差或压差来进行co2的吸收；膜分离法是利用聚合高分子材料，如聚酰亚胺，醋酸纤维等物质制成薄膜，利用薄膜对不同气体的不同渗透率来分离，通过薄膜两侧的压差来驱动气体的分离，但这种方法的分离效果很差，而且对于大气中低浓度的co2(350-450ppm(ml/m³))很难进行高效的吸收。

综上，目前现有装置及方法都无法做到对大气中低浓度的二氧化碳进行高效的吸收，亟需一种新的太阳能驱动的二氧化碳捕集塔及其操作方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔及其操作方法，以解决上述存在的大气中低浓度的二氧化碳难以高效吸收的技术问题。本发明通过加强二氧化碳捕集液和大气之间的传质速率，加强二氧化碳的捕集效率，能够对大气中低浓度的二氧化碳进行高效吸收。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔，包括：双曲线型捕集塔；

所述双曲线型捕集塔的外壁设置有太阳能吸收涂层，用于吸收太阳能加热塔内的气体；

所述双曲线型捕集塔的顶部设置有抽气装置，底部设置有富液出口；

所述抽气装置和所述富液出口之间，从上到下依次设置有贫液池和捕集填料；

所述贫液池设置有若干个出口，出口处设置有加压喷头；所述贫液池的入口设置有贫液输送管道，用于与外部连通。

本发明的进一步改进在于，所述贫液输送管道设置有节流阀。

本发明的进一步改进在于，还包括：富液池，所述富液池设置于所述富液出口的下方。

本发明的进一步改进在于，所述捕集填料为多层捕集填料；各层捕集填料之间采用桁架结构支撑。

本发明的进一步改进在于，所述抽气装置为抽风机或泵。

本发明的进一步改进在于，所述加压喷头均匀排布。

本发明的进一步改进在于，捕集填料中添加有二氧化碳捕集催化剂。

本发明的一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔的操作方法，包括：

通过贫液输送管道将贫液输入贫液池，通过加压喷头喷洒；

气动抽气装置，使大气从双曲线型捕集塔的塔底部向塔顶运动；

通过双曲线型捕集塔外壁的太阳能吸收涂层吸收太阳能，使得双曲线型捕集塔的温度升高，进而使得双曲线型捕集塔内大气温度升高，与塔外大气产生温度差，使塔内大气流速增加；

大气与贫液、捕集填料进行传质，实现二氧化碳捕集；

捕集完成的富液通过富液出口输出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的装置结构新颖，通过双曲线型塔提升大气的流速，同时根据烟囱效应原理，在捕集塔外壁涂抹太阳能吸收涂层，使捕集塔温度升高将热量传导给塔内的空气，使得空气的温度升高，与塔外空气产生温差，同样使得塔内的空气流速提升，进而提高了co2与捕集液的传质效率；通过加压喷头组将捕集贫液变成液滴，提升捕集液的比表面积；多层的填料为此过程提供捕集环境，并催化捕集过程。

本发明中，贫液输送管道中安装的节流阀控制捕集液的流量，以实现高效率的捕集，尽量提升富液中二氧化碳气体的含量，提升工艺效率。

本发明中，捕集塔底部的富液池收集富液，通过管道输出到下一阶段。

本发明中，通过在捕集塔中加装固体催化填料，能够加强二氧化碳的捕集效率；填料之间以桁架结构支撑，提高了大气的进气量；多重捕集的方式同时也提升了捕集的效率。

本发明中，在捕集塔顶端加装抽风机提升空气的流速，提升传质效率，同时源源不断地在将底部co2含量偏高的大气吸入，在顶端将co2含量较低的大气排出。

本发明中，捕集填料中添加捕集催化剂来提升捕集效率。

本发明的操作方法，能够通过本发明的装置，实现对大气中低浓度的二氧化碳进行高效吸收。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔的结构示意图；

图1中，1、抽风机；2、双曲线型捕集塔；3、贫液输送管道；4、节流阀；5、加压喷头；6、捕集填料；7、富液出口；8、富液池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔，包括：富液池8、富液出口7、捕集填料6、加压喷头5、节流阀4、贫液输送管道3、双曲线型捕集塔2以及抽风装置。

抽气装置为抽风机1或泵。

所述双曲线型捕集塔2外壁涂有太阳能吸收涂料；塔内自上而下是，安装在捕集塔顶端的抽风机；贫液池；双曲线喉部下面的加压喷头组；捕集填料6(可以是四层二氧化碳捕集基)；富液池。其中，外壁的太阳能吸收涂层吸收太阳能，用于加热双曲线型捕集塔2，使得塔内的空气温度上升，密度下降造成塔内空气向上流动加强了空气的流速；双曲线型捕集塔2顶部的抽风机1采用管道抽风机，安装在双曲线塔的顶端，co2捕集液的贫液通过管道输送至贫液池，管道中安装节流阀4以控制捕集液的流量，贫液池下方安装均匀排布的喷头，均匀喷洒贫液。喷头为加压喷头5。

喷头下方安装四组垂直间隔相等的催化填料，催化填料中间捕集塔采用桁架结构支撑，以便能有更多的大气进入捕集塔中，底层是富液池以收集吸收了co2的捕集液。

根据气膜控制的传质速率的定义，有以下两种提高传质速率的方式：提高气体流速；加强气相湍流程度(提高雷诺数)。本发明利用抽风机和双曲线型塔加速大气在塔内的速度，提升了二氧化碳的捕集效率。本发明在贫液输送管道中加装了节流阀，控制贫液的流量。本发明通过加压喷头将贫液变为液滴，增大了贫液的比表面积，从而提升捕集液和大气的接触，进而提升效率。本发明将填料从上至下进行间隔排布四层，每层之间采用桁架支撑，提升了进气量。本发明，在双曲线型捕集塔的外壁涂抹了太阳能吸收涂料，使得塔内空气温度升高，与塔外大气产生温差，提升塔内空气流速。

本发明实施例中，一种太阳能驱动的二氧化碳捕集塔的操作方法，用于高效吸收大气中低浓度的二氧化碳，包括：贫液由贫液输送管道3进入，通过加压喷头5喷洒下来，抽风机1启动使大气从双曲线型捕集塔2的塔底部向上运动，同时双曲线型捕集塔2外壁的太阳能吸收涂层吸收太阳能，使得双曲线型捕集塔2温度升高，进而使得双曲线型捕集塔2内大气温度升高，与塔外大气产生温度差，使塔内空气流速进一步增大。大气与捕集液、四层捕集填料进行传质即二氧化碳捕集过程；捕集完成的富液通过富液出口7落至底部的富液池8中，再通过富液管道导出装置。

本发明中，基于自然通风冷却塔换热的原理，通过抽风机1和双曲线型捕集塔2加强大气在塔内的流动速度，利用烟囱原理借助太阳能提升塔内大气温度形成温差，进一步提升塔内大气流速；同时用加压喷头5降低捕集液半径以提升比表面积，使捕集液和co2拥有更高的传质效率。本发明中通过各项措施来提升气相传质系数，进而提升co2捕集效率。

优选的，可通过在捕集填料6中添加捕集催化剂来提升捕集效率。

优选的，可通过节流阀4控制流量，主要作用是，在实际的捕集系统中，捕集下游一般是解吸装置，解吸的速率一般小于捕集速率，通过节流阀就可以控制捕集的速率，与下游工艺相匹配。

优选的，捕集填料6之间以桁架结构支撑，提高了大气的进气量。多重捕集的方式同时也提升了捕集的效率。

综上所述，本发明涉及二氧化碳捕集的技术领域，具体涉及一种利用自然通风塔式的装置来提升二氧化碳的捕集效率；本发明提供的二氧化碳捕集塔，包括富液池、富液出口、四层捕集填料、加压喷头、节流阀、贫液输送管道、外壁涂有太阳能吸收涂料的双曲线型捕集塔以及抽风机。抽风机向上抽取空气，使空气自下而上流动。双曲线型使得空气在塔喉部以下加速流动，同时，捕集塔外壁涂有太阳能吸收材料，使捕集塔温度升高进而加热塔内的空气，与塔外的大气产生温差进而加速了空气自下而上的流动。加压喷头向下喷洒捕集贫液，与向上流动的大气发生在捕集填料中进行对流传质，捕集co2。捕集之后的富液落到富液池中排出，捕集完成。本发明基于自然通风冷却塔加强换热的原理，同时利用烟囱效应，加强二氧化碳捕集液和大气之间的传质速率，同时通过在捕集塔中加装固体催化填料，加强二氧化碳的捕集效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。