二氧化碳捕集装置及其工作方法与流程

本发明涉及烟道气中二氧化碳脱除，尤其涉及二氧化碳捕集装置及其工作方法。

背景技术：

1、全球气候变暖是一种自然现象，是由于温室效应不断积累，导致地气系统所吸收的能量与发射的能量不平衡，能量不断的在地气系统中累积，导致温度上升，其中减少二氧化碳的排放量是减缓全球变暖速度的措施之一。

2、火电、工业等燃煤产生的烟道气中含有大量的二氧化碳气体，无法直接排放至大气中，可使用吸附法来收集烟道气中的二氧化碳气体，其中二氧化碳吸附于吸附剂的过程属于放热过程，二氧化碳脱附于吸附剂的过程属于吸热过程。

3、由于微孔吸附剂材料导热系数低、传热速率慢，因此在吸附过程中塔内的吸附剂填充床会出现大幅温升现象，造成二氧化碳的吸附速率逐渐减缓，导致二氧化碳的吸附量降低；在解吸过程中塔内的吸附剂填充床会出现大幅温降现象，造成二氧化碳的解吸速率逐渐减缓，导致二氧化碳的解吸量降低。

4、为了确保二氧化碳的捕集速率以及捕集量，现有的吸附塔会设立冷却系统和加热系统，来调节吸附塔内的温度。然而冷却系统和加热系统的设立，势必会提高二氧化碳捕集过程中能耗，造成二氧化碳的捕集成本增大。究其根本，主要是现有的二氧化碳捕集装置和方法在捕集时，塔内的温度都会发生变化，而温度变化会影响吸附剂的吸附能力。

技术实现思路

1、本发明的一个优势在于提供一种二氧化碳捕集装置及其工作方法，其中所述二氧化碳捕集装置能够确保二氧化碳的捕集速率和捕集量，且能够在不外加控温设备的情况下，维持塔内的温度几乎不变，从而便于所述塔内的吸附剂捕集二氧化碳。

2、本发明的另一个优势在于提供一种二氧化碳捕集装置及其工作方法，其中所述二氧化碳捕集装置能够降低二氧化碳捕集过程中的能耗。

3、为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供二氧化碳捕集装置，所述二氧化碳捕集装置包括至少一吸附塔，每个所述吸附塔包括：

4、一塔体，所述塔体具有一吸附剂填充层；

5、至少一相变控温构件，所述相变控温构件被安装于所述吸附剂填充层中，并且所述吸附剂填充层中填充吸附剂，烟道气中的二氧化碳气体被所述吸附剂填充层中的所述吸附剂吸收，每个所述相变控温构件包括一储存件和相变材料，所述相变材料被密封地存储于所述储存件，所述相变材料用以储存与释放吸附热，烟道气中的二氧化碳被所述吸附剂捕集而释放的吸附热被所述相变控温构件储存；在预设压力解吸以获得二氧化碳产品气时，所述相变控温构件将释放已储存的吸附热，以满足解吸过程的热量消耗；

6、所述相变控温构件沿着气体自下而上的流动方向于吸附剂填充层中的密度逐渐地减小。

7、根据本发明一实施例，单个所述吸附塔设置的所述吸附剂的体积是所述相变控温构件体积的3到6倍，所述相变控温构件能够储存的热能与所述吸附剂吸附气体释放的吸附热相适配。

8、根据本发明一实施例，所述相变材料的相变温度与所述吸附剂捕集二氧化碳的操作温度一致。

9、根据本发明一实施例，所述二氧化碳捕集装置设置多个所述吸附塔，多个所述吸附塔能够连续运行。

10、根据本发明一实施例，所述储存件被实施为导热材料制成。

11、根据本发明一实施例，所述相变材料可被实施为有机相变材料、无机相变材料、膨胀石墨、泡沫金属任意一种或几种组成的复合相变材料。

12、根据本发明一实施例，所述吸附剂被实施为碳材料、沸石材料、胺基介孔材料和金属有机骨架材料，吸附温度为20℃至60℃，与之相对应的所述相变材料被实施为石蜡有机材料，相变温度在20℃至60℃。

13、根据本发明一实施例，在多个所述相变控温构件之间的所述吸附剂填充层中在沿着气体自下而上的流动方向布置若干个体积较小的所述相变控温构件，且布置的数量逐渐地减少。

14、根据本发明一实施例，所述相变控温构件可被实施为微胶囊式、管壳式、板式、螺旋盘管式中的至少一种。

15、根据本发明的另一个方面，为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供二氧化碳捕集装置的工作方法，包括以下操作步骤：

16、（一）加压吸附和储存吸附热操作：在如上任一所述吸附塔解吸再生后处于预设压力状态下，向所述吸附塔内通入含二氧化碳的烟道气，直至所述吸附塔内的压强到达预设范围，继续输入烟道气至所述吸附塔的出口处二氧化碳突破，烟道气中的二氧化碳气体被所述吸附剂所捕集，所述相变控温构件内封存的所述相变材料储存吸附热，氮气于所述吸附塔内富集随后从所述吸附塔的塔顶排出；

17、（二）置换和储存吸附热操作：在加压吸附后，向所述吸附塔内通入部分二氧化碳产品气，通入所述吸附塔的二氧化碳气体置换出在加压吸附中被所述吸附剂吸附的氮气，而此过程中产生的吸附热依旧被所述相变控温构件内封存的所述相变材料储存；

18、（三）抽真空和释放吸附热操作：在置换后，抽取所述吸附塔内的气体，以获得高浓度二氧化碳产品气，被所述吸附剂吸附的二氧化碳气体可从所述吸附剂中解吸出来，所述相变控温构件储存的吸附热被释放以满足解吸所需热量；

19、（四）真空吹扫和释放吸附热操作：在抽真空操作后，向所述吸附塔内通入氮气，通入所述吸附塔的氮气置换出二氧化碳气体，而在此过程中，所述相变控温构件内封存的所述相变材料依旧释放已储存的吸附热。

20、本发明的有益效果包括：

21、1、在不外加控温设备的情况下，维持塔内的温度几乎不变，从而便于所述塔内的吸附剂捕集二氧化碳；

22、2、降低二氧化碳捕集过程中的能耗；

23、3、所述相变控温构件沿着气体自下而上的流动方向于所述吸附剂填充层中的密度逐渐地减小，能够有效地保证所述吸附剂填充层的吸附剂能够快速地维持到同一恒温状态。

技术特征：

1.二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述二氧化碳捕集装置包括至少一吸附塔，每个所述吸附塔包括：

2.根据权利要求1所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，单个所述吸附塔设置的所述吸附剂的体积是所述相变控温构件体积的3到6倍，所述相变控温构件能够储存的热能与所述吸附剂吸附气体释放的吸附热相适配。

3.根据权利要求2所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述相变材料的相变温度与所述吸附剂捕集二氧化碳的操作温度一致。

4.根据权利要求3所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述二氧化碳捕集装置设置多个所述吸附塔，多个所述吸附塔能够连续运行。

5.根据权利要求1所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述储存件被实施为导热材料制成。

6.根据权利要求5所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述相变材料可被实施为有机相变材料、无机相变材料、膨胀石墨、泡沫金属任意一种或几种组成的复合相变材料。

7.根据权利要求6所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述吸附剂被实施为碳材料、沸石材料、胺基介孔材料和金属有机骨架材料，吸附温度为20℃至60℃，与之相对应的所述相变材料被实施为石蜡有机材料，相变温度在20℃至60℃。

8.根据权利要求1所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，在多个所述相变控温构件之间的所述吸附剂填充层中在沿着气体自下而上的流动方向布置若干个体积较小的所述相变控温构件，且布置的数量逐渐地减少。

9.根据权利要求1所述二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述相变控温构件可被实施为微胶囊式、管壳式、板式、螺旋盘管式中的至少一种。

10.二氧化碳捕集装置的工作方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

技术总结
本申请公开了二氧化碳捕集装置及其工作方法，其中二氧化碳捕集装置包括至少一吸附塔，每个所述吸附塔包括一塔体和至少一相变控温构件。所述塔体具有一吸附剂填充层。所述相变控温构件被安装于所述吸附剂填充层中，每个所述相变控温构件包括一储存件和相变材料。当烟道气中二氧化碳被所述吸附剂捕集时，释放出的吸附热被所述相变控温构件储存；在捕集后的二氧化碳进行预设压力解吸时，所述相变控温构件将释放吸附热，以满足解吸过程所需热量。由于所述相变材料具有在相变过程中自身温度不变的特性，因此所述相变材料能够通过储存与释放吸附热来维持所述吸附塔内的温度在预设范围内，以提高二氧化碳捕集效率和降低捕集能耗。

技术研发人员：张正雄,李平
受保护的技术使用者：上海联风气体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15