一种基于荷电多相反应过程的二氧化碳捕集系统及方法

本发明属于碳捕集，尤其涉及一种基于荷电多相反应过程的二氧化碳捕集系统及方法。

背景技术：

1、

2、现有的捕碳方案主要分为三种，即燃烧前捕碳、富氧燃烧捕碳和燃烧后捕碳，其中燃烧后co2捕集方案是目前解决碳排放问题最有发展潜力的方法，只需在现有工业设备基础上添加必要的捕集装置而无需大规模改造，但燃烧后烟气体积流量大、分压小，导致脱碳过程的能耗比较大、设备投资和运行成本偏高。

3、为解决这一问题，在众多碳捕集技术中，利用化学吸收剂与烟气中co2发生化学反应实现捕集，被认为是目前最有应用前景的方案。氨法在碳捕集方面具有吸收能力强、再生能耗低、腐蚀性低和副产品可利用等优点。因此高效氨法捕集co2是目前主要的化学吸收碳捕集技术发展趋势。

4、喷雾塔因其本身中空的结构可解决利用化学吸收剂捕集co2过程中出现的结晶堵塞与反应过热等问题，但雾滴与气体作用时间短，极大限制了吸收效果。此外传统喷雾方法所形成的雾滴在尺寸与空间分布方面的不均匀性使得氨水产生的喷雾对co2的捕集率一直无法进一步提升，而高浓度氨水存在严重的逃逸问题，影响碳捕集效率并可能产生环境污染。因此，寻求合适的氨喷雾方式和设计新型吸收塔是开发高效捕碳技术亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的一个方式的目的之一是提供一种基于荷电多相反应过程的二氧化碳捕集系统及方法，在吸收塔内设置高压静电布雾器，使得喷出的氨水液滴具有电荷，形成荷电多相反应过程，通过电场和流场的耦合作用诱发流体流动，强化相间混合并促进传质传热，提高氨水液滴均匀性，降低氨水逃逸率，增加氨水液滴与二氧化碳反应效率，并降低碳捕集成本。

2、注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。

3、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

4、一种基于荷电多相反应过程的二氧化碳捕集系统，包括鼓风机、换热器、吸收塔组、回收塔、高压静电发生器和输送泵；

5、所述换热器一端与高浓度co2连接，另一端与吸收塔组连接；

6、所述鼓风机与换热器和吸收塔组之间的管路连接；

7、所述吸收塔组包括结构相同的一级吸收塔、二级吸收塔和洗涤塔；一级吸收塔、二级吸收塔和洗涤塔依次相连；所述一级吸收塔与高浓度氨水箱连接，所述二级吸收塔与低浓度氨水箱连接，所述洗涤塔与去离子水箱连接；

8、所述吸收塔组内部设有高压静电布雾器，氨水或等离子水以液滴雾体的形式从高压静电布雾器喷出；所述高压静电发生器与吸收塔组的高压静电布雾器连接；

9、所述高浓度氨水箱和低浓度氨水箱均通过输送泵与洗涤塔连接；

10、所述一级吸收塔和二级吸收塔通过输送泵与换热器连接；所述回收塔与高浓度co2和换热器连接。

11、上述方案中，所述一级吸收塔包括高压静电布雾器、进气口、壳体、反应液收集器、法兰和顶盖；

12、所述壳体为绝缘材质，上段为圆柱体结构，下段为自上而下的渐缩型结构；

13、所述进气口设于壳体上段侧面；

14、所述壳体顶部设有顶盖，所述顶盖通过法兰与壳体密封连接；

15、所述高压静电布雾器设于顶盖；

16、所述反应液收集器设于壳体底部。

17、进一步的，所述高压静电布雾器包括静电布雾器内轴、静电布雾器外轴；

18、所述静电布雾器内轴设于静电布雾器外轴内部且与静电布雾器外轴同轴，所述静电布雾器内轴和静电布雾器外轴之间设有间隙形成环形气体通道；所述静电布雾器内轴中空。

19、进一步的，所述高压静电布雾器还包括静电喷头、环状电极和环状电极固定杆；

20、所述静电喷头设于静电布雾器外轴圆周面，静电喷头旁边设有绝缘的环状电极固定杆，环状电极固定杆上设有环状电极，环状电极接地。

21、进一步的，所述进气口与壳体相切。

22、进一步的，所述鼓风机和换热器通过管路与一级吸收塔的进气口连接；所述一级吸收塔的静电布雾器内轴与二级吸收塔的进气口连接；所述二级吸收塔的静电布雾器内轴与洗涤塔的进气口连接。

23、进一步的，所述洗涤塔的反应液收集器与第一输送泵输入口连接；第一输送泵输出口与高浓度氨水箱和低浓度氨水箱连接；所述高浓度氨水箱与一级吸收塔的高压静电布雾器环形气体通道连接；所述低浓度氨水箱与二级吸收塔的高压静电布雾器环形气体通道连接。

24、进一步的，所述去离子水箱与洗涤塔的高压静电布雾器环形气体通道连接。

25、进一步的，所述换热器设有第一进气口、第一出气口、第一进液口和第一出液口，所述第一进气口和第一出气口相连；所述第一进液口和第一出液口相连；

26、所述换热器的第一进气口与高浓度co2连接，换热器的第一出气口通过管路与吸收塔组连接。

27、进一步的，所述二级吸收塔的反应液收集器与一级吸收塔的反应液收集器连接，所述一级吸收塔的反应液收集器与第二输送泵连接，所述第二输送泵与换热器的第一进液口连接，所述换热器的第一出液口与回收塔连接。

28、一种应用基于荷电多相反应过程的二氧化碳捕集系统的方法，包括以下步骤：

29、接通各个塔的静电布雾器与水箱，待液体进入吸收塔组中后，打开高压静电发生器，通过调节施加电压和控制各个水箱的流量获得荷电雾滴群，连通高浓度高温co2烟气，经换热器降温后与鼓风机通入的温室空气混合降低co2浓度，混合后的二氧化碳气体进入吸收塔组，依次与一级吸收塔和二级吸收塔的荷电雾滴群反应，形成反应液，反应液在输送泵的作用下经换热器进入回收塔与最初的高浓度高温co2烟气反应；二级吸收塔未反应完全和逃逸的氨气进入洗涤塔中，被去离子水的荷电雾滴群反应吸收，烟气排入室外环境，反应液在输送泵的作用进入高浓度氨水箱和低浓度氨水箱循环利用。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、根据本发明的一个方式，在吸收塔内设置高压静电布雾器，使得喷出的氨水液滴具有电荷，形成荷电多相反应过程，通过电场和流场的耦合作用诱发流体流动，强化相间混合并促进传质传热，提高氨水液滴均匀性，降低氨水逃逸率，增加氨水液滴与二氧化碳反应效率，并降低碳捕集成本。

32、根据本发明的一个方式，吸收塔壳体采用上段为圆柱体结构，下段为自上而下的渐缩型结构，进气口与壳体相切，可以使得烟气进入吸收塔中进行自上而下的旋转流动，保证氨水雾液滴与co2具有充足的反应时间，通过增加氨水雾液滴与co2的反应时间，来促进氨水液滴与二氧化碳反应，降低氨水逃逸率。且较大液滴在离心力作用下，被甩至壁面并自动流入收集器，有利于氨回收。

33、根据本发明的一个方式，采用多级吸收塔的方法。在保证安全前提下，尽量提高一级吸收塔内的氨浓度用以捕集大部分的co2，在二级塔采用低浓度氨用来吸收逃逸的氨气并捕集剩余的co2，最后在洗涤塔对处理过的气体进行水洗，处理可能存在的氨气，加以回收利用。此方案不仅保障了co2的捕集效率而且解决了氨逃逸及回收问题。

34、根据本发明的一个方式，多级吸收塔底部设置反应液收集器，最低浓度的吸收塔内反应完成的反应液可以根据浓度再由输送泵输出至高浓度吸收塔内，节省了氨水使用量，节约了co2捕集成本。

35、根据本发明的一个方式，使用初始的高温co2烟气对反应完成的反应液升温，可以同时完成高温co2降温和反应液升温，无需增加额外的热源对反应液进行升温，有效的节约了co2捕集成本。

36、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不一定必须具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述以外的效果。