CN111690946A - 一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置及其操作方法，包括：CO2捕集器、CO2解吸装置、CO2催化转化装置和甲醇膜分离装置；CO2捕集器设置有富液出口和贫液入口；CO2解吸装置设置有富液入口、碱液入口和碱液出口；其中，CO2解吸装置设置有CO2分离膜，用于从富液中分离出CO2；CO2催化转化装置设置有质子交换膜，用于在阴极和阳极之间传递氢离子；甲醇膜分离装置设置甲醇分离膜，用于分离甲醇水溶液。本发明能够实现低浓度二氧化碳的捕集，捕集后可就地转化，以减少储存与运输成本；利用太阳能为二氧化碳捕集和CO2催化转化装置供能，可降低能耗，提高经济性。
Description
技术领域
本发明属于二氧化碳捕集与二氧化碳催化转化技术领域，特别涉及一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置及其操作方法。
背景技术
现行的二氧化碳捕集技术，国内外都已经相对成熟，很多大型电厂为了降低碳排放量都已经大面积的采用碳捕集技术；但是，当前只能做到燃烧后捕集这一种捕集技术的工业化应用，仅限于在二氧化碳浓度较高的环境下进行，且成本极高。其次，在化学上对二氧化碳进行转化才是解决碳排放问题的一劳永逸之策，现行二氧化碳捕集技术无法在后续过程对二氧化碳进行化学转化。再者，目前工业上常见的对二氧化碳进行单一热催化转化的技术却有着能耗高、成本高、转化效率低等弊端，不利于高效可持续发展。
综上，随着对环保、降低能耗和经济性等要求的不断提高，现有的二氧化碳捕集技术和单一的热催化转化技术已经逐渐无法适应需求，亟需一种新的间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置及其操作方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够实现低浓度二氧化碳的捕集，捕集后可就地转化，以减少储存与运输成本；利用太阳能为二氧化碳捕集和CO2催化转化装置供能，可降低能耗，提高经济性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，包括：CO2捕集器、CO2解吸装置、CO2催化转化装置和甲醇膜分离装置；
所述CO2捕集器设置有富液出口和贫液入口；
所述CO2解吸装置设置有富液入口、碱液入口和碱液出口；其中，所述CO2解吸装置设置有CO2分离膜，用于从富液中分离出CO2；
所述CO2催化转化装置设置有第一进料口、负电极、正电极、平衡口和产物出口；其中，所述CO2催化转化装置设置有质子交换膜，用于在阴极和阳极之间传递氢离子；
所述甲醇膜分离装置设置有第二进料口、未透出口和蒸汽出口；其中，所述甲醇膜分离装置设置甲醇分离膜，用于分离甲醇水溶液；
其中，所述CO2捕集器的富液出口通过富液传输管道与所述CO2解吸装置的富液入口相连通；所述CO2解吸装置的碱液出口通过第一管路与所述CO2催化转化装置设置的第一进料口相连通；所述CO2催化转化装置的产物出口通过产物输送管路与所述甲醇膜分离装置的第二进料口相连通。
本发明的进一步改进在于，所述甲醇膜分离装置的未透出口通过第二管路与所述CO2催化转化装置的第一进料口相连通；
所述CO2解吸装置设置有贫液出口，所述贫液出口通过贫液传输管路与CO2捕集器的贫液入口相连通；
所述第一管路设置有阀门，用于控制通入催化转化装置的碱液流量，平衡CO2捕集和催化转化两过程之间的速率差。
本发明的进一步改进在于，还包括：冷凝器；
所述甲醇膜分离装置的蒸汽出口与所述冷凝器的入口相连通；
所述冷凝器设置有甲醇出口，用于输出甲醇。
本发明的进一步改进在于，所述CO2捕集器包括：双曲线型CO2捕集塔、抽气装置、贫液池、捕集填料、富液出口和加压喷头；
双曲线型CO2捕集塔的外壁设置有太阳能吸收涂层，用于吸收太阳能加热塔内的气体；
双曲线型CO2捕集塔的顶部设置有抽气装置，底部设置有富液出口；
抽气装置和富液出口之间，从上到下依次设置有贫液池和捕集填料；
贫液池设置有若干个出口，出口处设置有加压喷头；贫液池的入口设置有贫液传输管道，用于与外部连通。
本发明的进一步改进在于，贫液输送管道设置有节流阀；捕集填料为多层捕集填料，各层捕集填料之间采用桁架结构支撑。
本发明的进一步改进在于，所述CO2解吸装置包括：真空保温层、相变材料蓄热层、富液流道、CO2分离膜、碱液流道、第一壳体和第一太阳能集热器；
第一壳体设置于第一太阳能集热器上，用于通过第一太阳能集热器对第一壳体内部区域进行辐射加热；
第一壳体内，由外向内依次设置有真空保温层和相变材料蓄热层；
所述相变材料蓄热层内设置有CO2分离膜；其中，所述CO2分离膜将相变材料蓄热层内的区域划分为富液流道和碱液流道；碱液流道设置有碱液入口和碱液出口，富液流道设置有富液入口和贫液出口。
本发明的进一步改进在于，所述CO2催化转化装置包括：第一进料口、负电极、质子交换膜、第二壳体、产物出口、平衡口、正电极和第二太阳能集热器；
其中，第二壳体设置于第二太阳能集热器；第二壳体内设置有质子交换膜；所述质子交换膜将第二壳体内的区域划分为第三腔室和第四腔室；所述第三腔室的一端设置有第一进料口和负电极，另一端设置有产物出口；所述第四腔室的一端设置有平衡口和正电极。
本发明的进一步改进在于，所述甲醇膜分离装置包括：第二进料口、甲醇分离膜、第三壳体、未透出口、蒸汽出口和第三太阳能集热器；
第三壳体设置在第三太阳能集热器上，第三太阳能集热器用于吸收太阳能对第三壳体进行加热；第三壳体内设置有腔体，腔体内设置有甲醇分离膜；其中，甲醇分离膜将腔体分为第一腔室和第二腔室；第一腔室的一端设置有第二进料口，另一端设置有未透出口，第二腔室设置有蒸汽出口；未透出口和蒸汽出口设置于腔体的同一端。
本发明的进一步改进在于，所述CO2分离膜为聚酰亚胺高分子膜；所述甲醇分离膜可以是醋酸纤维素膜。
本发明装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，在CO2捕集器中，通过CO2贫液捕集空气中的CO2，形成CO2富液；
步骤2，在CO2解吸装置中，CO2富液完成解吸过程，得到的CO2分子在浓度差的驱动下向CO2分离膜内运动并被碱液吸收，获得吸收CO2后的碱液；
步骤3，在CO2催化转化装置中，吸收CO2后的碱液在太阳能和电能的共同作用下完成光电一体化催化转化过程，获得催化转化后的产物；
步骤4，在甲醇膜分离装置中，催化转化后的产物通过甲醇分离膜分离获得甲醇。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的装置，能够实现低浓度(350～450ml/m3)二氧化碳的捕集，捕集后可就地转化，以减少储存与运输成本；利用太阳能为二氧化碳捕集和CO2催化转化装置供能，可降低能耗，提高经济性。本发明通过阀门可以将CO2的捕集段与转化段隔离，实现系统的间歇式运转，夜间可以捕集CO2，而光照充足的白天可同时进行CO2捕集和催化转化过程，充分考虑捕集与转化的速率差，充分利用太阳能。
本发明的方法，将CO2捕集装置经由解吸装置连接催化转化装置，捕集装置通过吸收液吸收CO2气体，随后富含CO2的吸收液通入解吸装置完成解吸过程，解吸得到的CO2进入催化转化装置完成催化转化过程生成甲醇。在本系统中捕集、解吸以及催化转化连接成为一套连续的流程，捕集得到的CO2气体在本系统中后续装置内就地完成催化转化过程，从而实现CO2捕集与转化过程的耦合，能够降低CO2的储存与运输成本，减少能耗，提高CO2转化效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置的示意图；
图2是本发明实施例中，冷却塔式双曲面形的CO2捕集器的示意图；
图3是本发明实施例中，CO2解吸装置的示意图；
图4是本发明实施例中，CO2催化转化装置的示意图；
图5是本发明实施例中，甲醇膜分离装置的示意图；
图6是本发明实施例的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置的操作方法的流程示意图；
图1至图6中，1、CO2捕集器；2、CO2解吸装置；3、富液传输管道；4、贫液传输管路；5、泵；6、阀门；8、CO2催化转化装置；9、甲醇膜分离装置；10、冷凝器；11、第一管路；
101、双曲线型CO2捕集塔；102、抽气装置；103、贫液池；104、节流阀；105、捕集填料；106、富液出口；107、富液池；108、加压喷头；
201、真空保温层；202、相变材料蓄热层；203、富液流道；204、CO2分离膜；205、碱液流道；206、第一壳体；207、第一太阳能集热器；
801、第一进料口；802、负电极；803、质子交换膜；804、第二壳体；805、产物出口；806、平衡口；807、正电极；808、第二太阳能集热器；
901、第二进料口；902、甲醇分离膜；903、第三壳体；904、未透出口；905、蒸汽出口；906、第三太阳能集热器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，包括：类冷却塔式双曲面形的CO2捕集器1、CO2解吸装置2、CO2催化转化装置8和甲醇膜分离装置9；
所述CO2捕集器设置1有富液出口和贫液入口；
所述CO2解吸装置2设置有富液入口、贫液出口、碱液入口和碱液出口；其中，设置有CO2分离膜204，用于从富液中分离出CO2；其中，CO2分离膜204可以是聚酰亚胺高分子膜；
所述CO2催化转化装置8设置有第一进料口801、负电极802、正电极807、平衡口806和产物出口805；其中，设置有质子交换膜803，用于在阴极和阳极之间传递氢离子；
所述甲醇膜分离装置9设置有第二进料口901、未透出口904和蒸汽出口905；其中，设置甲醇分离膜902，用于分离甲醇水溶液；其中，甲醇分离膜可以是醋酸纤维素膜。
本发明实施例中，CO2捕集器1的富液出口通过富液传输管道3与所述CO2解吸装置2的富液入口相连通；其中，富液传输管道3设置有泵5，用于泵送富液。
本发明实施例中，CO2解吸装置2的贫液出口通过贫液传输管路4与CO2捕集器1的贫液入口相连通；其中贫液传输管道4设置有泵5，用于泵送贫液；CO2解吸装置2的碱液出口通过第一管路11与CO2催化转化装置8设置的第一进料口801相连通；其中，第一管路11设置有阀门6，用于控制通入催化转化装置的碱液流量，平衡CO2捕集和催化转化两过程之间的速率差。
本发明实施例中，CO2催化转化装置8利用太阳能集热器供能，CO2催化转化装置8的产物出口805通过产物输送管路与甲醇膜分离装置9的第二进料口901相连通；其中，产物输送管路设置有泵5，用于泵送CO2催化转化装置8的产物；
甲醇膜分离装置9的未透出口904通过第二管路与CO2催化转化装置8的第一进料口801相连通；其中，第二管路设置有泵5，用于泵送未透原料进行二次催化转化；
本发明实施例中，还包括：冷凝器10；甲醇膜分离装置9的蒸汽出口905与冷凝器10的入口相连通，冷凝器10设置有甲醇出口，用于输出甲醇；其中，甲醇出口可以作为整个装置的产物出口。
请参阅图2，本发明实施例中，CO2捕集器1包括：双曲线型CO2捕集塔101、抽气装置102、贫液池103、捕集填料105、富液出口106和加压喷头108。
双曲线型CO2捕集塔101的外壁设置有太阳能吸收涂层，用于吸收太阳能加热塔内的气体；
双曲线型CO2捕集塔101的顶部设置有抽气装置102，底部设置有富液出口106；
抽气装置102和富液出口106之间，从上到下依次设置有贫液池103和捕集填料105；
贫液池103设置有若干个出口，出口处设置有加压喷头108；贫液池103的入口设置有贫液传输管道4，用于与外部连通。
本发明实施例中，贫液传输管道4设置有节流阀104。
本发明实施例中，还包括：富液池107，富液池107设置于富液出口106的下方。
本发明实施例中，捕集填料105为多层捕集填料；各层捕集填料之间采用桁架结构支撑。抽气装置102为抽风机或泵。加压喷头108均匀排布。捕集填料105中添加有二氧化碳捕集催化剂。
双曲线型CO2捕集塔的操作方法，包括：
通过贫液输送管道将贫液输入贫液池，通过加压喷头喷洒；
气动抽气装置，使大气从双曲线型捕集塔的塔底部向塔顶运动；
通过双曲线型捕集塔外壁的太阳能吸收涂层吸收太阳能，使得双曲线型捕集塔的温度升高，进而使得双曲线型捕集塔内大气温度升高，与塔外大气产生温度差，使塔内大气流速增加；
大气与贫液、捕集填料进行传质，实现二氧化碳捕集；
捕集完成的富液通过富液出口输出。
本发明实施例中，通过双曲线型塔提升大气的流速，同时根据烟囱效应原理，在捕集塔外壁涂抹太阳能吸收涂层，使捕集塔温度升高将热量传导给塔内的空气，使得空气的温度升高，与塔外空气产生温差，同样使得塔内的空气流速提升，进而提高了CO2与捕集液的传质效率；通过加压喷头组将捕集贫液变成液滴，提升捕集液的比表面积；多层的填料为此过程提供捕集环境，并催化捕集过程。贫液输送管道中安装的节流阀控制捕集液的流量，以实现高效率的捕集，尽量提升富液中二氧化碳气体的含量，提升工艺效率。捕集塔底部的富液池收集富液，通过管道输出到下一阶段。通过在捕集塔中加装固体催化填料，能够加强二氧化碳的捕集效率；填料之间以桁架结构支撑，提高了大气的进气量；多重捕集的方式同时也提升了捕集的效率。在捕集塔顶端加装抽风机提升空气的流速，提升传质效率，同时源源不断地在将底部CO2含量偏高的大气吸入，在顶端将CO2含量较低的大气排出。捕集填料中添加捕集催化剂来提升捕集效率。
请参阅图3，本发明实施例中，CO2解吸装置2包括：真空保温层201、相变材料蓄热层202、富液流道203、CO2分离膜204、碱液流道205、第一壳体206和第一太阳能集热器207。
第一壳体设置于第一太阳能集热器上，用于对内部装置进行保护和支撑，第一太阳能集热器通过下方的V型太阳能板汇聚太阳光、吸收大量太阳能，从而对第一壳体内部区域进行辐射加热；富液流道在外部辐射加热的条件下，其中的CO2分子开始从捕集液中解吸出来，同时在浓度差的驱动下向CO2分离膜内(碱液流道)运动并被碱液吸收，最后由CO2解吸装置的第一碱液出口流出进入后面的催化转化装置。
第一壳体内，由外向内依次设置有真空保温层、相变材料蓄热层、富液流道、CO2分离膜和碱液流道；其中，CO2分离膜构成碱液流道，设置有第一碱液入口、第一碱液出口；富液流道设置有富液入口和贫液出口。
请参阅图4，本发明实施例中，CO2催化转化装置包括：第一进料口801、负电极802、质子交换膜803、第二壳体804、产物出口805、平衡口806、正电极807和第二太阳能集热器808；其中，平衡口806与外界大气连通，用于排出阳极电化学反应产生的气体，以保证容器压力平衡；必要时，也可通过平衡口806添加物料。
请参阅图5，本发明实施例中，甲醇膜分离装置9包括：第二进料口901、甲醇分离膜902、第三壳体903、未透出口904、蒸汽出口905和第三太阳能集热器906。
第三壳体设置在第三太阳能集热器上，第三太阳能集热器用于吸收太阳能对第三壳体进行加热
第三壳体内设置有腔体；腔体内设置有甲醇分离膜；其中，甲醇分离膜将腔体分为第一腔室和第二腔室；甲醇分离膜可以为醋酸纤维素膜；
第一腔室的一端设置有第二进料口，另一端设置有未透出口；第二腔室设置有蒸汽出口；未透出口和蒸汽出口设置于腔体的同一端；
本发明实施例中，醋酸纤维素膜为加入疏水基团改性后的醋酸纤维素膜。
本发明实施例中，腔体为圆柱状。渗透汽化膜将腔体平均分为第一腔室和第二腔室。醋酸纤维素膜的厚度范围为0.20～0.40μm。
本发明实施例中，甲醇水稀溶液从进料口通入第一腔室，在太阳能集热器的加热作用下，部分甲醇和水蒸发形成混合蒸气；由于渗透汽化膜的两侧存在蒸气压力差，压差推动组分从原料液进入膜内，然后向膜后侧的第二腔室渗透；醋酸纤维素膜具有选择性透过作用，导致能向膜后侧渗透的组分以甲醇居多。本发明的甲醇分离器，能够分离水溶液中的稀甲醇，并且利用太阳能为装置供热，可降低能耗，具有较高的经济性。
本发明装置的工作原理为：含低浓度CO2的气体从捕集器的下端通入，捕集器的类冷却塔外壁通过吸收太阳能对内部气体进行加热使其向上流动，气体中的CO2被CO2捕集液吸收后得到富液，并通过泵和富液传输管道接到解吸装置的CO2富液入口，在解吸装置中完成解吸过程得到的CO2分子在浓度差的驱动下向聚酰亚胺高分子膜内运动并被碱液吸收，吸收CO2后的碱液通过阀门和第一管路接到催化转化装置的第一进料口；在催化转化装置中利用太阳能和电能的共同作用完成光电一体化催化转化生成产物，而解吸装置的贫液出口通过贫液传输管路、泵接到捕集器的贫液入口以实现捕集液的循环利用；催化转化装置的产物出口通过泵接到甲醇膜分离装置的第二进料口；甲醇膜分离装置的未透出口通过泵接到催化转化装置的第一进料口完成二次催化转化，从而实现原料的充分利用并提高产物的产率；甲醇膜分离装置的透过出口与冷凝器的入口相接，冷凝器的出口设定为系统的产物出口。
请参阅图6，本发明实施例的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，在光照充分的条件下，打开吸收塔型二氧化碳捕集器顶端的抽气装置，捕集器的类冷却塔外壁通过吸收太阳能对内部的气体进行加热，空气在浮力和吸力的共同作用下向上流动；
步骤2，打开捕集器内的捕集液喷头，向外喷出的捕集液吸收空气中的CO2气体变成富液，并通过泵和富液传输管道接到解吸装置的CO2富液入口，此过程可通过调节捕集器贫液管道的节流阀以调节喷出的捕集液的流量；
步骤3，富液在解吸装置中完成解吸过程得到的CO2分子在浓度差的驱动下向CO2分离膜(聚酰亚胺高分子膜)内运动并被碱液吸收，吸收CO2后的碱液通过阀门和第一管路接到光电一体催化转化装置的第一进料口，此过程可通过调节第一管路上的阀门来调节通入催化转化装置的碱液的流量大小，以平衡系统中CO2捕集和转化过程的速率差；
步骤4，催化转化装置在太阳能和电能的共同作用下完成光电一体化催化转化过程，催化转化装置的产物出口通过泵接到甲醇膜分离装置的第二原料进口；
步骤5，甲醇膜分离装置的未透出口通过泵接到催化转化装置的第一原料进口完成二次催化转化，从而实现原料的充分利用并提高产物的产率；甲醇膜分离装置的透过出口与冷凝器的入口相接，并从冷凝器的出口得到系统的产物。
本发明使用清洁的太阳能作为热源，设计成间歇式耦合系统目的就是为了最大程度地利用太阳能，在夜间无太阳光期间内系统主要进行的是CO2捕集过程，当白天有光照时，通过CPC太阳能集热器收集太阳能进行后续的解吸、催化转化以及甲醇膜分离过程，整个系统各部分相互协调，共同实现对CO2和太阳能的充分利用。本发明系统适用于太阳能充足的地区，可将本系统建立在荒漠中的太阳能电场和风电场附近，并将生产的甲醇就地利用，那么用于汽车或其他机械的动力能源就可以进一步地降低成本，提升产业化水平。除此之外，本系统还可以设计为不同的型号以适应不同工厂的需求，如果这套系统能广泛使用的话，重工业区的碳排放量将大大降低。本发明装置制造简单，可用于低浓度(350-450ml/m3)二氧化碳的捕集和转化，因此使用条件宽、应用范围广、选址要求低，有利于减少碳排放量，达到国家标准，缓解二氧化碳排放引起的环境问题。与现有的CCS技术相比，本系统可以做到二氧化碳富集后的转化再利用，不仅有效避免地质储存二氧化碳存在的风险，同时也将二氧化碳转化成了有着巨大工业利用价值的甲醇，所以也在一定程度上缓解了部分地区能源紧缺的问题。因此本系统在现代工业技术背景下可行性强，能产生良好的环保效应，具有巨大的现实意义和市场潜力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，包括：CO2捕集器(1)、CO2解吸装置(2)、CO2催化转化装置(8)和甲醇膜分离装置(9)；
所述CO2捕集器(1)设置有富液出口(106)和贫液入口；
所述CO2解吸装置(2)设置有富液入口、碱液入口和碱液出口；其中，所述CO2解吸装置(2)设置有CO2分离膜(204)，用于从富液中分离出CO2；
所述CO2催化转化装置(8)设置有第一进料口(801)、负电极(802)、质子交换膜(803)、正电极(807)、平衡口(806)和产物出口(805)；其中，所述质子交换膜(803)用于在阴极和阳极之间传递氢离子；
所述甲醇膜分离装置(9)设置有第二进料口(901)、甲醇分离膜(902)、未透出口(904)和蒸汽出口(905)；其中，所述甲醇分离膜用于分离甲醇水溶液；
其中，所述CO2捕集器(1)的富液出口(106)通过富液传输管道(3)与所述CO2解吸装置(2)的富液入口相连通；所述CO2解吸装置(2)的碱液出口通过第一管路(11)与所述CO2催化转化装置(8)设置的第一进料口(801)相连通；所述CO2催化转化装置(8)的产物出口(805)通过产物输送管路与所述甲醇膜分离装置(9)的第二进料口(901)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，所述甲醇膜分离装置(9)的未透出口(904)通过第二管路与所述CO2催化转化装置(8)的第一进料口(801)相连通；
所述CO2解吸装置(2)设置有贫液出口，所述贫液出口通过贫液传输管路(4)与CO2捕集器(1)的贫液入口相连通；
所述第一管路(11)设置有阀门(6)，用于控制通入催化转化装置(8)的碱液流量，平衡CO2捕集和催化转化两过程之间的速率差。
3.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，还包括：冷凝器(10)；
所述甲醇膜分离装置(9)的蒸汽出口(905)与所述冷凝器(10)的入口相连通；
所述冷凝器(10)设置有甲醇出口，用于输出甲醇。
4.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，所述CO2捕集器(1)包括：双曲线型CO2捕集塔(101)、抽气装置(102)、贫液池(103)、捕集填料(105)、富液出口(106)和加压喷头(108)；
双曲线型CO2捕集塔(101)的外壁设置有太阳能吸收涂层，用于吸收太阳能加热塔内的气体；
双曲线型CO2捕集塔(101)的顶部设置有抽气装置(102)，底部设置有富液出口(106)；
抽气装置(102)和富液出口(106)之间，从上到下依次设置有贫液池(103)和捕集填料(105)；
贫液池(103)设置有若干个出口，出口处设置有加压喷头(108)；贫液池(103)的入口设置有贫液传输管道(4)，用于与外部连通。
5.根据权利要求4所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，贫液传输管道(4)设置有节流阀(104)；捕集填料(105)为多层捕集填料，各层捕集填料(105)之间采用桁架结构支撑。
6.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，所述CO2解吸装置(2)包括：真空保温层(201)、相变材料蓄热层(202)、富液流道(203)、CO2分离膜(204)、碱液流道(205)、第一壳体(206)和第一太阳能集热器(207)；
第一壳体(206)设置于第一太阳能集热器(207)上，用于通过第一太阳能集热器对第一壳体内部区域进行辐射加热；
第一壳体(206)内，由外向内依次设置有真空保温层(201)和相变材料蓄热层(202)；
所述相变材料蓄热层(202)内设置有CO2分离膜(204)；其中，所述CO2分离膜(204)将相变材料蓄热层(202)内的区域划分为富液流道(203)和碱液流道(205)；碱液流道(205)设置有碱液入口和碱液出口，富液流道(203)设置有富液入口和贫液出口。
7.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，所述CO2催化转化装置(8)包括：第一进料口(801)、负电极(802)、质子交换膜(803)、第二壳体(804)、产物出口(805)、平衡口(806)、正电极(807)和第二太阳能集热器(808)；
其中，第二壳体(804)设置于第二太阳能集热器(808)；第二壳体(804)内设置有质子交换膜(803)；所述质子交换膜(803)将第二壳体内的区域划分为第三腔室和第四腔室；所述第三腔室的一端设置有第一进料口(801)和负电极(802)，另一端设置有产物出口(805)；所述第四腔室的一端设置有平衡口(806)和正电极(807)。
8.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，所述甲醇膜分离装置(9)包括：第二进料口(901)、甲醇分离膜(902)、第三壳体(903)、未透出口(904)、蒸汽出口(905)和第三太阳能集热器(906)；
第三壳体(903)设置在第三太阳能集热器(906)上，第三太阳能集热器用于吸收太阳能对第三壳体进行加热；第三壳体(903)内设置有腔体，腔体内设置有甲醇分离膜(902)；其中，甲醇分离膜(902)将腔体分为第一腔室和第二腔室；第一腔室的一端设置有第二进料口(901)，另一端设置有未透出口(904)，第二腔室设置有蒸汽出口(905)；未透出口(904)和蒸汽出口(905)设置于腔体的同一端。
9.根据权利要求1所述的一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，其特征在于，
所述CO2分离膜(204)为聚酰亚胺高分子膜；
所述甲醇分离膜(902)可以是醋酸纤维素膜。
10.一种权利要求1所述装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在CO2捕集器(1)中，通过CO2贫液捕集空气中的CO2，形成CO2富液；
步骤2，在CO2解吸装置(2)中，CO2富液完成解吸过程，得到的CO2分子在浓度差的驱动下向CO2分离膜内运动并被碱液吸收，获得吸收CO2后的碱液；
步骤3，在CO2催化转化装置(8)中，吸收CO2后的碱液在太阳能和电能的共同作用下完成光电一体化催化转化过程，获得催化转化后的产物；
步骤4，在甲醇膜分离装置(9)中，催化转化后的产物通过甲醇分离膜分离获得甲醇。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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