一种直接空气捕获耦合水合物法分离CO2的装置

一种直接空气捕获耦合水合物法分离co2的装置
技术领域
1.本发明属于co2捕集技术领域，尤其是一种直接空气捕获耦合水合物法分离co2的装置。


背景技术：

2.直接空气捕获(dac)技术是直接从空气中捕获co2的技术，该技术可以降低空气中的co2浓度，解决碳排放导致全球变暖的问题。
3.目前，直接空气捕获手段包括物理吸附法、吸收法、湿再生吸附法、温度再生吸附法等，湿再生吸附法、温度再生吸附法具有成本较高的缺点，物理吸附法的成本相对较低，但得到的co2浓度较低，难以实现工业利用要求(co2浓度≥85％)。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种直接空气捕获耦合水合物法分离co2的装置，可提高co2浓度。
5.为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种空气直接捕集co2耦合水合物法的装置，包括吸收再生系统，所述吸收再生系统连接有水合提纯系统，所述水合提纯系统包括依次连接的第一储气罐、增压泵、缓冲罐以及水合塔，所述水合塔的顶部设置有进液口、第一排空管和co2排出管，所述co2排出管连接有第二储气罐，且所述第一排空管和所述co2排出管上均设置有阀门；所述水合塔的外壁设置有温控机构。
6.进一步地，所述吸收再生系统包括空气压缩机和吸收再生塔，所述吸收再生塔内设置有吸附材料，所述空气压缩机与所述吸收再生塔相连，所述吸收再生塔的顶部设置有第二排空管和富气输送管，所述第二排空管和所述富气输送管上均设置有阀门，且所述富气输送管与所述第一储气罐相连。
7.进一步地，所述富气输送管连接有co2检测器。
8.进一步地，所述水合塔的底部设置有液体回收管，所述液体回收管连接有储液池，所述储液池内设置有进液泵，所述进液泵通过循环管与所述进液口相连。
9.进一步地，所述水合塔连接有气相色谱检测器。
10.进一步地，所述温控机构为连接在所述水合塔外壁的夹套式高低温循环冷凝器。
11.进一步地，所述co2排出管通过气体循环管与所述增压泵相连。
12.本发明的有益效果是：利用吸收再生系统捕获空气中co2后，将co2气体压缩至特定的压力，然后通入水合塔，在一定的温度和压力下，co2气体与液体进行水合反应，生成co2水合物，杂质气体如氮气、氧气等不参与水合反应，因此在反应完成后，通过第一排空管将杂质气体排空，然后对co2水合物进行加热，使co2水合物分解，重新形成co2气体，再将co2气体通过co2排出管输送至第二储气罐进行存储。本发明可得到高浓度的co2，达到工业利用要求。
附图说明
13.图1是本发明的示意图；
14.附图标记：1—第一储气罐；2—增压泵；3—缓冲罐；4—水合塔；5—第一排空管；6— co2排出管；7—第二储气罐；8—空气压缩机；9—吸收再生塔；10—第二排空管；11—富气输送管；12—co2检测器；13—液体回收管；14—储液池；15—进液泵；16—液体循环管；17 —气相色谱检测器；18—气体循环管。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
16.本发明的一种直接空气捕获耦合水合物法分离co2的装置，包括吸收再生系统，吸收再生系统连接有水合提纯系统。
17.吸收再生系统即采用物理吸附法对空气中的co2进行吸附的设备，其具体构造包括鼓风机 8和吸收再生塔9，吸收再生塔9内设置有吸附材料，鼓风机8与吸收再生塔9相连，吸收再生塔9的顶部设置有第二排空管10和富气输送管11，第二排空管10和富气输送管11上均设置有阀门。
18.空气压缩机8用于将空气鼓入吸收再生塔9，吸收再生塔9用于吸收空气中的co2，并且当吸收的co2达到一定的量时，将吸收的co2释放出来，co2的吸收采用吸附材料，吸附材料具体可以是mof等金属有机框架材料、分子筛和活性炭等多孔结构纳米材料。
19.吸收再生系统的工作过程为：第二排空管10上的阀门开启，富气输送管11上的阀门关闭，在常温(25℃左右)下，鼓风机8将空气通入吸收再生塔9，空气中的co2被吸附材料吸收，未被吸收的气体则通过第二排空管10排空。持续吸收一段时间，当吸附材料中的co2快饱和时，关闭空气压缩机8，打开富气输送管11上的阀门，关闭第二排空管10上的阀门，然后将吸附材料加热至75至125℃，吸附材料中的co2脱附，co2气体通过富气输送管11排出。重复上述过程，即可不断地捕获空气中的co2。
20.水合提纯系统用于对co2进行提纯，利用co2的水合反应，将co2与杂质气体分离，从而提高co2的浓度。具体地，水合提纯系统包括依次连接的第一储气罐1、增压泵2、缓冲罐3 以及水合塔4，水合塔4的顶部设置有进液口、第一排空管5和co2排出管6，co2排出管6连接有第二储气罐7，且第一排空管5和co2排出管6上均设置有阀门；水合塔4的外壁设置有温控机构。
21.第一储气罐1用于存储吸收再生系统捕获的co2，吸收再生系统的富气输送管11与第一储气罐1相连，可将吸收再生塔9中的co2通入第一储气罐1。增压泵2用于对co2气体进行增压，使co2气体得压力达到水合反应所要求的压力范围。缓冲罐3用于存储增压后的co2气体。水合塔4内还设置有搅拌机构，用于对物料进行搅拌，促使co2与液体充分混合，搅拌机构可采用磁耦机械搅拌桨。水合塔4内设置有参与水合反应的液体，液体中含有促进剂，促进剂可以促进二氧化碳的水合反应，传统促进剂是采用促进剂sds和促进剂thf的混合溶液，搅拌时发泡严重，不利于工业回收和重复利用，因此，本实用采用改良后的溶液，即采用氧化石墨烯、酸化碳纳米管等碳材与促进剂thf混合制得复配溶液，既能促进气液传质，又不会发泡，有利于工业回收利用，实现循环利用，从而降低成本。
22.水合提纯系统的工作过程为：
23.1、吸收再生系统捕获的co2存储在第一储气罐1中，第一储气罐1中的co2经过增压泵2 加压后存储在缓冲罐3中；
24.2、第一排空管5和co2排出管6上的阀门均关闭，将含有促进剂的液体通过进液口通入水合塔4，在高于相平衡温度的温度条件下，首先对溶液进行预平衡；
25.3、待液体平衡一段时间后，将缓冲罐3中的具有一定压力的气体通入水合塔4，在高于相平衡温压条件下，利用搅拌机构进行溶解搅拌。待压力维持稳定后，停止搅拌。开始对水合塔4进行降温，待温度降到水合反应温度后，再次开启搅拌，水合塔4内的压力持续下降，此时水合塔内生成固态co2水合物，而杂质气体则保持为气态。上述过程中，升温和降温通过设置在水合塔4外壁的温控机构实现，温控机构为夹套式高低温循环冷凝器实现，夹套式高低温循环冷凝器的循环介质为乙二醇。为了准确地控制水合塔4内的温度和压力，水合塔4 的顶盖配有0.25mpa双量程压力表和22.5mpa安全防爆阀，同时采用热电偶套管和k型热电偶测量水合塔4的温度。为了降低能耗，水合塔4外壁覆盖保温材料，同时气体管路外也覆盖保温材料。
26.4、水合反应完成后，开启第一排空管5上的阀门，杂质气体通过第一排空管5排空。
27.5、待水合塔4中的气体排出后，关闭第一排空管5上的阀门，再打开co2排出管6上的阀门，利用加热机构对co2水合物进行加热升温至298k(开尔文)，在该温度下co2水合物分解，重新变为气态，气态的co2即可通过co2排出管6进入第二储气罐7，并存储在第二储气罐7中。
28.重复上述步骤1至5，即可对捕获的co2进行连续不断地提纯。
29.富气输送管11连接有co2检测器12，co2检测器12能够检测吸收再生系统捕集的co2的浓度，从而判断吸收再生系统的捕集效果。
30.为了实现参与水合反应的液体的循环利用，水合塔4的底部设置有液体回收管13，液体回收管13连接有储液池14，储液池14内设置有进液泵15，进液泵15通过液体循环管16与进液口相连。储液池14中存储有液体，液体为含有促进剂的溶液。进液泵15可以将储液池 14中的液体输送至水合塔4内，水合塔4底部的液体也可以通过回收管13流动至储液池14 内，实现液体的循环流动。
31.co2排出管6连接有气相色谱检测器17，可通过气相色谱检测器17检测提纯后的co2浓度，以判断提纯效果。
32.co2排出管6通过气体循环管18与增压泵2相连。当需要制备更加浓度的co2时，可以将提纯后的co2通过气体循环管18输送至增压泵2，经过增压泵2增压后再次进入缓冲罐3，然后进行二次提纯。经过多次提纯，co2的浓度可达到98％。
33.本发明各个部件之间的连接管道上均设置阀门，以控制管道的通断，阀门采用一般的球阀即可。
34.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。