一种利用废气温差发电的二氧化碳捕集系统

1.本实用新型属于二氧化碳回收技术领域，具体涉及一种利用废气温差发电的二氧化碳捕集系统。


背景技术：

2.全球变暖是温室效应加剧的最直接表现之一，其促成了海平面升高、冰川消退、江河早融等危害。化石燃料燃烧时生成的燃烧废气中所含的二氧化碳被认为是加剧温室效应的最主要原因。应对气候变化，减少碳排放已成为国际上的热点议题。
3.广泛应用的传统化学吸附剂(如：单乙醇胺)回收二氧化碳技术的捕集系统通常布置有吸收塔、再生塔、洗涤室、冷凝水管路、洗涤水管路等，存在管路复杂和容器体积大，回收过程二氧化碳损耗难以消除的缺陷。
4.电化学法捕集二氧化碳的原理是利用醌类物质在合适的溶剂相(有机溶剂或离子液体)中作为载体，当醌类物质在施加还原电位时，co2极易与之结合形成稳定的[q
‑
co2]
2－
加合物；已经形成的加合物[q
‑
co2]
2－
被施加氧化电位时，之前结合的co2可以轻易地释放。
[0005]
然而，电化学回收二氧化碳技术通常需要对该过程中的气体温度进行控制，使其温度适合电化学过程，该温度比工业生产直接排气的温度往往要低出不少；此外，提高电化学过程中二氧化碳结合、释放速率也是推动电化学捕集二氧化碳技术发展的关键之一。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型针对上述问题及需求，提出一种利用废气温差发电的二氧化碳捕集系统，针对工业生产废气，利用温差发电给捕集装置供能兼顾废气降温，同时实现在紧凑的空间中无损耗地将二氧化碳自动化捕集为可直接利用的气体产品。此外，该捕集系统有效增大了电化学过程中二氧化碳从电解池中释放的速率。
[0007]
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种利用废气温差发电的二氧化碳捕集系统，包含相连的温差发电装置和二氧化碳捕集装置，所述二氧化碳捕集装置包括若干个并联的二氧化碳捕集单元，所述二氧化碳捕集单元包括依次相连的电解池、活塞容器和气瓶；
[0008]
高温废气经所述温差发电装置后降温，进入所述电解池，所述电解池的工作电极施加还原电位吸收废气中的二氧化碳，再施加氧化电位释放二氧化碳至所述活塞容器；二氧化碳由所述活塞容器注入所述气瓶中；
[0009]
所述温差发电装置为所述电解池供电。
[0010]
优选地，所述电解池包括为捕集过程的电化学反应提供及收集电子的辅助电极和电解液。
[0011]
优选地，所述活塞容器包括受电机驱动的电控活塞机构，和用于监测活塞容器内压力的压力传感器。
[0012]
优选地，所述电解池、活塞容器和气瓶之间设有电磁三通阀。
[0013]
优选地，所述电解池包括用于进出废气的气体流道进管和气体流道出管。
[0014]
优选地，所述气体流道进管设有进管电磁阀，所述气体流道出管设有出管电磁阀。
[0015]
优选地，所述气瓶包括气瓶口电磁阀。
[0016]
本实用新型的技术效果：
[0017]
本实用新型利用工业废气的余热进行温差发电，为捕集装置及控制系统提供了电能，兼顾了捕集中电化学进程的对废气气流的降温需求。同时紧凑的系统可做到电化学过程释放的二氧化碳无损耗捕集。此外，该捕集系统通过自动化控制始终维持收集环境的负压，有效增大了电化学过程中二氧化碳从电解池中释放的速率，提升了整体捕集速率。
附图说明
[0018]
图1为本实用新型提供的二氧化碳捕集系统示意图。
[0019]
图2为本实用新型提供的温差发电装置示意图。
[0020]
图3为本实用新型提供的二氧化碳捕集单元结构示意图。
[0021]
图4为本实用新型提供的二氧化碳捕集系统工作流程图。
[0022]
图5为本实用新型提供的二氧化碳捕集单元各工作阶段示意图。
[0023]
图中，10
‑
温差发电装置，11a
‑
废气流道进管，11b
‑
废气流道出管，12
‑
废气流动室，13
‑
温差发电片，14
‑
散热棘片，15
‑
冷却水箱，16a
‑
正极导线，16b
‑
负极导线，17
‑
蓄能供电装置，20
‑
二氧化碳捕集装置，21a
‑
气体流道进管，21b
‑
气体流道出管，22a
‑
气体流道进管电磁阀，22b
‑
气体流道出管电磁阀，23a
‑
工作电极，23b
‑
电解质，23c
‑
辅助电极，24
‑
活塞容器，25
‑
电控活塞机构，26
‑
活塞容器压力传感器，27
‑
电磁三通阀，28
‑
气瓶口电磁阀，29
‑
气瓶。
具体实施方式
[0024]
下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025]
电化学法捕集二氧化碳的原理是利用醌类物质在合适的溶剂相(有机溶剂或离子液体)中作为载体，当醌类物质在施加还原电位时，co2极易与之结合形成稳定的[q
‑
co2]
2－
加合物；已经形成的加合物[q
‑
co2]
2－
被施加氧化电位时，之前结合的co2可以轻易地释放。
[0026]
该可逆反应的正向过程是：co2首先溶解于电解质中，被施加还原电位的醌类物质得到电子形成醌阴离子(q
·
－
)以及醌双阴离子(q
2－
)紧接着醌双阴离子(q
2－
)同溶于电解质中的co2结合形成加合物[q
‑
co2]
2－
。
[0027]
如下化学反应式所示：
[0028][0029]
如图1和图2所示，本实用新型提供的二氧化碳捕集系统包含相连的温差发电装置10和二氧化碳捕集装置20。高温废气经由废气流道进管11a，经过废气流动室12，在温差发电片13、散热棘片14和冷却水箱15的作用下实现降温，温度降至二氧化碳捕集装置20的要求后，经由废气流道出管11b流出，以供二氧化碳捕集装置20使用。同时，由温差发电片13利用其两侧的温差进行发电，并将电能由连接温差发电片和蓄能装置正极导线16a和负极导线16b传输至蓄能供电装置17中储存起来，以供二氧化碳捕集装置20使用。废气流动室12的
流道呈s型，温差发电片13两侧与废气流动室12、散热棘片14紧密相连，散热棘片14插入冷却水箱15内部，易于达到降温和发电目的。
[0030]
如图1和图3所示，二氧化碳捕集装置20包括若干个并联的二氧化碳捕集单元，所述二氧化碳捕集单元包括依次相连的电解池、活塞容器24和气瓶29。降温后的废气由气体流道进管21a进入所述电解池，电解池包括工作电极23a、电解质23b和辅助电极23c，辅助电极23c为捕集过程的化学反应提供电子及收集电子，电解液包括醌类物质。由电解池的工作电极23a施加还原电位吸收废气中的二氧化碳，再施加氧化电位释放二氧化碳至活塞容器24；二氧化碳由活塞容器24注入气瓶29中。
[0031]
活塞容器24包括电控活塞机构25和活塞容器压力传感器26，在电解池释放二氧化碳和向气瓶29注入二氧化碳时，活塞容器24能够起到收集每次电解池释放的二氧化碳并提升电解池反应速率的作用。在电解池释放二氧化碳时，压力传感器26实时监测活塞容器24的内部气压，并控制电控活塞机构26的上升速率，使得活塞容器24的内部气压始终低于电解池环境压力一定水平，以此加快二氧化碳释放的传质速率，从而提升电解池反应的整体速率。气瓶口电磁阀28和气瓶29在电解池吸收废气中的二氧化碳或者电解池停止工作时启用，起到将活塞容器24中捕集的二氧化碳最终收集形成工业产品的作用。多个二氧化碳捕集单元并联而成的二氧化碳捕集装置20可对每单元进行时差控制，使得每个单元以两组交叉顺序启用，以致每个捕集单元不被闲置，同时充分利用废气捕集二氧化碳。
[0032]
如图4和图5所示，本实用新型提供的二氧化碳捕集系统的工作流程包括：
[0033]
阶段0(废气冷却及温差发电阶段)：高温废气经由废气流道进管11a和废气流动室12，在温差发电片13、散热棘片14和冷却水箱15共同作用下，实现降温，通过废气流道出管11b进入二氧化碳捕集装置20。同时由温差发电片13利用其两侧的温差进行发电，并将电能由连接温差发电片和蓄能装置正极导线16a和负极导线16b传输至蓄能供电装置17中储存起来，以供二氧化碳捕集装置20中各二氧化碳捕集单元使用。
[0034]
阶段1(二氧化碳结合阶段)：气体流道进管电磁阀22a打开，废气经过气体流道进管21a进入电解池中。电解池工作电极23a施加还原电位，废气中的二氧化碳被吸收。气体流道出管电磁阀22b打开，其他废气经过气体流道出管21b排出。
[0035]
阶段2(二氧化碳释放阶段)：气体流道进管电磁阀22a和气体流道出管电磁阀22b关闭，电磁三通阀27仅连通活塞容器24及电解池。电解池工作电极23a施加氧化电位，电控活塞机构25竖直向上运动，释放的二氧化碳进入活塞容器24。压力传感器26实时监测活塞容器24的内部气压，并控制电控活塞机构25的上升速率，使得活塞容器24内部气压始终低于电解池环境压力一定水平，以此加快二氧化碳释放的传质速率，从而提升电解池反应的整体速率。
[0036]
阶段3(二氧化碳收集阶段)：电磁三通阀27仅连通活塞容器24及气瓶29，气瓶口电磁阀28开启，电控活塞机构25竖直向下运动，将收集的二氧化碳注入气瓶29中。阶段1可以与此同时进行。
[0037]
废气冷却及温差发电供能和每个二氧化碳捕集单元以上述1、2、3阶段的交叉顺序循环工作构成了废气温差发电的自动化二氧化碳捕集系统的运行。
[0038]
综上所述，本实用新型提供的一种利用废气温差发电的二氧化碳捕集系统，相对于传统化学吸附剂(如：单乙醇胺)回收二氧化碳的捕集系统，本系统装置紧凑，管路简短，
对释放的二氧化碳的捕集过程损失有极大限制，基本上做到了无损捕集，且该捕集系统在紧凑的装置条件下可完成洁净二氧化碳的压缩装瓶，形成可直接利用的工业产品，例如将装瓶的二氧化碳运输至农用温室大棚进行使用等。
[0039]
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。