CN114713016A - 一种分布式能源驱动的空气捕碳装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式能源驱动的空气捕碳装置及方法，包括空气接触器、第一反应器、第二反应器、干燥器、煅烧器和储气罐；所述空气接触器具有空气入口和空气出口，空气接触器的液体出口与第一反应器的液体入口连接；第一反应器的固体出口连接至干燥器的入口，干燥器的气体出口连接第二反应器的气体入口，第二反应器的出口连接第一反应器的固体入口；干燥器的固体出口连接至煅烧器的入口，煅烧器的气体出口连接储气罐，煅烧器的固体出口连接第二反应器的固体入口。本发明空气中捕碳不但可以捕集化石燃料电厂等大型排放源产生的二氧化碳，也可捕集小规模的、分散的污染源产生的二氧化碳。为解决日益严重的环境问题提供一条选择的途径。
Description
技术领域
本发明属于空气捕碳技术领域，特别涉及一种分布式能源驱动的空气捕碳装置及方法。
背景技术
众所周知，全球气候变暖问题是当今国际社会普遍关注的重要问题之一。全球变暖会使冰川消融，海平面上升，海拔较低的沿海城市将面临着被淹没的危险，观测表明，近100年来海平面上升了了14～15厘米。全球变暖会改变植被的结构、组成及数量，危害生物的多样性，破坏生态系统的平衡，根据世界自然保护基金会的报告，若全球的变暖的趋势不能有效遏制，到2100年，全世界将有三分之一的动物栖息地发生根本性变化。气候变暖会导致强降水、高温天气等极端天气事件发生的频率增加。
大量燃烧化石燃料所释放的温室气体是气候变暖的主要原因。其中，二氧化碳占温室气体的比重达77％以上。因此，要遏制气候变暖的趋势，关键是要控制二氧化碳的大量排放。近年来，随着科技的进步，清洁能源在工业化国家能源结构中比重越来越高，煤炭等化石燃料的份额呈下降趋势。人类如果找不到有效的减排和回收二氧化碳的方法，化石燃料的继续大量使用势必会对地球环境的产生不可逆转的影响。降低空气中二氧化碳的含量已刻不容缓，许多国家为此做出了大量努力。
虽然人们对全球气候变暖的严峻形势给予了极大的关注，但是，在目前的科学技术和经济条件下，要完成《京都议定书》规定的减排任务、达到稳定温室气体浓度的长远目标还有很大困难。在全球范围内要有效的防止全球气候变化，必须减少60％的二氧化碳排放，任务极为艰巨。在各种减少二氧化碳的可选方法中，碳捕集与封存技术被寄予了巨大的期望，因为化石能源利用是二氧化碳排放的主要来源，而碳捕集与封存(carbon captureand storage，CCS)技术能显著减少化石能源利用过程中二氧化碳的净排放。碳捕集与封存技术作为最有效的低碳技术之一，大力推动其规模化应用，将有助于在短期内大幅削减二氧化碳排放量并有效缓解温室效应。碳捕集与封存是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存或利用以避免其排放到大气中的技术。
综上，亟需提出一种分布式能源驱动的空气捕碳技术，遏制大气中二氧化碳浓度升高，充分利用储量丰富的新能源驱动，缓解其运行能耗高的矛盾。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种分布式能源驱动的空气捕碳装置及方法。本发明空气中捕碳不但可以捕集化石燃料电厂等大型排放源产生的二氧化碳，也可捕集小规模的、分散的污染源产生的二氧化碳。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，包括空气接触器、第一反应器、第二反应器、干燥器、煅烧器和储气罐；
所述空气接触器具有空气入口和空气出口，空气接触器的液体出口与第一反应器的液体入口连接；第一反应器的固体出口连接至干燥器的入口，干燥器的气体出口连接第二反应器的气体入口，第二反应器的出口连接第一反应器的固体入口；干燥器的固体出口连接至煅烧器的入口，煅烧器的气体出口连接储气罐，煅烧器的固体出口连接第二反应器的固体入口。
作为本发明的进一步改进，还包括存储容器，第一反应器的液体出口与存储容器的入口连接，存储容器的出口连接空气接触器的液体入口。
作为本发明的进一步改进，所述空气接触器中具有氢氧化钠溶液。
作为本发明的进一步改进，所述第一反应器中具有氢氧化钙。
作为本发明的进一步改进，所述第一反应器得到的碳酸钙固体运送至干燥器；干燥器中碳酸钙固体在蒸发掉水分以后，将干燥后的碳酸钙固体运送至煅烧器煅烧。
作为本发明的进一步改进，所述分布式能源驱动的空气捕碳装置布置在新能源系统、微网系统以及大电网系统中的一种或多种。
一种分布式能源驱动的空气捕碳装置的捕碳方法，包括以下步骤：
将空气压入装有氢氧化钠溶液的空气接触器，氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳发生化学反应产生碳酸钠和水；空气接触器中产生的碳酸钠溶液与第一反应器的氢氧化钙反应，将产物碳酸钙固体运送至干燥器；碳酸钙固体在干燥器中蒸发掉水分以后，将干燥后的碳酸钙固体运送至煅烧器煅烧，分解产生氧化钙和二氧化碳，氧化钙进入第二反应器，与水反应再生产生氢氧化钙，二氧化碳则经过提纯压缩环节进入储气罐。
还包括：
第一反应器将氢氧化钠溶液存入存储容器，然后加入空气接触器中循环使用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
传统CCS设施只能建设在化石燃料电厂、化工企业、钢铁企业等大型二氧化碳排放源附近，而本发明的空气捕碳装置受地点约束较少，布置更加灵活。二氧化碳的捕集同封存密切相关，为了防止其封存时泄露，二氧化碳对封存地点有严格要求。空气中捕碳设施布置在适合封存的地点，可以减少封存过程中产生的运输成本，有利于推动捕碳技术的发展。空气中捕碳不但可以捕集化石燃料电厂等大型排放源产生的二氧化碳，也可捕集小规模的、分散的污染源产生的二氧化碳。且能够直接降低空气中二氧化碳浓度。具体地，提出一种基于分布式能源驱动的化学吸收法，空气中捕碳具有空气接触器、第一反应器、第二反应器、干燥器、煅烧器和储气罐，分布式能源的驱动方式分别为新能源专门驱动的捕碳装置、布置在微网中的捕碳装置以及布置在大电网中的捕碳装置。利用储量丰富、取之不尽用之不竭的自然资源降低空气中二氧化碳的含量，为解决日益严重的环境问题提供一条选择的途径。各个捕碳环节可以独立控制。
进一步，虽然直接从空气中捕碳与传统的CCS技术相比有许多优势，但是，空气中的二氧化碳浓度远低于化石燃料电厂等大型排放源的二氧化碳浓度，从空气中捕碳需要消耗更多的能源。现代化石能源日益紧缺，采用化石能源为捕碳设备提供动力不符合社会可持续发展的要求，需寻找其它可用的替代能源。太阳能、风能等新能源开发潜力巨大，利用过程中不会排放附加的二氧化碳，是驱动空气中捕碳设备的理想动力。
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分布式能源驱动下的空气捕碳装置示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
由于太阳能、风能等新能源储量丰富，开发利用过程对环境基本无污染，符合低碳经济的要求，有巨大的开发利用潜力。然而，新能源出力的间歇性、波动性以及与负荷需求在时间与空间上不能良好的匹配等特点也阻碍了其应用的规模。空气捕碳装置能耗高，使用常规能源驱动会让本就日趋严峻的能源问题雪上加霜，而且，常规能源的使用会产生大量的二氧化碳，造成空气中捕碳技术的应用达不到应有的效果。但是，空气捕碳装置的建设选址灵活，对负荷的可靠性要求较低，可以使用波动性、间歇性能源驱动。利用分布式能源驱动空气中捕碳装置，能融合新能源与捕碳装置负荷的特点。分布式能源驱动空气捕碳技术的应用，利用储量丰富、取之不尽用之不竭的自然资源降低空气中二氧化碳的含量，为解决日益严重的环境问题提供一条选择的途径。
如图1所示，本发明提供一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，包括空气接触器1、第一反应器3、第二反应器4、干燥器5、煅烧器6和储气罐7；
所述空气接触器1具有空气入口和空气出口，空气接触器1的液体出口与第一反应器3的液体入口连接；第一反应器3的固体出口连接至干燥器5的入口，干燥器5的气体出口连接第二反应器4的气体入口，第二反应器4的出口连接第一反应器3的固体入口；干燥器5的固体出口连接至煅烧器6的入口，煅烧器6的气体出口连接储气罐7，煅烧器6的固体出口连接第二反应器4的固体入口。
为了实现资源利用，还包括存储容器2，第一反应器3的液体出口与存储容器2的入口连接，存储容器2的出口连接空气接触器1的液体入口。
其中，所述空气接触器1中具有氢氧化钠溶液。所述第一反应器3中具有氢氧化钙。
本发明分布式能源驱动空气捕碳技术的应用，利用储量丰富、取之不尽用之不竭的自然资源降低空气中二氧化碳的含量，为解决日益严重的环境问题提供一条选择的途径。
原理为：将空气压入装有氢氧化钠溶液的空气接触器1，氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳发生化学反应产生碳酸钠和水。空气接触器1中产生的碳酸钠溶液与第一反应器3的氢氧化钙反应，产生氢氧化钠溶液和碳酸钙，将氢氧化钠溶液存入存储容器2，实现循环利用，将碳酸钙固体运送至干燥器5。碳酸钙固体在干燥器5中蒸发掉水分以后，将干燥后的碳酸钙固体运送至煅烧器6煅烧，分解产生氧化钙和二氧化碳，氧化钙进入第二反应器4，与水反应再生产生氢氧化钙，二氧化碳则经过提纯压缩环节进入储气罐7。
所述的分布式能源的驱动方式分别为新能源专门驱动的捕碳装置、布置在微网中的捕碳装置以及布置在大电网中的捕碳装置。
对于新能源丰富但远离负荷中心的地区，如沙漠、岛屿等，其电网结构相对薄弱甚至电网尚未覆盖，新能源电力难以大规模并网。同时，由于输送距离较远，电能向外输送成本高。而且，波动性新能源的远距离输送会增加电力系统运行控制的难度与稳定运行风险。因此，在风能、太阳能等新能源丰富的地区，可以布置新能源专门驱动捕碳装置来捕集空气中的二氧化碳。
微网内风电、光伏发电等电源受环境影响大，出力波动幅度较大。以风电、光伏发电等组成的微网，其稳定出力占装机容量的比例低于传统电源组成的电网。为满足负荷需求，新能源组成的微网需要配置较大的装机容量。风电、光伏发电等新能源电源的出力较大时，微网总出力将大于用户实际的负荷需求。这部分具有不确定性、难以消纳的电能，是经济价值较低的电能，可以利用这部分电能来驱动空气中捕碳装置，在功率富余时捕集二氧化碳。
在含有波动性新能源的大电网中布置捕碳装置，吸纳波动性新能源的舍弃电量，能在一定程度上缓解新能源与负荷需求时间的不匹配性，可以减少新能源发电的出力损失，以提高新能源电源并网发电的经济性。在新能源接入大电网的附近位置布置捕碳装置，可以消纳部分经济价值低电能，同时能够降低新能源电源对电网可用输电能力的影响。
在这种情况下，电源的波动频繁，波动幅度较大，对捕碳装置运行控制的难度较大。保证捕碳装置的优化运行主要从两个方面考虑，一是目前广泛研究的利用电源之间出力的互补性降低波动性；二是优化捕碳装置的设计，使其能在更广的功率范围正常运行。
本发明利用太阳能、风能等分布式能源驱动捕碳设置从空气中捕碳能够降低大气中二氧化碳浓度，减缓了气候变暖。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
空气中捕碳，分为两个部分，一部分是从空气中吸收二氧化碳，另一部分是二氧化碳的再生环节，即把捕集的二氧化碳分离出来。二氧化碳的吸收分离方法主要包括物理吸收法和化学吸收法。物理吸收法是采用二氧化碳溶解度大、性能稳定、选择性好的有机溶剂，在特定的条件下(例如降温、加压)溶解和吸收二氧化碳，然后改变操作条件(如升温、降压)进行二氧化碳的释放和溶剂的再生。化学吸收法主要采用碱性溶液同二氧化碳进行快速反应，溶解吸收二氧化碳，然后改变条件，分解释放二氧化碳气体，同时再生吸收剂。
请参阅图1，本发明实施例的一种分布式能源驱动下的空气捕碳装置。首先，将空气压入装有氢氧化钠溶液的空气接触器1，氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳发生化学反应产生碳酸钠和水。进一步地，空气接触器1中产生的碳酸钠溶液与第一反应器3的氢氧化钙反应，产生氢氧化钠溶液和碳酸钙，将氢氧化钠溶液存入存储容器2，实现循环利用，将碳酸钙固体运送至干燥器5。进一步地，碳酸钙固体在干燥器5中蒸发掉水分以后，将干燥后的碳酸钙固体运送至煅烧器6煅烧，分解产生氧化钙和二氧化碳，氧化钙进入第二反应器4，与水反应再生产生氢氧化钙，二氧化碳则经过提纯压缩环节进入储气罐7。
空气中捕碳与传统的CCS技术有类似的捕集原理。只是CCS技术针对大型的二氧化碳排放源，而空气中捕碳面向分散的、小规模的二氧化碳排放源。同时，由于空气中二氧化碳浓度约为0.03％，远低于化石能源电厂排放的二氧化碳浓度，所以空气中捕集二氧化碳能耗远高于CCS捕集的能耗，但空气中捕碳系统的选址非常灵活，便于选择有利的储存地点。
本发明对于新能源丰富但远离负荷中心的地区，尤其风能、太阳能等新能源丰富的地区，可以布置新能源专门驱动捕碳装置来捕集空气中的二氧化碳。微网内风电、光伏发电等电源受环境影响大，出力波动幅度较大。这部分具有不确定性、难以消纳的电能，是经济价值较低的电能，可以利用这部分电能来驱动空气中捕碳装置，在功率富余时捕集二氧化碳。在含有波动性新能源的大电网中布置捕碳装置，吸纳波动性新能源的舍弃电量，能在一定程度上缓解新能源与负荷需求时间的不匹配性，可以减少新能源发电的出力损失，以提高新能源电源并网发电的经济性。
本发明具有以下特点：
首先，捕碳装置的布置地点基本不受限制。捕碳装置选址时，主要考虑的是新能源的分布以及捕集的二氧化碳的封存，捕碳装置的布置地点要求与新能源分布相匹配，提高新能源的利用率。
充分利用捕碳装置的负荷的可中断特性，捕碳装置能够快速投切及时响应电源的变化。捕碳装置的能耗较高，尽量使捕碳装置使用经济价值较低的电能。
稳定、连续、可控性好的电力经济价值较高，而波动性强、间歇、可控性差的电力经济价值较低；负荷高峰时断的电力价值较高，负荷低谷时段电力价值较低。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)传统CCS设施只能建设在化石燃料电厂、化工企业、钢铁企业等大型二氧化碳排放源附近，而空气捕碳装置受地点约束较少，布置更加灵活。二氧化碳的捕集同封存密切相关，为了防止其封存时泄露，二氧化碳对封存地点有严格要求。空气中捕碳设施布置在适合封存的地点，可以减少封存过程中产生的运输成本，有利于推动捕碳技术的发展。
2)空气中捕碳不但可以捕集化石燃料电厂等大型排放源产生的二氧化碳，也可捕集小规模的、分散的污染源产生的二氧化碳。
3)能够直接降低空气中二氧化碳浓度。
4)空气中捕碳各个捕碳环节可以独立控制。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，其特征在于，包括空气接触器(1)、第一反应器(3)、第二反应器(4)、干燥器(5)、煅烧器(6)和储气罐(7)；
所述空气接触器(1)具有空气入口和空气出口，空气接触器(1)的液体出口与第一反应器(3)的液体入口连接；第一反应器(3)的固体出口连接至干燥器(5)的入口，干燥器(5)的气体出口连接第二反应器(4)的气体入口，第二反应器(4)的出口连接第一反应器(3)的固体入口；干燥器(5)的固体出口连接至煅烧器(6)的入口，煅烧器(6)的气体出口连接储气罐(7)，煅烧器(6)的固体出口连接第二反应器(4)的固体入口。
2.根据权利要求1所述的一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，其特征在于，还包括存储容器(2)，第一反应器(3)的液体出口与存储容器(2)的入口连接，存储容器(2)的出口连接空气接触器(1)的液体入口。
3.根据权利要求1所述的一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，其特征在于，所述空气接触器(1)中具有氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，其特征在于，所述第一反应器(3)中具有氢氧化钙。
5.根据权利要求1所述的一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，其特征在于，所述第一反应器(3)得到的碳酸钙固体运送至干燥器(5)；干燥器(5)中碳酸钙固体在蒸发掉水分以后，将干燥后的碳酸钙固体运送至煅烧器(6)煅烧。
6.根据权利要求1所述的一种分布式能源驱动的空气捕碳装置，其特征在于，所述分布式能源驱动的空气捕碳装置布置在新能源系统、微网系统以及大电网系统中的一种或多种。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的分布式能源驱动的空气捕碳装置的捕碳方法，其特征在于，包括以下步骤：
将空气压入装有氢氧化钠溶液的空气接触器(1)，氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳发生化学反应产生碳酸钠和水；空气接触器(1)中产生的碳酸钠溶液与第一反应器(3)的氢氧化钙反应，将产物碳酸钙固体运送至干燥器(5)；碳酸钙固体在干燥器(5)中蒸发掉水分以后，将干燥后的碳酸钙固体运送至煅烧器(6)煅烧，分解产生氧化钙和二氧化碳，氧化钙进入第二反应器(4)，与水反应再生产生氢氧化钙，二氧化碳则经过提纯压缩环节进入储气罐(7)。
8.根据权利要求7所述的一种分布式能源驱动的空气捕碳装置的捕碳方法，其特征在于，还包括：
第一反应器(3)将氢氧化钠溶液存入存储容器(2)，然后加入空气接触器(1)中循环使用。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101983098A (zh) * | 2009-03-10 | 2011-03-02 | 卡勒拉公司 | 加工co2的系统和方法 |
| CN102639209A (zh) * | 2009-03-17 | 2012-08-15 | 彼得·艾森伯格尔 | 二氧化碳捕集/再生结构和技术 |
| CN102773006A (zh) * | 2012-08-17 | 2012-11-14 | 西安瑞驰节能工程有限责任公司 | 一种以CaO 为载体循环捕集二氧化碳的设备及工艺 |
| KR20130057791A (ko) * | 2011-11-24 | 2013-06-03 | 한국에너지기술연구원 | 다단 공급형 건식 이산화탄소 포집장치 |
| CN105473504A (zh) * | 2013-03-13 | 2016-04-06 | 碳工程合伙有限公司 | 通过碳酸钙晶群回收苛性碱溶液 |
| CN113582214A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-11-02 | 上海源晗能源技术有限公司 | 一种绿色低碳闭环冶金及二氧化碳捕集利用工艺 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101983098A (zh) * | 2009-03-10 | 2011-03-02 | 卡勒拉公司 | 加工co2的系统和方法 |
| CN102639209A (zh) * | 2009-03-17 | 2012-08-15 | 彼得·艾森伯格尔 | 二氧化碳捕集/再生结构和技术 |
| KR20130057791A (ko) * | 2011-11-24 | 2013-06-03 | 한국에너지기술연구원 | 다단 공급형 건식 이산화탄소 포집장치 |
| CN102773006A (zh) * | 2012-08-17 | 2012-11-14 | 西安瑞驰节能工程有限责任公司 | 一种以CaO 为载体循环捕集二氧化碳的设备及工艺 |
| CN105473504A (zh) * | 2013-03-13 | 2016-04-06 | 碳工程合伙有限公司 | 通过碳酸钙晶群回收苛性碱溶液 |
| CN113582214A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-11-02 | 上海源晗能源技术有限公司 | 一种绿色低碳闭环冶金及二氧化碳捕集利用工艺 |
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