CN114853047A - 一种分布式海水二氧化碳捕集装置及其使用方法 - Google Patents

一种分布式海水二氧化碳捕集装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式海水二氧化碳捕集装置及其使用方法，包括反应罐、储气罐和海水静置池；反应罐内部由外之内设置回转阳极筒和阴极筒，回转阳极筒受驱动沿自身中轴线转动，反应罐内筒壁上设置剥离体，反应罐的顶盖开孔并连接气体收集管道，反应罐通过气体收集管道连接储气罐；反应罐通过海水输入管道连接水源，反应罐通过海水输出管道连接海水静置池，反应罐通过沉淀回收管道连接至外部土壤封埋区域。本发明利用清洁能源对海水中的二氧化碳进行捕集，进而间接捕集空气中的二氧化碳，并利用电解产生的副产物，生产氢气，相比于传统的碳捕集装置，本装置能效高、可使用包括可再生能源在内的多类能源，实现了二氧化碳的连续处理。

Description

一种分布式海水二氧化碳捕集装置及其使用方法
技术领域
本发明属于碳中和技术领域，具体来说涉及一种分布式海水二氧化碳捕集装置及其使用方法。
背景技术
近年来，化石燃料的大量燃烧使空气中二氧化碳浓度不断升高，导致全球变暖问题日益严重。国家响应趋势，立下“碳中和”目标。但在现有能源结构和人口规模下，依照已有函数估计，仅仅对于企业排放限制以及技术迭代升级来减少碳排放很难达到“碳中和”目标，因此引入高效稳定的“碳捕集”技术势在必行。
现有的二氧化碳捕集分离方法包括溶液吸收法、固体吸附法、膜分离法等，其中吸收法应用最广，但吸收介质再生能耗较高。且对介质对环境的影响存在较大争议。传统的二氧化碳吸附装置多采用固定床、转环或流化床形式，捕集对象多为二氧化碳浓度为10％-30％的化石燃料燃烧后气体。捕集装置的循环运行方法包括变压吸附、变温吸附、变湿吸附等。对于固定床形式的捕集装置，由于吸附与再生需要独立进行，其无法实现单个固定床的连续吸附-再生过程。
现有的二氧化碳捕集技术一大难点在于高碳含量碳源处理，为避免在收集高浓度碳源耗能，处理气多为工厂烟气。而海洋天然溶解大量二氧化碳浓度，原料易得，且利用海洋的清洁能源，能够大大增加处理能效，目前尚缺乏对于海水介质中二氧化碳进行捕集的分布式式系统的研究和报道。
发明内容
针对本领域中二氧化碳捕集技术的缺陷，本发明提供一种分布式海水二氧化碳捕集装置及其使用方法，依据海水能够吸收空气中的二氧化碳以及海水中二氧化碳的巨大储量，可直接对海水中的二氧化碳进行捕集，以实现对空气中二氧化碳的间接捕集。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种分布式海水二氧化碳捕集装置，包括反应罐、储气罐和海水静置池；
所述反应罐内部由外之内设置回转阳极筒和阴极筒，回转阳极筒受驱动沿自身中轴线转动，所述反应罐内筒壁上设置用于剥离附着在回转阳极筒上沉淀的剥离体，所述反应罐的顶盖开孔并连接气体收集管道，所述反应罐通过气体收集管道连接储气罐；
所述反应罐通过海水输入管道连接水源，所述反应罐通过海水输出管道连接海水静置池，所述反应罐通过沉淀回收管道连接至外部土壤封埋区域。
在上述技术方案中，所述反应罐内设置驱动回转阳极筒转动的电动机。
在上述技术方案中，所述电动机连接风力发电装置、潮汐发电装置或太阳能发电装置。
在上述技术方案中，所述回转阳极筒的筒壁上设置网孔，采用电活性介质-铁基网的形式。
在上述技术方案中，所述阴极筒为石墨制成。
在上述技术方案中，所述海水输入管道的输入端设置于反应罐内部回转阳极筒与反应罐筒壁之间的底部区域。
在上述技术方案中，所述海水输出管道的输出端连接在所述阴极筒的底部。
在上述技术方案中，所述气体收集管道上设置冷凝装置和干燥装置。
在上述技术方案中，所述反应罐顶盖设置用于投料的投料口。
一种分布式海水二氧化碳捕集装置的使用方法，如下所述：
海水由海水输入管道流入回转阳极筒与反应罐筒壁之间的区域，通过阴极筒上部进入海水输出管道，直至流向海水静置池，在此过程中，回转阳极筒和阴极筒作为电解反应的两极对流经的未处理海水进行电解处理：第一、在回转阳极筒附近的阳极区内，添加的碱性物质中的氢氧根与海水中的钙离子和溶解的二氧化碳气体发生反应，产生碳酸钙固体沉淀附着在回转阳极筒上，随着回转阳极筒的转动剥离体将沉淀剥离，通过沉淀回收管道排至外部土壤封埋区域；第二、在阴极筒附近的阴极区内，电解产生氢气和水蒸气的混合气体，经由气体收集管道上的冷凝装置、干燥装置，在储气罐内获得氢气副产物。
在上述技术方案中，所述碱性物质优选为石灰。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
一、本发明公开了一种分布式海水二氧化碳捕集装置，利用清洁能源对海水中的二氧化碳进行捕集，进而间接捕集空气中的二氧化碳，并利用电解产生的副产物，生产氢气，相比于传统的碳捕集装置，本装置的能效高、可使用包括可再生能源在内的多类能源，实现了二氧化碳的连续处理。
二、本发明所使用能量以清洁能源为主，副产物经济效益高，综合能源利用效率可达62.03％。
三、本发明使用具有良好电化学性能的阴阳极材料，回转阳极以适宜的转速顺时针变速转动，阳极铁基网达到接近沉淀附着饱和的状态时，经反应罐内壁剥离体后，利用海水将附着碳酸钙沉淀以悬浊液形式排出或封存，因此能满足连续捕集的要求。
四、本发明使用海水自身对吸附装置进行再生，被冲出生产装置的碳酸钙悬浊液经沉淀后得到的碳酸钙固体沉淀可以被利用或者封存于地底进行自然再矿化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种分布式海水二氧化碳捕集装置的结构示意图(一)。
图2为本发明一种分布式海水二氧化碳捕集装置的结构示意图(二)。
图3为反应罐结构示意图。
图4为反应罐和气体收集装置结构示意图。
图5为气体收集装置结构示意图。
图中标号：1为反应罐，2为海水输入管道，3为回转阳极筒，4为阴极筒，5为海水输出管道，6为海水静置池，7为气体收集管道，8为储气罐，9为沉淀回收管道，10为剥离体，11为风力发电机。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种分布式海水二氧化碳捕集装置，包括反应罐1、储气罐8和海水静置池6；
所述反应罐1内部由外之内设置回转阳极筒3和阴极筒4，回转阳极筒3受驱动沿自身中轴线转动，所述反应罐1内筒壁上设置用于剥离附着在回转阳极筒1上沉淀的剥离体10，所述反应罐1的顶盖开孔并连接气体收集管道7，所述反应罐1通过气体收集管道7连接储气罐8；
所述反应罐1通过海水输入管道2连接水源，所述反应罐1通过海水输出管道5连接海水静置池6，所述反应罐1通过沉淀回收管道9连接至外部土壤封埋区域。
在本实施例中，所述回转阳极筒3的筒壁上设置网孔，采用电活性介质-铁基网的形式，加大反应接触面积和附着面积，回转阳极筒3沿顺时针转动，速度与海水输入管道2的进水量有关。所述阴极筒4为石墨制成。
在本实施例中，所述海水输入管道2的输入端设置于反应罐1内部回转阳极筒3与反应罐1筒壁之间的底部区域；所述海水输出管道5的输出端连接在所述阴极筒4的底部。
在本实施例中，所述气体收集管道7上设置冷凝装置和干燥装置。
在本实施例中，所述反应罐1顶盖设置用于投料的投料口，碱性物质如石灰由此投料口投入反应罐中。
上述实施例中的一种分布式海水二氧化碳捕集装置在进行使用时：
海水由海水输入管道流入回转阳极筒与反应罐筒壁之间的区域，通过阴极筒上部进入海水输出管道，直至流向海水静置池，在此过程中，回转阳极筒和阴极筒作为电解反应的两极对流经的未处理海水进行电解处理：第一、在回转阳极筒附近的阳极区内，添加的碱性物质中的氢氧根与海水中的钙离子和溶解的二氧化碳气体发生反应，产生碳酸钙固体沉淀附着在回转阳极筒上，随着回转阳极筒的转动剥离体将沉淀剥离，通过沉淀回收管道排至外部土壤封埋区域；第二、在阴极筒附近的阴极区内，电解产生氢气和水蒸气的混合气体，经由气体收集管道上的冷凝装置、干燥装置，在储气罐内获得氢气副产物。
实施例2
在上述本实施例的基础上，在反应罐1内设置驱动回转阳极筒转动的电动机；所述电动机连接风力发电装置、潮汐发电装置或太阳能发电装置。电动机驱动回转阳极筒3以适宜的转速变速转动，每转动一圈，都会经过反应容器内壁的剥离体将其上附着的沉淀剥离下来，稳定后剥离的沉淀和溶液中析出的沉淀达到动态平衡，经回转加速后利用海水将附着碳酸钙沉淀以悬浊液形式冲出。
相比于传统的二氧化碳捕集装置，本装置省去了中间低浓度碳源富集高浓度碳源的能量损耗，并实现了不间断式的捕集和副产物再生过程，且系统结构简单、使用方便，耗能低，能效高；相比传统的转轮或转环式二氧化碳捕集装置，本装置利用海水作为天然的中间介质，利用处理海水中的二氧化碳来间接实现对空气中二氧化碳的捕集，同时可解决海水酸化和温室效应问题。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：包括反应罐、储气罐和海水静置池；
所述反应罐内部由外之内设置回转阳极筒和阴极筒，回转阳极筒受驱动沿自身中轴线转动，所述反应罐内筒壁上设置用于剥离附着在回转阳极筒上沉淀的剥离体，所述反应罐的顶盖开孔并连接气体收集管道，所述反应罐通过气体收集管道连接储气罐；
所述反应罐通过海水输入管道连接水源，所述反应罐通过海水输出管道连接海水静置池，所述反应罐通过沉淀回收管道连接至外部土壤封埋区域。
2.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述反应罐内设置驱动回转阳极筒转动的电动机。
3.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述电动机连接风力发电装置、潮汐发电装置或太阳能发电装置。
4.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述回转阳极筒的筒壁上设置网孔，采用电活性介质-铁基网的形式。
5.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述阴极筒为石墨制成。
6.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述海水输入管道的输入端设置于反应罐内部回转阳极筒与反应罐筒壁之间的底部区域。
7.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述海水输出管道的输出端连接在所述阴极筒的底部。
8.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述气体收集管道上设置冷凝装置和干燥装置。
9.根据权利要求1所述的一种分布式海水二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述反应罐顶盖设置用于投料的投料口。
10.一种分布式海水二氧化碳捕集装置的使用方法，其特征在于：
海水由海水输入管道流入回转阳极筒与反应罐筒壁之间的区域，通过阴极筒上部进入海水输出管道，直至流向海水静置池，在此过程中，回转阳极筒和阴极筒作为电解反应的两极对流经的未处理海水进行电解处理：第一、在回转阳极筒附近的阳极区内，添加的碱性物质中的氢氧根与海水中的钙离子和溶解的二氧化碳气体发生反应，产生碳酸钙固体沉淀附着在回转阳极筒上，随着回转阳极筒的转动剥离体将沉淀剥离，通过沉淀回收管道排至外部土壤封埋区域；第二、在阴极筒附近的阴极区内，电解产生氢气和水蒸气的混合气体，经由气体收集管道上的冷凝装置、干燥装置，在储气罐内获得氢气副产物。
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