CN113813774A - 碳捕集-藻类/植物培养固碳系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳捕集‑藻类/植物培养固碳系统。该碳捕集‑藻类/植物培养固碳系统包括：碳捕集装置、藻类生物反应单元和植物培养单元。碳捕集装置设置有二氧化碳原料气入口和富碳气出口；藻类生物反应单元设置有第一气源入口和第一尾气出口，富碳气出口与第一气源入口通过第一尾气输送主管路连通，以进行第一光合作用；以及植物培养单元设置有第二气源入口和第二尾气出口，第二气源入口与第一尾气出口连通设置，以进行第二光合作用。通过微藻养殖和植物种植相结合的方式能够梯度利用不同浓度的二氧化碳，从而使第一光合作用和第二光合作用均在较为适应的二氧化碳浓度下进行，从而大幅提高了二氧化碳的利用率，同时还能够提高生物固碳量。

Description

碳捕集-藻类/植物培养固碳系统
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集及利用领域，具体而言，涉及一种碳捕集-藻类/植物培养固碳系统。
背景技术
二氧化碳利用包括强化采油、合成化学品和植物吸收等方法。绿色植物和微藻是天然的二氧化碳吸收源，有研究表明，为绿色植物和微藻提供较高浓度的二氧化碳能够促进其生长，提高产量、缩短生长周期，因此利用碳捕集方法获取二氧化碳后再通过植物吸收利用，不仅可以将二氧化碳资源化利用，又可以提高作物产量，促进设施农业发展。
目前在温室中供应二氧化碳的方法主要有如下几种：
(1)增施有机肥。土壤中大量施用有机肥料为蔬菜提供必要的营养物质，同时有机物的分解释放出大量二氧化碳，促进蔬菜的光合作用。
(2)CO2发生器法。CO2发生器法是利用硫酸与碳酸盐反应产生CO2的方法。将化学药品放入容器内，并将容器悬挂于植株上部，化学反应产生的二氧化碳提供给植物。
(3)液态CO2施肥法。将来自于酿造工业、化工工业副产品、空气分离、地下贮藏等渠道的液态CO2提供给植物，该方法成本较高。
(4)燃烧法。通过CO2发生器燃烧液化石油气、丙烷气、天然气、白煤油等产生二氧化碳，提供给植物。
以上几种方法均为利用化学药品或其他途径制取二氧化碳，由于温室的通风，不可避免地有一部分二氧化碳扩散到大气中，因此温室并没有为二氧化碳减排和利用发挥作用。
微藻具有生长速度快、种类广泛等特点，其可利用的二氧化碳浓度范围较宽，并且吸收二氧化碳的速率高。此外，由于微藻种类多样，具有制取生物燃料、制作保健品、制作动物饲料等多种用途，因此利用微藻进行固碳的路径受到广泛关注。目前商业化规模化养藻方法为开放式异养，封闭式自养由于成本较高，未大规模普及。
绿色植物生长环境需要的二氧化碳浓度为1200ppm，微藻生长需要的二氧化碳浓度为5％左右。空气中的二氧化碳浓度约为400ppm，烟气中的二氧化碳浓度为15％以上，而利用溶液吸收和解吸方法捕集的二氧化碳浓度接近100％，都不适用于植物和微藻生长。
因此需要提供一种适合给植物和微藻生长提供二氧化碳的捕集方法，该捕集方法能够从空气中捕集二氧化碳，使温室和藻池的建设不受地理条件限制，能够生产适宜二氧化碳浓度的气体，保证植物健康成长同时降低能耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，以解决现有二氧化碳气源均不适用于植物和微藻生长的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，该碳捕集-藻类/ 植物培养固碳系统包括：碳捕集装置、藻类生物反应单元和植物培养单元。碳捕集装置设置有二氧化碳原料气入口和富碳气出口；藻类生物反应单元设置有第一气源入口和第一尾气出口，富碳气出口与第一气源入口通过第一尾气输送主管路连通，以进行第一光合作用；以及植物培养单元设置有第二气源入口和第二尾气出口，第二气源入口与第一尾气出口连通设置，以进行第二光合作用。
进一步地，第一尾气出口与第一尾气输送支管路连通，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统包括流路控制装置，流路控制装置设置在第一尾气输送主管路上，流路控制装置具有第一状态和/或第二状态，且当流路控制装置具有第一状态时，第一尾气经第一尾气输送主管路输送至第一气源入口；当流路控制装置具有第二状态时，第一尾气经第一尾气输送支管路外排。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括至少一个第一二氧化碳浓度传感器，至少一个第一二氧化碳浓度传感器设置在第一尾气输送主管路上，位于流路控制装置的下游，用于监测第一尾气中二氧化碳的浓度，当第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～800ppm时，流路控制装置具有第一状态；当第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时，流路控制装置具有第二状态。
进一步地，第一尾气输送支管路的出口端与二氧化碳原料气入口连通。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的第二尾气出口与二氧化碳原料气入口连通。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括浓缩装置，浓缩装置设置有第三气源入口和浓缩气出口，第三气源入口与第二尾气出口连通，浓缩气出口与第一气源入口连通。
进一步地，藻类生物反应单元包括：第一密闭壳体和至少一个藻类生物反应器，第一密闭壳体设置有第一气源入口、第一尾气出口和第一光源；藻类生物反应器设置在第一密闭壳体的内部。
进一步地，当藻类生物反应器为多个时，每个藻类生物反应器之间为串联和/或并联方式进行连接。
进一步地，第一密闭壳体还设置有第一排风口，藻类生物反应单元还包括：第一稳压排风装置，第一稳压排风装置与第一排风口连通，用于使排风口的压力与第一密闭壳体中的压力之间的压力差≤10Pa。
进一步地，藻类生物反应单元还包括二氧化碳浓度调节装置，二氧化碳浓度调节装置用于根据各个藻类生物反应器中微藻的生长阶段调整二氧化碳的浓度。
进一步地，藻类生物反应单元还包括第一蓄热装置，第一蓄热装置设置在第一密闭壳体的顶部或向阳侧表面的上部，且第一蓄热装置与水平方向的角度能够随射入第一密闭壳体的光线的角度进行调整。
进一步地，藻类生物反应单元还包括第一保温层，第一保温层设置在第一密闭壳体的内表面或外表面上。
进一步地，植物培养单元包括：第二密闭壳体和至少一种植物，第二密闭壳体设置有第二气源入口、第二尾气出口和第二光源；植物设置在第二密闭壳体的内部。
进一步地，第二密闭壳体还设置有第二排风口，植物培养单元还包括：第二稳压排风装置，第二稳压排风装置与第二排风口连通，用于使第二密封壳体外部的大气环境压力与第二密闭壳体中的压力之间的差值≤10Pa。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括电能供应装置，电能供应装置用于向第一光源和第二光源提供电能。
进一步地，电能供应装置选自光伏发电装置、风能发电装置或水力发电装置。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括第二蓄热装置，第二蓄热装置设置在第二密闭壳体的顶部或向阳侧表面的上部，且第二蓄热装置与水平方向的角度能够随射入第二密闭壳体的光线的角度进行调整。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括第二保温层，第二保温层设置在第二密闭壳体的内表面或外表面上。
进一步地，碳捕集装置选自液态或固态二氧化碳捕集方法，包括碱性溶液喷淋捕集装置、液态胺吸附装置、固态膜吸附装置、分子筛吸附装置或变压湿法吸附装置。
进一步地，第二尾气出口设置有至少一个第二二氧化碳浓度传感器，至少一个第二二氧化碳浓度传感器设置在第二尾气外排管路上，用于监测第二尾气中二氧化碳的浓度，当第二尾气中二氧化碳的浓度≤400ppm时，第二尾气出口的阀门打开，尾气外排。
进一步地，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括中央控制系统，中央控制系统包括：捕集系统的启停和负荷控制单元，藻类生物反应单元的光照和水循环控制单元，植物培养单元的光照和水循环控制单元，温度调节系统控制单元，气体流动控制单元和数据储存与分析及反馈单元。碳捕集系统的启停和负荷控制单元用于控制碳捕集系统的启动、停止和负荷；藻类生物反应单元的光照和水循环控制单元用于控制藻类生物反应单元的光照和水供给；植物培养单元的光照和水循环控制单元用于控制植物培养单元的光照和水供给；温度调节系统控制单元用于控制藻类生物反应单元和植物培养单元的温度；气体流动控制单元用于控制第一气源入口、第一尾气出口、第二气源入口及第二尾气出口的开启和闭合；数据储存与分析及反馈单元碳捕集系统的启停和负荷控制单元、藻类生物反应单元的光照和水循环控制单元、空气调节系统控制单元和气体流动控制单元分别与数据储存与分析及反馈单元电连接，用于存储和分析碳捕集系统、藻类生物反应单元及植物培养单元中涉及的各项指标，并对其进行反馈调节。
进一步地，温度调节系统控制单元包括：第一温度监测装置、第一空调系统、第二空调系统和第二温度监测装置；第一温度监测装置用于监测藻类生物反应单元的温度；第一空调系统用于调节藻类生物反应单元的温度；第二空调系统用于调节植物培养单元的温度；第二温度监测装置用于监测植物培养单元的温度。
进一步地，上述反馈调节的步骤包括：检测碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的环境温度和藻类生物反应单元的内部温度，以及藻类生物反应单元内部的二氧化碳浓度和植物培养单元内部的二氧化碳浓度；根据藻类生物反应单元的环境温度检测数据和藻类生物反应单元的内部温度检测数据控制第一空调系统的负荷；根据藻类生物反应单元内部的二氧化碳浓度检测数据控制进入藻类生物反应单元的气体流量；根据植物培养单元内部的二氧化碳浓度检测数据控制进入植物培养单元的气体流量；根据藻类生物反应单元内部的二氧化碳浓度检测数据和植物培养单元二氧化碳浓度检测数据控制碳捕集系统的富碳气出口排出的二氧化碳的浓度和流量。
进一步地，当二氧化碳浓度高于400ppm时，从植物培养单元排出的气体与从富碳气出口排出的气体在换热器中进行热交换；或从植物培养单元排出的气体与二氧化碳原料气入口连通。
进一步地，从植物培养单元排出的气体经换热器换热后进入藻类培养系统和/或植物培养系统。
进一步地，从富碳气出口排出的气体中二氧化碳的浓度可以从0～100％进行调节。
进一步地，富碳气出口排出的气体经过换热器回收部分冷量或热量，或者通过旁通直接进入藻类培养系统和/或植物培养系统。
进一步地，藻类生物反应单元包括：第三密闭壳体和藻类生物反应装置，藻类生物反应装置设置在第三密闭壳体内部，且藻类生物反应器设置有第一气源入口和第一尾气出口；植物培养单元包括一个或多个串联或并连的植物培养装置，且植物培养单元设置在第三密闭壳体中，且植物培养装置设置有第二气源入口和第二尾气出口。
应用本发明的技术方案，通过碳捕集装置获得合适的二氧化碳气源，将二氧化碳气源通入藻类生物反应单元进行第一光合作用，得到第一尾气。然后将第一尾气通入植物培养单元进行第二光合作用，得到第二尾气。通过微藻养殖和植物种植相结合的方式能够梯度利用不同浓度的二氧化碳，从而使第一光合作用和第二光合作用均在较为适应的二氧化碳浓度下进行。采用上述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统能够大大提高二氧化碳的利用率，同时还能够提高生物固碳量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种典型的实施例提供的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的结构框图；
图2示出了根据本发明的一种优选的实施例提供的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的结构框图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、碳捕集装置；20、藻类生物反应单元；30、植物培养单元；40、换热器；50、流路控制装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的二氧化碳气源均不适用于植物和微藻生长的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，如图1所示，该碳捕集-藻类/植物培养固碳系统包括：碳捕集装置10、藻类生物反应单元20和植物培养单元30。碳捕集装置10设置有二氧化碳原料气入口和富碳气出口；藻类生物反应单元20设置有第一气源入口和第一尾气出口，富碳气出口与第一气源入口通过第一尾气输送主管路连通，以进行第一光合作用；以及植物培养单元30设置有第二气源入口和第二尾气出口，第二气源入口与第一尾气出口连通设置，以进行第二光合作用。
通过碳捕集装置10获得合适的二氧化碳气源，将二氧化碳气源通入藻类生物反应单元20 进行第一光合作用，得到第一尾气。然后将第一尾气通入植物培养单元30进行第二光合作用，得到第二尾气。通过微藻养殖和植物种植相结合的方式能够梯度利用不同浓度的二氧化碳，从而使第一光合作用和第二光合作用均在较为适应的二氧化碳浓度下进行。采用上述碳捕集- 藻类/植物培养固碳系统能够大大提高二氧化碳的利用率，同时还能够提高生物固碳量。
本申请提供的一种优选的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的结合示意图，见图1所示。
目前碳捕集的目标为获得纯二氧化碳，再将二氧化碳封存，普通温室中通常利用二氧化碳气瓶或化学药品补充二氧化碳，碳捕集和固碳相互独立，并且由于通风降温，温室中的一部分二氧化碳直接排出温室，未进行充分利用。本发明中，碳捕集系统排出的气体含有一定浓度的二氧化碳，适合植物生长，因此碳捕集能耗较低，并且通过气体循环，避免二氧化碳直接排出温室，提高二氧化碳利用率。
此系统可实现二氧化碳资源化利用，将二氧化碳从原料气中提取出来，作为藻类和植物生长的原料，二氧化碳定向输送给植物，再次变为资源。此系统可提高植物产量，藻类和植物在适当高于空气中二氧化碳浓度的条件下，可加快生长速度，提高产量。此系统可促进形成能源、碳捕集、作物增产、生物能源相互循环促进的产业模式，以可再生能源驱动碳捕集，通过二氧化碳定向补给，同时实现作物增产和负碳排放，并且可以利用生物转化的方式生产生物燃料，实现资源循环利用。
由于农作物在进行第二光合作用时，需要将二氧化碳的浓度控制在一定的范围内，才能实现促进农作物生长的作用。为了更好地控制藻类生物反应单元20和植物培养单元30中二氧化碳的浓度。在一种优选的实施例中，第一尾气出口与第一尾气输送支管路连通，如图2 所示，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统包括流路控制装置50，流路控制装置50设置在第一尾气输送主管路上，流路控制装置50具有第一状态和/或第二状态，且当流路控制装置50具有第一状态时，第一尾气经第一尾气输送主管路输送至第一气源入口；当流路控制装置50具有第二状态时，第一尾气经第一尾气输送支管路外排。
具体地，通过流路控制装置50，可以使第一尾气出口排出的尾气存在三种处理方式。第一种处理方式为使第一尾气出口排出的气体经第一尾气输送主管路全部输送至第一气源入口，并进入藻类培养单元；第二种处理方式为：使第一尾气出口排出的气体经第一尾气输送支管路全部排出，至于外排后的取向可以根据实际需要进行安排；第三种处理方式为：第一尾气出口排出的气体部分输送至第一气源入口进入藻类培养单元，部分经过经第一尾气输送支管路排出，即同时具有第一状态和第二状态。
为了更加精准的控制藻类生物反应单元20和植物培养单元30中二氧化碳的浓度时，在一种优选的实施例中，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括至少一个第一二氧化碳浓度传感器，至少一个第一二氧化碳浓度传感器设置在第一尾气输送主管路上，位于流路控制装置50 的下游，用于监测第一尾气中二氧化碳的浓度，当第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～ 800ppm时，流路控制装置50具有第一状态；当第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～ 1200ppm时，流路控制装置50具有第二状态。通过对第一尾气中二氧化碳的浓度进行监测，不仅能够提高第一光合作用过程中二氧化碳的固碳效果，还能够起到促进农作物生长的作用，从而使第一光合作用和第二光合作用的共同作用下进一步提高整个过程的生物固碳量和固碳效率。
当第二尾气中二氧化碳的浓度≥400ppm时可以通过浓缩过程直接作为第一光合作用的部分二氧化碳气源。而当第二尾气中二氧化碳的浓度较小时，为了进一步提高二氧化碳的利用率，在一种优选的实施例中，第一尾气输送支管路的出口端与二氧化碳原料气入口连通；碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的第二尾气出口与二氧化碳原料气入口连通。
为了进一步提高二氧化碳气源的利用率，同时降低整个工艺的碳排放量，在一种优选的实施例中，当第二光合作用的环境中二氧化碳的浓度≥400ppm时，在一种优选的实施例中，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括浓缩装置，浓缩装置设置有第三气源入口和浓缩气出口，第三气源入口与第二尾气出口连通，浓缩气出口与第一气源入口连通。
碳捕集过程中，含二氧化碳的原料气可以是任何含有二氧化碳的气体，在一种优选的实施例中，二氧化碳原料气包括但不限于空气和/或烟气。
在一种优选的实施例中，藻类生物反应单元20包括：第一密闭壳体和至少一个藻类生物反应器，第一密闭壳体设置有第一气源入口、第一尾气出口和第一光源；藻类生物反应器设置在第一密闭壳体的内部。为了进一步促进第一光合作用中藻类的生长，提高生物固碳量，优选地，装载有藻类及其培养液的反应器可以是管式、板式、混合式，或多层板式结构。
在一种优选的实施例中，当藻类生物反应器为多个时，每个藻类生物反应器之间为串联和/或并联方式进行连接。装载有藻类及其培养液的反应器的连接关系及数量可以根据实际需要进行灵活调整，从而实现进一步提升总体的生物固碳量和固碳效率。
在一种优选的实施例中，第一密闭壳体还设置有第一排风口，藻类生物反应单元20还包括：第一稳压排风装置，第一稳压排风装置与第一排风口连通，用于使排风口的压力与第一密闭壳体中的压力之间的压力差≤10Pa。使第一光合作用和第二光合作用的环境压力为负压能够提高二氧化碳的循环利用率，抑制第一密闭空间和第二密闭空间中二氧化碳自由外溢。
实际应用过程中，稳压排风系统的设置方式不受限制，只要能够实现上述效果即可。优选地，在第一密闭空间的顶部的端设置第一稳压排风装置，同时在其对角的位置设置二氧化碳气源的输入口；和/或，在第二密闭空间的顶部的端设置第二稳压排风装置，同时在其对角的位置设置第一尾气入口连通。
由于不同的藻类在不同的生长阶段所需的最佳的二氧化碳浓度不同，因而为了进一步提高第一光合作用的生物固碳量和固碳效率，在一种优选的实施例中，藻类生物反应单元20还包括二氧化碳浓度调节装置，二氧化碳浓度调节装置用于根据各个藻类生物反应器中微藻的生长阶段调整二氧化碳的浓度。
在一种优选的实施例中，藻类生物反应单元20还包括第一蓄热装置和第二蓄热装置，第一蓄热装置设置在第一密闭壳体的顶部或向阳侧表面的上部，且第一蓄热装置与水平方向的角度能够随射入第一密闭壳体的光线的角度进行调整；第二蓄热装置设置在第二密闭壳体的顶部或向阳侧表面的上部，且第二蓄热装置与水平方向的角度能够随射入第二密闭壳体的光线的角度进行调整。在一种优选的实施例中，藻类生物反应单元20还包括第一保温层和第二保温层，第一保温层设置在第一密闭壳体的内表面或外表面上；第二保温层设置在第二密闭壳体的内表面或外表面上。
利用保温材料有利于抑制热量的耗散，同时采用相变蓄热材料，能够实现集热蓄热的作用，通过相变蓄热材料和保温材料相结合能够答复降低整个工艺的能耗。
优选地，第一密闭空间和第二密闭空间利用现有的成熟气密材料，在屋顶，四周墙体等玻璃接口或门窗等需要密封位置设置密封层，达到最佳的密封效果。
植物培养单元30可以根据本领域常用的植物培养装置进行搭建。在一种优选的实施例中，植物培养单元30包括：第二密闭壳体和至少一种植物，第二密闭壳体设置有第二气源入口、第二尾气出口和第二光源；植物设置在第二密闭壳体的内部。优选地，上述植物包括但不限于蔬菜、花卉或农作物中的一种或多种。
在一种优选的实施例中，第二密闭壳体还设置有第二排风口，植物培养单元30还包括：第二稳压排风装置，第二稳压排风装置与第二排风口连通，用于使第二密封壳体外部的大气环境压力与第二密闭壳体中的压力之间的差值≤10Pa。
第一光合作用和第二光合作用可以在自然光源和/或人造光源下进行。由于自然光源的强度非常依赖天气的变化，因而光照强度不易控制。在一种优选的实施例中，第一光合作用和第二光合作用在自然光源和人造光源的作用下进行。通过将自然光源与人造光源进行结合能够通过人造光源补偿自然光源的强度变化，从而有利于保证整个工艺的固碳效果。在一种优选的实施例中，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括电能供应装置，电能供应装置用于向第一光源和第二光源提供电能。优选地，上述人造光源由清洁能源供电。通过清洁能源为第一光合作用和第二光合作用提供人造光源有利于提高整个工艺的环保性和经济性。更优选地，上述电能供应装置包括但不限于光伏发电装置、风能发电装置或水力发电装置。
本申请提出的基于生物学的固碳方法中采用的第一碳捕集过程和第二碳捕集过程可以选用本领域常用的碳捕集装置10，在一种优选的实施例中，碳捕集装置10选自液态或固态二氧化碳捕集方法，包括但不限于碱性溶液喷淋捕集装置、液态胺吸附装置、固态膜吸附装置、分子筛吸附装置或变压湿法吸附装置。
为了进一步降低整个工艺的尾气中二氧化碳的排放量，在一种优选的实施例中，第二尾气出口设置有至少一个第二二氧化碳浓度传感器，至少一个第二二氧化碳浓度传感器设置在第二尾气外排管路上，用于监测第二尾气中二氧化碳的浓度，当第二尾气中二氧化碳的浓度≤400ppm时，第二尾气出口的阀门打开，尾气外排。
在一种优选的实施例中，碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括中央控制系统，中央控制系统包括：碳捕集系统的启停和负荷控制单元、藻类生物反应单元20的光照和水循环控制单元、植物培养单元30的光照和水循环控制单元、温度调节系统控制单元、气体流动控制单元和数据储存与分析及反馈单元。碳捕集系统的启停和负荷控制单元用于控制碳捕集系统的启动、停止和负荷；藻类生物反应单元20的光照和水循环控制单元用于控制藻类生物反应单元 20的光照和水供给；植物培养单元30的光照和水循环控制单元用于控制植物培养单元30的光照和水供给；温度调节系统控制单元用于控制藻类生物反应单元20和植物培养单元30的温度；气体流动控制单元用于控制第一气源入口、第一尾气出口、第二气源入口及第二尾气出口的开启和闭合；以及碳捕集系统的启停和负荷控制单元、藻类生物反应单元20的光照和水循环控制单元、空气调节系统控制单元和气体流动控制单元分别与数据储存与分析及反馈单元电连接，用于存储和分析碳捕集系统、藻类生物反应单元20及植物培养单元30中涉及的各项指标，并对其进行反馈调节。
通过设置中央控制系统能够更加智能地控制碳捕集装置10、藻类生物反应单元20和植物培养单元30，使整个系统的运行的能耗更低，同时生物固碳量和固碳效率更高。
在一种优选的实施例中，上述温度调节系统控制单元包括：第一温度监测装置、第一空调系统、第一温度监测装置和第二温度监测装置。第一温度监测装置用于监测藻类生物反应单元20的温度；第一空调系统用于调节藻类生物反应单元20的温度；第二空调系统用于调节植物培养单元30的温度；第二温度监测装置用于监测植物培养单元30的温度。优选地，上述第一空调系统为设置在第一密闭空间中的冷却水盘管和热水盘管；上述第二空调系统为设置在第二密闭空间中的冷却水盘管和热水盘管。
为了进一步降低整个工艺的能耗，在一种优选的实施例中，上述反馈调节的步骤包括：检测碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的环境温度和藻类生物反应单元20的内部温度，以及藻类生物反应单元20内部的二氧化碳浓度和植物培养单元30内部的二氧化碳浓度；根据藻类生物反应单元20的环境温度检测数据和藻类生物反应单元20的内部温度检测数据控制第一空调系统的负荷；根据藻类生物反应单元20内部的二氧化碳浓度检测数据控制进入藻类生物反应单元20的气体流量；根据植物培养单元30内部的二氧化碳浓度检测数据控制进入植物培养单元30的气体流量；根据藻类生物反应单元20内部的二氧化碳浓度检测数据和植物培养单元30二氧化碳浓度检测数据控制碳捕集系统的富碳气出口排出的二氧化碳的浓度和流量。
为了进一步降低整个工艺的热损失，在一种优选的实施例中，当二氧化碳浓度高于400ppm 时，从植物培养单元30排出的气体与从富碳气出口排出的气体在换热器40中进行热交换。更优选地，从植物培养单元30排出的气体经换热器40换热后进入藻类培养系统和/或植物培养系统。将经过热交换的气体再次循环至藻类培养系统和/或植物培养系统有利于进一步提高二氧化碳气体的利用率。
为了提高二氧化碳的利用率，在另一种优选的实施例中，从植物培养单元30排出的气体与二氧化碳原料气入口连通。
藻类培养系统和植物培养系统在不同的时间段内，所需的二氧化碳的浓度不同，为了使两个培养系统均有较为适宜的二氧化碳浓度，同时进一步提高两个培养系统中的生物固碳率，在一种优选的实施例中，从富碳气出口排出的气体中二氧化碳的浓度可以从0～100％进行调节。
经过碳捕集装置10获得的富碳气可以通过旁通直接进入藻类培养系统和/或植物培养系统。为了进一步降低碳捕集过程的热损失，在一种优选的实施例中，富碳气出口排出的气体经过换热器40回收部分冷量或热量。
在另一种优选的实施例中，藻类生物反应单元20包括：第三密闭壳体和藻类生物反应装置，藻类生物反应装置设置在第三密闭壳体内部，且藻类生物反应器设置有第一气源入口和第一尾气出口；植物培养单元30包括一个或多个串联或并连的植物培养装置，且植物培养单元30设置在第三密闭壳体中，且植物培养装置设置有第二气源入口和第二尾气出口。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
以上所述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。

Claims (28)

1.一种碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统包括：
碳捕集装置(10)，所述碳捕集装置(10)设置有二氧化碳原料气入口和富碳气出口；
藻类生物反应单元(20)，所述藻类生物反应单元(20)设置有第一气源入口和第一尾气出口，所述富碳气出口与所述第一气源入口通过第一尾气输送主管路连通，以进行第一光合作用；以及
植物培养单元(30)，所述植物培养单元(30)设置有第二气源入口和第二尾气出口，所述第二气源入口与所述第一尾气出口连通设置，以进行第二光合作用。
2.根据权利要求1所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述第一尾气出口与第一尾气输送支管路连通，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统包括流路控制装置(50)，所述流路控制装置(50)设置在所述第一尾气输送主管路上，所述流路控制装置(50)具有第一状态和/或第二状态，且当所述流路控制装置(50)具有第一状态时，所述第一尾气经所述第一尾气输送主管路输送至所述第一气源入口；当所述流路控制装置(50)具有第二状态时，所述第一尾气经所述第一尾气输送支管路外排。
3.根据权利要求2所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括至少一个第一二氧化碳浓度传感器，所述至少一个第一二氧化碳浓度传感器设置在所述第一尾气输送主管路上，位于所述流路控制装置(50)的下游，用于监测所述第一尾气中二氧化碳的浓度，当所述第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～800ppm时，所述流路控制装置(50)具有所述第一状态；当所述第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时，所述流路控制装置(50)具有所述第二状态。
4.根据权利要求2或3所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述第一尾气输送支管路的出口端与所述二氧化碳原料气入口连通。
5.根据权利要求1所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的所述第二尾气出口与所述二氧化碳原料气入口连通。
6.根据权利要求1或2所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括浓缩装置，所述浓缩装置设置有第三气源入口和浓缩气出口，所述第三气源入口与所述第二尾气出口连通，所述浓缩气出口与所述第一气源入口连通。
7.根据权利要求6所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述藻类生物反应单元(20)包括：
第一密闭壳体，所述第一密闭壳体设置有所述第一气源入口、所述第一尾气出口和第一光源；
至少一个藻类生物反应器，所述藻类生物反应器设置在所述第一密闭壳体的内部。
8.根据权利要求7所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，当所述藻类生物反应器为多个时，每个所述藻类生物反应器之间为串联和/或并联方式进行连接。
9.根据权利要求7所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述第一密闭壳体还设置有第一排风口，所述藻类生物反应单元(20)还包括：第一稳压排风装置，所述第一稳压排风装置与所述第一排风口连通，用于使所述排风口的压力与所述第一密闭壳体中的压力之间的压力差≤10Pa。
10.根据权利要求9所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述藻类生物反应单元(20)还包括二氧化碳浓度调节装置，所述二氧化碳浓度调节装置用于根据各个所述藻类生物反应器中微藻的生长阶段调整二氧化碳的浓度。
11.根据权利要求10所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述藻类生物反应单元(20)还包括第一蓄热装置，所述第一蓄热装置设置在所述第一密闭壳体的顶部或向阳侧表面的上部，且所述第一蓄热装置与水平方向的角度能够随射入所述第一密闭壳体的光线的角度进行调整。
12.根据权利要求11所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述藻类生物反应单元(20)还包括第一保温层，所述第一保温层设置在所述第一密闭壳体的内表面或外表面上。
13.根据权利要求7所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述植物培养单元(30)包括：
第二密闭壳体，所述第二密闭壳体设置有所述第二气源入口、所述第二尾气出口和第二光源；
至少一种植物，所述植物设置在所述第二密闭壳体的内部。
14.根据权利要求13所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述第二密闭壳体还设置有第二排风口，所述植物培养单元(30)还包括：第二稳压排风装置，所述第二稳压排风装置与所述第二排风口连通，用于使第二密封壳体外部的大气环境压力与所述第二密闭壳体中的压力之间的差值≤10Pa。
15.根据权利要求14所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括电能供应装置，所述电能供应装置用于向所述第一光源和所述第二光源提供电能。
16.根据权利要求15所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述电能供应装置选自光伏发电装置、风能发电装置或水力发电装置。
17.根据权利要求16所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括第二蓄热装置，所述第二蓄热装置设置在所述第二密闭壳体的顶部或向阳侧表面的上部，且所述第二蓄热装置与水平方向的角度能够随射入所述第二密闭壳体的光线的角度进行调整。
18.根据权利要求17所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括第二保温层，所述第二保温层设置在所述第二密闭壳体的内表面或外表面上。
19.根据权利要求1所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集装置(10)选自液态或固态二氧化碳捕集方法，包括碱性溶液喷淋捕集装置、液态胺吸附装置、固态膜吸附装置、分子筛吸附装置或变压湿法吸附装置。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述第二尾气出口设置有至少一个第二二氧化碳浓度传感器，所述至少一个第二二氧化碳浓度传感器设置在所述第二尾气外排管路上，用于监测所述第二尾气中二氧化碳的浓度，当所述第二尾气中二氧化碳的浓度≤400ppm时，所述第二尾气出口的阀门打开，尾气外排。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统还包括中央控制系统，所述中央控制系统包括：
碳捕集系统的启停和负荷控制单元，用于控制所述碳捕集系统的启动、停止和负荷；
藻类生物反应单元(20)的光照和水循环控制单元，用于控制所述藻类生物反应单元(20)的光照和水供给；
植物培养单元(30)的光照和水循环控制单元，用于控制所述植物培养单元(30)的光照和水供给；
温度调节系统控制单元，用于控制所述藻类生物反应单元(20)和所述植物培养单元(30)的温度；
气体流动控制单元，用于控制所述第一气源入口、所述第一尾气出口、所述第二气源入口及第二尾气出口的开启和闭合；以及
数据储存与分析及反馈单元，所述碳捕集系统的启停和负荷控制单元、所述藻类生物反应单元(20)的光照和水循环控制单元、空气调节系统控制单元和所述气体流动控制单元分别与所述数据储存与分析及反馈单元电连接，用于存储和分析所述碳捕集系统、所述藻类生物反应单元(20)及所述植物培养单元(30)中涉及的各项指标，并对其进行反馈调节。
22.根据权利要求21所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述温度调节系统控制单元包括：
第一温度监测装置，用于监测所述藻类生物反应单元(20)的温度；
第一空调系统，用于调节所述藻类生物反应单元(20)的温度；
第二空调系统，用于调节所述植物培养单元(30)的温度；
第二温度监测装置，用于监测所述植物培养单元(30)的温度。
23.根据权利要求21所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述反馈调节的步骤包括：
检测所述碳捕集-藻类/植物培养固碳系统的环境温度和所述藻类生物反应单元(20)的内部温度，以及所述藻类生物反应单元(20)内部的二氧化碳浓度和所述植物培养单元(30)内部的二氧化碳浓度；
根据所述藻类生物反应单元(20)的环境温度检测数据和所述藻类生物反应单元(20)的内部温度检测数据控制所述第一空调系统的负荷；
根据所述藻类生物反应单元(20)内部的二氧化碳浓度检测数据控制进入所述藻类生物反应单元(20)的气体流量；
根据所述植物培养单元(30)内部的二氧化碳浓度检测数据控制进入所述植物培养单元(30)的气体流量；
根据所述藻类生物反应单元(20)内部的二氧化碳浓度检测数据和所述植物培养单元(30)二氧化碳浓度检测数据控制所述碳捕集系统的富碳气出口排出的二氧化碳的浓度和流量。
24.根据权利要求21所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，当二氧化碳浓度高于400ppm时，从所述植物培养单元(30)排出的气体与从所述富碳气出口排出的气体在换热器(40)中进行热交换；或从所述植物培养单元(30)排出的气体与所述二氧化碳原料气入口连通。
25.根据权利要求21所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，从所述植物培养单元(30)排出的气体经所述换热器(40)换热后进入所述藻类培养系统和/或所述植物培养系统。
26.根据权利要求24所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，从所述富碳气出口排出的气体中二氧化碳的浓度可以从0～100％进行调节。
27.根据权利要求24所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述富碳气出口排出的气体经过所述换热器(40)回收部分冷量或热量，或者通过旁通直接进入所述藻类培养系统和/或所述植物培养系统。
28.根据权利要求1至6中任一项所述的碳捕集-藻类/植物培养固碳系统，其特征在于，所述藻类生物反应单元(20)包括：第三密闭壳体和藻类生物反应装置，所述藻类生物反应装置设置在所述第三密闭壳体内部，且所述藻类生物反应器设置有所述第一气源入口和所述第一尾气出口；
所述植物培养单元(30)包括一个或多个串联或并连的植物培养装置，且所述植物培养单元(30)设置在所述第三密闭壳体中，且所述植物培养装置设置有所述第二气源入口和所述第二尾气出口。
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