营养液监测装置、固碳系统及固碳方法与流程

本申请涉及二氧化碳再利用，尤其涉及营养液监测装置、固碳系统及固碳方法。

背景技术：

1、控制全球地表平均温度一定程度上需要依赖二氧化碳移除或负排放技术。co2的捕集利用和封存是降低大气中co2浓度，进而抑制温室效应的重要手段。其中直接空气碳捕集技术(dac)能够从空气中直接移除二氧化碳，将其永久转化或封存，从而实现碳移除，是实现“碳中和、碳达峰”目标的托底技术保障。

2、近年来dac技术迅速发展，但因其运行高成本、高能耗、捕集材料效率低以及捕集后封存利用成本高、收益少而难以大面积商业化推广。dac技术面临的首要挑战是低浓度情况下碳捕集的能耗问题，空气仅40pa的co2分压使低温分离、膜分离等方法受限，由于溶液吸收、变温吸附、变湿吸附对低分压co2具有较好的适应性，但溶液吸收法又存在再生温度高、能耗大且依赖天然气富氧燃烧提供高再生热等劣势；变温吸附存在周期长、投资较大、能耗高，吸附剂使用寿命不长等缺点；变湿吸附具有吸附剂再生能耗低、无需热源、运行成本低等优势，这使得变湿吸附法具有良好的应用前景。目前dac技术面临的另一大技术挑战是吸附剂材料稳定性能差、复杂环境耐受性差和高性能吸附剂制备成本高的难题。同时限制dac技术商业化推广最主要的一个因素是捕集后的二氧化碳进一步利用的难题，当前捕获的几乎所有二氧化碳都储存于地下深处，或存于专门的地质储存点，这使得整个碳捕集工艺成本高，收益低。

3、目前相关技术中基础了利用直接空气碳捕集-微藻固碳一体化系统，其中是以碱性解吸液为循环介质，将吸附材料解吸后的二氧化碳溶解于解吸液中，动态循环至微藻反应器内，作为微藻生长的营养液促进固碳反应。由于碳捕集包括吸附、解吸两个过程，为间歇式运行模式，导致微藻生长营养液中碳源浓度发生波动，然而微藻快速生长需要最优的碳、氮、磷营养物质的比例，配比不合适会导致微藻生长速率慢甚至死亡。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的目的在于提出一种营养液监测装置、固碳系统及固碳方法，其中固碳系统中包括养殖有光能生物的微藻养殖池以及向所述微藻养殖池输送营养液的供养管路，营养液监测装置并联在所述供养管路上，包括控制器、离子监测组件和离子补给组件，通过连续监测和控制方法确保用于供应光能生物的营养液具有最优的比例关系，保证光能生物的生长，实现将捕集得到的co2与微藻联合生产高价值物质提高了整个系统收益，具有现实意义及良好的应用前景。

3、根据本申请的第一个方面提出了一种微藻固碳系统的营养液监测装置，所述微藻固碳系统包括养殖有光能生物的微藻养殖池以及向所述微藻养殖池输送营养液的供养管路；

4、所述营养液监测装置并联在所述供养管路上，包括控制器、离子监测组件和离子补给组件；所述离子监测组件和所述离子补给组件分别与所述控制器电连接，所述离子监测组件对所述营养液中的多个营养离子浓度进行监测，在任一所述营养离子浓度达到最低限度时，所述控制器控制所述离子补给组件向所述供养管路内补给该所述营养离子至所述微藻养殖池内。

5、在一些实施例中，所述离子监测组件包括多个离子监测元件和与所述离子监测元件一一对应连接的流通池；所述流通池位于所述离子监测元件和所述供养管路之间，从所述供养管路内抽取的所述营养液进入每一所述离子监测元件对应的所述流通池内进行浓度测量。

6、在一些实施例中，所述离子监测元件包括相互并联设置的碳酸氢根离子计、在线硝酸根分析仪以及在线磷酸根分析仪；其中所述碳酸氢根离子计、所述在线硝酸根分析仪和所述在线磷酸根分析仪分别将取样所述营养液中的碳酸氢根离子浓度数据、硝酸根离子浓度数据和磷酸根离子浓度数据传送至所述控制器。

7、在一些实施例中，所述碳酸氢根离子计采用电极传感器测量，检测范围为10mg～6000mg/l、所述在线硝酸根分析仪采用电极传感器测量，检测范围10mg～10000mg/l和所述在线磷酸根分析仪采用比色法测量，检测范围10mg～1000mg/l。

8、在一些实施例中，所述离子补给组件包括容置有硝酸钠的硝酸钠储罐和容置有磷酸钠的磷酸钠储罐；所述硝酸钠储罐和所述磷酸钠储罐的出口分别连接所述供养管路的输入端。

9、在一些实施例中，所述硝酸钠储罐和所述磷酸钠储罐的出口均设置计量泵。

10、根据本申请的第二个方面提出了一种变湿吸附直接空气碳捕集耦合微藻固碳系统，包括

11、直接空气碳捕集组件，其包括碳吸附组件和碳脱附组件；所述碳吸附组件中设置有固定流化床，碳吸附材料设置在所述固定流化床内对经过的空气中的co2进行捕集；所述碳脱附组件包括容置有脱附碱液的碱液池，其进出口两端分别连接在所述固定流化床的出液口和进液口，吸附饱和的所述碳吸附材料利用所述脱附碱液喷淋脱附再生；所述脱附碱液吸附co2生成碳酸氢盐回流至所述碱液池；

12、微藻固碳系统，其包括与所述碱液池连接的营养液罐，所述碳脱附组件输出的碳酸氢盐进入所述营养液罐，所述营养液罐通过供养管路连接微藻养殖池；所述微藻养殖池的出液口通过回流管连接所述营养液罐，以及

13、上述任一实施例中所述的营养液监测装置，其并联在所述供养管路上。

14、在一些实施例中，所述微藻养殖池中设置有至少一个光通旋转件，其延伸方向与所述微藻养殖池高度方向相同，所述光通旋转件可沿其中心轴转动且其内部设置光通件，用于将射入的光线分散至所述微藻养殖池的下部。

15、在一些实施例中，所述光通旋转件的外部设置搅拌桨，所述搅拌桨在所述光通旋转件旋转时随之转动。

16、根据本申请的第三个方面提出了一种变湿吸附直接空气碳捕集耦合微藻固碳方法，该方法采用上述任一实施例中所述的系统进行固碳，包括如下过程：

17、空气经过固定流化床上的碳吸附材料，其中的co2被吸附，吸附饱和的碳吸附材料利用碱液池中利用脱附碱液喷淋脱附再生，用于再次捕集空气中的co2；所述脱附碱液吸附co2生成碳酸氢盐进入营养液罐；

18、通过检测营养液罐输出营养液中的营养离子浓度，调控所述营养液罐中的营养离子浓度，保证微藻养殖池内光能生物的具有最优的营养离子比例关系。

19、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种微藻固碳系统的营养液监测装置，其特征在于，所述微藻固碳系统包括养殖有光能生物的微藻养殖池以及向所述微藻养殖池输送营养液的供养管路；

2.根据权利要求1所述的营养液监测装置，其特征在于，所述离子监测组件包括多个离子监测元件和与所述离子监测元件一一对应连接的流通池；所述流通池位于所述离子监测元件和所述供养管路之间，从所述供养管路内抽取的所述营养液进入每一所述离子监测元件对应的所述流通池内进行浓度测量。

3.根据权利要求2所述的营养液监测装置，其特征在于，所述离子监测元件包括相互并联设置的碳酸氢根离子计、在线硝酸根分析仪以及在线磷酸根分析仪；其中所述碳酸氢根离子计、所述在线硝酸根分析仪和所述在线磷酸根分析仪分别将取样的所述营养液中的碳酸氢根离子浓度数据、硝酸根离子浓度数据和磷酸根离子浓度数据传送至所述控制器。

4.根据权利要求3所述的营养液监测装置，其特征在于，所述碳酸氢根离子计采用电极传感器测量，检测范围为10mg～6000mg/l、所述在线硝酸根分析仪采用电极传感器测量，检测范围10mg～10000mg/l和所述在线磷酸根分析仪采用比色法测量，检测范围10mg～1000mg/l。

5.根据权利要求1-4任一所述的营养液监测装置，其特征在于，所述离子补给组件包括容置有硝酸钠的硝酸钠储罐和容置有磷酸钠的磷酸钠储罐；所述硝酸钠储罐和所述磷酸钠储罐的出口分别连接所述供养管路的输入端。

6.根据权利要求5所述的营养液监测装置，其特征在于，所述硝酸钠储罐和所述磷酸钠储罐的出口均设置计量泵。

7.一种变湿吸附直接空气碳捕集耦合微藻固碳系统，其特征在于，包括

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述微藻养殖池中设置有至少一个光通旋转件，其延伸方向与所述微藻养殖池高度方向相同，所述光通旋转件可沿其中心轴转动且其内部设置光通件，用于将射入的光线分散至所述微藻养殖池的下部。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光通旋转件的外部设置搅拌桨，所述搅拌桨在所述光通旋转件旋转时随之转动。

10.一种变湿吸附直接空气碳捕集耦合微藻固碳方法，其特征在于，该方法采用权利要求7-9任一所述的系统进行固碳，包括如下过程：

技术总结
本申请提出一种营养液监测装置、固碳系统及固碳方法，其中微藻固碳系统包括养殖有光能生物的微藻养殖池以及向微藻养殖池输送营养液的供养管路；营养液监测装置并联在供养管路上，包括控制器、离子监测组件和离子补给组件；离子监测组件和离子补给组件分别与控制器电连接，离子监测组件对营养液中的多个营养离子浓度进行监测，在任一营养离子浓度达到最低限度时，控制器控制离子补给组件向供养管路内补给该营养离子至微藻养殖池内。本申请营养液监测装置可通过连续监测和控制方法，确保用于供应光能生物的营养液具有最优的比例关系，保证光能生物的生长，实现将捕集得到的CO<subgt;2</subgt;与微藻联合生产高价值物质提高了整个系统收益。

技术研发人员：张贵泉,曾卫东,于在松,李阳,姚建涛,王宁飞,龙国军,王志超,蔡铭,向小凤
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1