CN114788984A - 一种高效节能的二氧化碳回收利用系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于废气回收技术领域，本发明提供了一种高效节能的二氧化碳回收利用系统及其工作方法；所述二氧化碳回收利用系统包括吸入装置、洗涤塔、吸收塔、换热器、解析塔和二氧化碳回收装置以及节能机构，所述节能结构包括气管、真空罐、螺旋管、环形管、传动箱以及鼓风机。本发明通过利用系统本身资源制作制作真空环境，并利用系统本身的资源实现了对烟气本身能量的充分利用，从而实现高效节能的目的。

Description

一种高效节能的二氧化碳回收利用系统及其工作方法

技术领域

本发明属于废气回收技术领域，具体涉及一种高效节能的二氧化碳回收利用系统及其工作方法。

背景技术

随着化工、石灰窑、煤炭、柴油燃烧等许多生产加工行业大力发展，每天烟气排放量也在不断增加。烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸汽、SO2、N2、O2、CO、CO2碳氢化合物以及氮氧化合物等。烟气排放使得更多的二氧化碳排入空气中，引起了温室效应。温室效应带来的全球变暖已经给人类生存造成一定的威胁，例如：1、海平面上升，如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2～4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中。2、气候反常，海洋风暴增多。3、土地干旱，沙漠化面积增大。为此，回收再利用工业废气中的二氧化碳是治理工业废气污染的一种重要途径。

现有的二氧化碳回收系统中，绝大部分都会对烟气的进行冷却，直接冷却从能源利用率方面上考虑，其并不节能，烟气或者二氧化碳中的热能并没有被利用，增加系统的功耗，而且效率及其低下。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高效节能的二氧化碳回收利用系统及其工作方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其包括：

吸入装置，所述吸入装置用于吸入烟气；

洗涤塔，所述洗涤塔的进料口与吸入装置连通，所述洗涤塔用于对吸入的烟气进行洗涤，洗涤塔中设有碱液，用于吸收可溶于碱液的烟气；

吸收塔，所述吸收塔中设有MEA溶液，MEA溶液用于吸收经过洗涤塔洗涤后的烟气中的二氧化碳，所述吸收塔的进料口与所述洗涤塔的出料口连通，所述吸收塔的出料口通过换热器连通至解析塔的进料口；

其中，所述换热器用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热，所述解析塔用于解析冷却预热后的MEA溶液，释放出二氧化碳；

二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置与解析塔的出料口连通，所述二氧化碳回收装置用于对释放的二氧化碳进行净化提纯处；

所述二氧化碳回收利用系统还包括节能机构，所述节能机构包括：

气管，与吸入装置出口端连接，

真空罐，用于产生真空，

螺旋管，与真空罐顶部连接，一侧底部设有进气口，另一侧顶部设有出气口，

环形管，顶部两侧分别与螺旋管的进气口和螺旋管的出气口连接，

传动箱，中部设有隔板，隔板中转动设置有转轴，隔板上方的转轴上固定连接有扇片，所述隔板下方的转轴上设有第一齿轮，隔板下方的传动箱中还转动设置有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相互啮合，隔板上方的传动箱的一侧设有第一进口，另一侧设有第一出口，并分别与环形管底部两端连接；所述隔板下方的传动箱一端设有第二进口，另一端设有第二出口，所述第二进口与所述气管的输出端连接；

鼓风机，其输出端通入传动箱上方。

进一步地，所述二氧化碳回收利用系统还包括涡轮管机构，所述涡轮管机构包括：

横管，所述横管一端的内壁设有尖锥，尖锥外侧为热气出口，另一端设有冷气出口；

入射管，与所述第二出口连接，入射管与横管相互垂直；

螺旋气道，凿制于横管上远离冷气出口一侧的内壁。

进一步地，真空罐的顶部滑动连接有密封滑板，所述真空罐一侧设有入气口。

进一步地，热气出口通向换热器，用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热。

进一步地，冷气出口通向解析塔，用于冷却预热后的MEA溶液。

进一步地，，所述二氧化碳回收利用系统还包括烟管，所述烟管呈螺旋状环绕于真空罐的外壁，所述烟管一端与所述吸入装置输出端连通，用于加热真空罐，另一端与吸入装置输入端连通。

本发明还提供上述一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法，其工作方法如下：

S1，安装管路与阀体，将各个部件通过管路连接，并在管路上安装截止阀门；

S2，检测气密性，通过压力阀检测各个管道的气压在固定时间内的变化值；

S3，启动鼓风机，鼓风机将空气吹入传动箱上层，并带动扇片，空气从环形管进入螺旋管，空气在螺旋管中产生旋转，形成负压，根据伯努利原理，真空罐中的气体逐渐被吸出，形成真空；

S4，利用气管将吸入装置中的烟气引入传动箱的下层，经过加压后从第二出口进入涡轮管机构；

S5，将热气出口端烟气通入换热器，并反向螺旋缠绕与吸收了二氧化碳的MEA溶液管道的外壁；

S6，将冷气出口的低温烟气通向解析塔，并反向螺旋缠绕在预热后的MEA溶液管道的外壁；

S7，反馈，对步骤S6后的MEA溶液温度进行检测，温度高于预设值则将安装在冷气出口上的旁通管开度调小，反之亦然；

S8，检测真空度，真空度达标后，关闭烟管，同时关闭密封滑板，打开入气口，将待加工烟气通入真空罐，然后旋转真空罐，根据密度分布，从真空罐的对应位置选择性吸出较高浓度的二氧化碳混合气体，并将吸出的该部分二氧化碳混合气体通入到洗涤塔进行后续加工。

优选地，步骤S7还包括，对步骤S5后的MEA溶液温度进行检测，温度低于预设值则将安装在热气出口上的旁通管开度调小，反之亦然。

优选地，步骤S3中，螺旋管的气流方向是从下进入螺旋管，从上离开螺旋管。

优选地，步骤S4中，传动箱中的齿轮转动方向和烟气方向相反。

本发明具有的有益效果如下：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明利用系统本身资源制作制作真空环境，通过鼓风机将外界空气高速吹入螺旋管，空气在真空罐的入气口上方产生高速的气体螺旋，根据伯努利原理，气体流速越快，该部分气体压强(气压)将会减小，而真空罐中的气压要比真空罐入气口外的气压大，进而使得真空罐中的气体在压力差的作用下逐渐离开真空罐，最终实现真空罐处于真空状态。

(2)本发明中的鼓风机的另一个作用是，通过外界空气带动传动箱中的扇片转动，进而使得第一齿轮和第二齿轮相互转动啮合时，对烟气进行挤压，烟气被挤压至涡轮管机构，从入射管射入横管，通过凿制于横管上远离冷气出口一侧的内壁的螺旋气道高速旋转，打到尖锥，此时，热量交换后的一部分低温烟气在横管中反向，从冷气出口喷出，这个过程实现了对部分烟气的降温，低温的烟气被涌向通向解析塔，用于冷却预热后的MEA溶液，利用了系统本身的资源实现了对烟气冷量的利用；同时，较高温度的烟气从热气出口通向了换热器，用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热，进一步利用了烟气本身的热量；此过程中，充分的利用了系统本身的资源，实现了对烟气能量的充分利用，从而起到高效节能的作用。

(3)本方案中待加工烟气通入真空罐，然后旋转真空罐，根据密度分布，选择从真空罐的对应位置，吸出较高浓度的二氧化碳混合气体；将该部分气体通入到后续洗涤塔加工，实际操作时，可以根据生产经验，选择性的将较高浓度的二氧化碳混合气体引出，实现了对二氧化碳的初步提纯，并提高了捕捉二氧化碳的效率。

附图说明

图1为本发明一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的节能机构结构示意图；

图2为本发明传动箱的结构示意图；

图3为本发明涡轮管机构的结构示意图；

图4是本发明结构示意图。

附图标记：1、真空罐；2、螺旋管；3、环形管；4、传动箱；5、隔板；6、扇片；7、第一齿轮；8、第二齿轮；9、鼓风机；10、横管；11、入射管；12、螺旋气道；13、尖锥；14、冷气出口；15、热气出口；16、密封滑板；17、烟管；18、第二进口；19、第二出口；20、吸入装置；21、洗涤塔；22、吸收塔；23、换热器；24、解析塔；25、二氧化碳回收装置；26、气管。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。

实施例1

如图1-4所示，一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其包括：

吸入装置20，所述吸入装置用于吸入烟气；

洗涤塔21，所述洗涤塔的进料口与吸入装置连通，所述洗涤塔用于对吸入的烟气进行洗涤，洗涤塔中设有碱液，用于吸收可溶于碱液的烟气；

吸收塔22，所述吸收塔中设有MEA溶液，MEA溶液用于吸收经过洗涤塔洗涤后的烟气中的二氧化碳，所述吸收塔的进料口与所述洗涤塔的出料口连通，所述吸收塔的出料口通过换热器23连通至解析塔24的进料口；本实施例中，吸收塔23设有吸收塔A和吸收塔B；

其中，所述换热器23用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热，所述解析塔24用于解析冷却预热后的MEA溶液，释放出二氧化碳；

二氧化碳回收装置25，所述二氧化碳回收装置与解析塔的出料口连通，所述二氧化碳回收装置用于对释放的二氧化碳进行净化提纯处。

作为优选的实施例，所述二氧化碳回收利用系统还包括节能机构，所述节能机构包括：

气管26，与吸入装置20出口端连接，

真空罐1，用于产生真空，

螺旋管2，与真空罐1顶部连接，一侧底部设有进气口，另一侧顶部设有出气口，

环形管3，顶部两侧分别与螺旋管2的进气口和螺旋管2的出气口连接，

传动箱4，中部设有隔板5，隔板5中转动设置有转轴，隔板5上方的转轴上固定连接有扇片6，所述隔板5下方的转轴上设有第一齿轮7，隔板5下方的传动箱4中还转动设置有第二齿轮8，第一齿轮7与第二齿轮8相互啮合；隔板5上方的传动箱4的一侧设有第一进口，另一侧设有第一出口，第一进口和第一出口分别与环形管3底部两端连接；所述隔板5下方的传动箱4一端设有第二进口18，另一端设有第二出口19，所述第二进口18与所述气管26的输出端连接；

鼓风机9，其输出端通入传动箱4上方。

在其中一个优选的实施例中，所述二氧化碳回收利用系统还包括涡轮管机构，所述涡轮管机构包括：

横管10，所述横管10一端的内壁设有尖锥13，尖锥13外侧为热气出口15，另一端设有冷气出口14；

入射管11，与第二出口19连接，入射管11与横管10相互垂直；

螺旋气道12，凿制于横管10上远离冷气出口14一侧的内壁。

在其中一个优选的实施例中，所述真空罐1的顶部滑动连接有密封滑板16，所述真空罐1一侧设有入气口；所述热气出口15通向换热器23，用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热；所述冷气出口14通向解析塔24，用于冷却预热后的MEA溶液。

本发明实施例中，所述鼓风机9的输出端通入传动箱4上方，鼓风机9转动，使得传动箱4中的扇片6转动，可将空气沿环形管3吹入螺旋管2，空气在螺旋管2中高速旋转形成负压，真空管中的空气被吸出；根据伯努利原理，气体流速越快，该部分气体压强(气压)将会减小，由于真空罐1中的气压要比真空罐1入气口外的气压要大，进而使得真空罐1中的气体在压力差的作用下逐渐离开真空罐1，最终使得真空罐1处于真空状态。

同时，鼓风机9的转动，还可带动传动箱4中的扇片6转动，从而可使得第一齿轮7和第二齿轮8相互转动啮合，对烟气进行挤压，烟气被挤压至涡轮管机构，此时烟气带有较高的压强，从入射管11射入横管10，通过凿制于横管10上远离冷气出口14一侧的内壁的螺旋气道12高速旋转，打到尖锥13，此时，热量交换后的一部分低温烟气在横管10中反向，从冷气出口14喷出，这个过程实现了对部分烟气的降温，低温的烟气被涌向通向解析塔24，用于冷却预热后的MEA溶液，利用了系统本身的资源实现了对烟气冷量的利用；

同时，较高温度的烟气从热气出口15通向了换热器23，用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热，进一步利用了烟气本身的热量；此过程中，充分利用了系统本身的资源，实现了对烟气能量的充分利用，达到了高效节能的目的。

需要说明的是，本发明实施例中的吸入装置20、洗涤塔21、吸收塔22、换热器23、解析塔24、二氧化碳回收装置25、气管26、真空罐1、螺旋管2、环形管3、传动箱4、隔板5、鼓风机9、横管10、入射管11、螺旋气道12以及烟管17等部件，其属于现有技术中存在的部件，在此不再对其具体结构或具体工作原理进行详述。

实施例2

在实施1的基础上，本实施例2在实施例1的基础上进行了优化改进：

作为优选的实施例，所述二氧化碳回收利用系统还包括烟管17，所述烟管17呈螺旋状环绕于真空罐1的外壁，所述烟管17一端与所述吸入装置20输出端连通，用于加热真空罐1，另一端与吸入装置20输入端连通；本方案通过吸入装置20中刚从烟气源排出的温度较高的烟气，利用烟管17的螺旋环绕，对真空罐1中的原有气体进行加热，气体受热膨胀更容易排出真空罐1，从而更加容易形成真空。

实施例3

为了更好地理解实施例1及实施例2提供的所述一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的的工作原理或工作过程，本实施例2详细地说明所述一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法。

所述一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法的具体步骤如下；

S1，安装管路与阀体，将各个部件通过管路连接，并在管路上安装截止阀门；

S2，检测气密性，通过压力阀检测各个管道的气压在固定时间内的变化值；

S3，启动鼓风机9，鼓风机9将空气吹入传动箱4上层，并带动扇片6，空气从环形管3进入螺旋管2，空气在螺旋管2中产生旋转，形成负压，根据伯努利原理，真空罐1中的气体逐渐被吸出，形成真空；

S4，利用气管将吸入装置20中的烟气引入传动箱4的下层，经过加压后从第二出口19进入涡轮管机构；

S5，将热气出口15端烟气通入换热器23，并反向螺旋缠绕与吸收了二氧化碳的MEA溶液管道的外壁；

S6，将冷气出口14的低温烟气通向解析塔24，并反向螺旋缠绕在预热后的MEA溶液管道的外壁；

S7，反馈，对步骤S6后的MEA溶液温度进行检测，温度高于预设值则将安装在冷气出口14上的旁通管开度调小，反之亦然；

S8，检测真空度，真空度达标后，关闭烟管17，同时关闭密封滑板16，打开入气口，将待加工烟气通入真空罐1，然后旋转真空罐1，根据密度分布，从真空罐1的对应位置选择性吸出较高浓度的二氧化碳混合气体，并将吸出的该部分二氧化碳混合气体通入到洗涤塔21进行后续加工。其中，如何检测真空度，属于本领域现有技术的常规技术手段，在此不再对其进行详述。

在其中一个优选的实施例中，所述步骤S7还包括，对步骤S5后的MEA溶液温度进行检测，温度低于预设值则将安装在热气出口15上的旁通管开度调小，反之亦然。

在其中一个具体的实施例中，所述步骤S3中，螺旋管2的气流方向是从下进入螺旋管2，从上离开螺旋管2；所述步骤S4中，传动箱4中的齿轮转动方向和烟气方向相反。

本实施例提供的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法，其利用系统本身资源制作制作真空环境，然后利用真空罐1吸出较高浓度的二氧化碳混合气体，可以实现对二氧化碳的初步提纯，并提高了捕捉二氧化碳的效率，并且可利用系统本身的资源，实现了对烟气能量的充分利用(利用系统本身的资源实现了对部分烟气冷量的利用以及对较高温度的烟气本身热量的利用)，从而实现高效节能的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，包括：

吸入装置，所述吸入装置用于吸入烟气；

洗涤塔，所述洗涤塔的进料口与吸入装置连通，所述洗涤塔用于对吸入的烟气进行洗涤，洗涤塔中设有碱液，用于吸收可溶于碱液的烟气；

吸收塔，所述吸收塔中设有MEA溶液，MEA溶液用于吸收经过洗涤塔洗涤后的烟气中的二氧化碳，所述吸收塔的进料口与所述洗涤塔的出料口连通，所述吸收塔的出料口通过换热器连通至解析塔的进料口；

其中，所述换热器用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热，所述解析塔用于解析冷却预热后的MEA溶液，释放出二氧化碳；

二氧化碳回收装置，所述二氧化碳回收装置与解析塔的出料口连通，所述二氧化碳回收装置用于对释放的二氧化碳进行净化提纯处；

其特征在于，所述二氧化碳回收利用系统还包括节能机构，所述节能机构包括：

气管，与吸入装置出口端连接，

真空罐，用于产生真空，

螺旋管，与真空罐顶部连接，一侧底部设有进气口，另一侧顶部设有出气口，

环形管，顶部两侧分别与螺旋管的进气口和螺旋管的出气口连接，

传动箱，中部设有隔板，隔板中转动设置有转轴，隔板上方的转轴上固定连接有扇片，所述隔板下方的转轴上设有第一齿轮，隔板下方的传动箱中还转动设置有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相互啮合；隔板上方的传动箱的一侧设有第一进口，另一侧设有第一出口，第一进口和第一出口分别与环形管底部两端连接；所述隔板下方的传动箱一端设有第二进口，另一端设有第二出口，所述第二进口与所述气管的输出端连接；

鼓风机，其输出端通入传动箱上方。

2.根据权利要求1所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其特征在于，所述二氧化碳回收利用系统还包括涡轮管机构，所述涡轮管机构包括：

横管，所述横管一端的内壁设有尖锥，尖锥外侧为热气出口，另一端设有冷气出口；

入射管，与所述第二出口连接，入射管与横管相互垂直；

螺旋气道，凿制于横管上远离冷气出口一侧的内壁。

3.根据权利要求2所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其特征在于，所述真空罐的顶部滑动连接有密封滑板，所述真空罐一侧设有入气口。

4.根据权利要求3所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其特征在于，所述热气出口通向换热器，用于对吸收了二氧化碳的MEA溶液进行预热。

5.根据权利要求4所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其特征在于，所述冷气出口通向解析塔，用于冷却预热后的MEA溶液。

6.根据权利要求5所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统，其特征在于，所述二氧化碳回收利用系统还包括烟管，所述烟管呈螺旋状环绕于真空罐的外壁，所述烟管一端与所述吸入装置输出端连通，用于加热真空罐，另一端与吸入装置输入端连通。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，安装管路与阀体，将各个部件通过管路连接，并在管路上安装截止阀门；

S2，检测气密性，通过压力阀检测各个管道的气压在固定时间内的变化值；

S3，启动鼓风机，鼓风机将空气吹入传动箱上层，并带动扇片，空气从环形管进入螺旋管，空气在螺旋管中产生旋转，形成负压，根据伯努利原理，真空罐中的气体逐渐被吸出，形成真空；

S4，利用气管将吸入装置中的烟气引入传动箱的下层，经过加压后从第二出口进入涡轮管机构；

S5，将热气出口端烟气通入换热器，并反向螺旋缠绕与吸收了二氧化碳的MEA溶液管道的外壁；

S6，将冷气出口的低温烟气通向解析塔，并反向螺旋缠绕在预热后的MEA溶液管道的外壁；

S7，反馈，对步骤S6后的MEA溶液温度进行检测，温度高于预设值则将安装在冷气出口上的旁通管开度调小，反之亦然；

S8，检测真空度，真空度达标后，关闭烟管，同时关闭密封滑板，打开入气口，将待加工烟气通入真空罐，然后旋转真空罐，根据密度分布，从真空罐的对应位置选择性吸出较高浓度的二氧化碳混合气体，并将吸出的该部分二氧化碳混合气体通入到洗涤塔进行后续加工。

8.根据权利要求7所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法，其特征在于，步骤S7还包括，对步骤S5后的MEA溶液温度进行检测，温度低于预设值则将安装在热气出口上的旁通管开度调小，反之亦然。

9.根据权利要求8所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法，其特征在于，步骤S3中，螺旋管的气流方向是从下进入螺旋管，从上离开螺旋管。

10.根据权利要求7所述的一种高效节能的二氧化碳回收利用系统的工作方法，其特征在于，步骤S4中，传动箱中的齿轮转动方向和烟气方向相反。

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