CN114870602A - 一种基于电容去离子技术的碳捕捉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括吸收室、电容去离子装置、混合槽和分离室，所述电容去离子装置包括A室和B室，锅炉废气输入口与分离室盘管入口连通，所述分离室盘管出口与吸收室连通，吸收室的吸收剂出口、分离室的氯化钾沉淀出口分别与混合槽连通，混合槽底部与电容去离子装置的A室连通，电容去离子装置的B室与所述分离室的参杂吸收剂溶液入口连通，所述电容去离子装置的A室、B室分别与闪蒸罐连通，所述闪蒸罐与储存二氧化碳的储存罐连接。本发明使电容去离子技术在碳捕捉系统中由传统的间歇性工作转变成连续性工作。

Description

一种基于电容去离子技术的碳捕捉系统
技术领域
本发明涉及碳捕获领域，尤其涉及一种基于碳酸钾吸收剂结合电容去离子技术调节pH值的碳捕捉系统。
背景技术
至今已经有很多种CO2的捕捉工艺，但对锅炉废气中的CO2捕捉几乎都要涉及胺吸收剂。胺吸收剂固然是一种好的CO2吸附溶剂，但胺是有毒有害的化合物，且在后续解析CO2是还需要用到一定的高温，这样就再次增加了不少能耗。而在近几年中应用于海水淡化领域的电容去离子技术(CDI)走进了我们的视野，利用电容去离子技术配合其它吸收剂捕获废气中的CO2将不再需要太高的温度，且电容器所消耗的电能也是较低的，所以CDI捕获CO2不经为一种可行方案。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于碳酸钾吸收剂结合电容去离子技术调节pH值的碳捕捉系统。
技术方案：本发明包括吸收室、电容去离子装置、混合槽和分离室，所述电容去离子装置包括A室和B室，锅炉废气输入口与分离室盘管入口连通，所述分离室盘管出口与吸收室连通，吸收室的吸收剂出口、分离室的氯化钾沉淀出口分别与混合槽连通，混合槽底部与电容去离子装置的A室连通，电容去离子装置的B室与所述分离室的参杂吸收剂溶液入口连通，所述电容去离子装置的A室、B室分别与闪蒸罐连通，所述闪蒸罐与储存二氧化碳的储存罐连接。
进一步地，所述吸收室包括导流板，废气入口，吸收剂出口，喷淋管，循环碳酸钾入口，剩余废气出口，起泡剂入口。
进一步地，所述分离室包括氯化钾沉淀出口，斜面板，参杂吸收剂溶液入口，甲醇入口，甲醇蒸汽出口，换热盘管和循环吸收剂出口，其中换热盘管包括盘管出口和盘管入口。
进一步地，所述电容去离子装置的A室和B室中间由阴离子膜隔开，外侧为电极与电极，A室pH值传感器、B室pH值传感器分别置于闪蒸罐一侧。
进一步地，所述混合槽与分离室通过第一电磁阀与电容去离子装置的A室、B室连通。
进一步地，所述混合槽与第一电磁阀之间连接有驱动泵。
进一步地，所述电容去离子装置与闪蒸罐之间设置有第二电磁阀。
进一步地，所述第二电磁阀的A端与电容去离子装置A室顶部连通，B端与电容去离子装置B室顶部连通，O端与闪蒸罐入口连通，P端与闪蒸罐出口连接。
进一步地，所述闪蒸罐与储存罐之间设置有风机。
工作原理：锅炉废气首先经过分离室换热盘管再进入吸收室，吸收室内上方起泡剂与碳酸钾溶液在喷淋管内混合后喷淋而下，经吸收后的剩余废气从吸收室顶部排出，碳酸钾溶液充分吸收二氧化碳后生成碳酸氢钾溶液从吸收室底端出口排到混合槽中，在混合槽中与分离室中分离出来的氯化钾沉淀重新混合，氯化钾在其中充当电容去离子装置的电解质，混合后的工质经过驱动泵和第一电磁阀输送到电容去离子装置的阳极室中；(a)工作状态下A室为阳极室，(b)工作状态下B室为阳极室，由于通正电情况下二氧化锰金属碳电极材料发生质子脱嵌，造成pH值降低溶液呈酸性此时二氧化碳不断生成，生成的二氧化碳与装置内工质经过第二电磁阀一同进入闪蒸罐进行分离收集。剩余溶液经过第二电磁阀导入电容去离子装置的阴极室中，(a)工作状态下B室为阴极室，(b)工作状态下A室为阴极室，由于通负电情况下二氧化锰金属碳电极材料发生质子嵌入，电极中溶液pH升高此时在阳极室中脱嵌的质子在阴极室得到回收，解吸过程结束。在电容去离子装置中还设置有pH值传感器，若检测到电容去离子装置阳极室出口处pH值不变化则通过电控系统将A室、B室电极的极性交换，使电容去离子装置连续不断工作，完成解吸后的参杂工质进入分离室，在分离室中加入甲醇溶液将氯化钾分离形成沉淀，并在换热盘管的作用下蒸发溶液中的甲醇使工质不再参杂，完成分离后的工质进入吸收室喷淋管进行循环工作。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：使用碳酸盐溶液作为吸收剂吸收锅炉废气中的二氧化碳，并且结合电池电容去离子与二氧化碳受pH值影响的特性并且巧妙的布置工质流动路径使电容去离子技术在碳捕捉系统中由传统的间歇性工作转变成连续性工作。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为吸收室示意图；
图3为电容去离子装置示意图；
图4为分离室示意图；
图5为二位四通电磁阀图；
图6为电容去离子装置工作状态图；
图7为关键电路连接图；
图8为溶液状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明包括吸收室10、驱动泵20、第一电磁阀30、电容去离子装置40、储蓄罐50、第二电磁阀60、风机70、闪蒸罐80、缓冲室90、分离室100。
锅炉废气输入口与分离室100盘管入口162连通，分离室100盘管出口161与吸收室10底部废气入口12连接，吸收室10顶部设置有剩余废气出口16，分离室100出口170与吸收室10侧入口15连通。起泡剂入口与吸收室10上方设置有起泡剂入口17，吸收室10的吸收剂出口13与混合槽90连通，分离室100底端出口110与混合槽90连通，混合槽90底部出口与驱动泵20入口连通，驱动泵20出口与所述第一电磁阀30的P端连通，分离室100上方远离盘管的入口130与第一电磁阀30的O端连通。
分离室顶端远离盘管处设置有入口140，用于通入甲醇，在分离室100顶部位于盘管的上方设有甲醇蒸汽出口150，电容去离子装置40的开口47与闪蒸罐80液体入口连通，电容去离子装置40的开口48与闪蒸罐80液体出口连通，二氧化碳出口与闪蒸罐80气体出口连通。在驱动泵20出口处设置有第一电磁阀30，驱动泵20出口与所述第一电磁阀P端连通。所述第一电磁阀B端与电容去离子装置40开口44连通，所述第一电磁阀O端与分离室入口130连通，所述第一电磁阀A端与电容去离子装置40开口42连通。电容去离子装置40与闪蒸罐80之间设有第二电磁阀60。所述第二电磁阀A端与电容去离子装置40开口47连通，所述第二电磁阀O端与闪蒸罐液体入口连通，所述第二电磁阀P端与闪蒸罐液体出口连接，所述第二电磁阀B端与电容去离子装置40开口48连通。
如图2所示，所述吸收室10还包括导流板11，废气入口12，碳酸氢钾出口13，喷淋管14，循环碳酸钾入口15，剩余废气出口16，起泡剂入口17。
换热后的锅炉废气从所述废气入口12进入吸收室在所述导流板11的作用下充满整个吸收室，增加气泡数量增强吸收效率。在所述上方喷淋管内起泡剂与碳酸钠溶液混合后喷淋，起泡剂使气体在溶液中形成大小均匀的气泡，增大了气体与液体的反应接触面，增加气泡数量增强吸收效率。
如图3所示，所述电容去离子装置40还包括阴离子膜43，电极41，电极45，pH值传感器46，pH值传感器49，开口42，开口44，开口47，开口48。所述电容去离子装置分为A室与B室，中间由阴离子膜43隔开，A室、B室的外侧为电极41与电极45，两pH值传感器46、pH值传感器49分别置于A室与B室靠所述近闪蒸罐80的一侧。电极为二氧化锰金属碳电极材料，使用该材料有很好的质子脱嵌与嵌入效应，在阳极状态下电极发生质子脱嵌造成溶液pH值降低。在二氧化碳盐溶液中，碳酸根离子与碳酸氢根离子以及二氧化碳是是程一定比例存在的，且受到pH变化的影响。当溶液中pH值不断降低时，即氢离子不断增多时溶液就会产生二氧化碳，碳酸根含量及碳酸氢根含量会减少。
如图1、图3、图6所示，所述电容去离子装置分为工作状态(a)，工作状态(b)。
在工作状态(a)下第一电磁阀中P端与B端连接，O端与A端连接；第二电磁阀中P端与B端连接，O端与A端连接。工质从第一电磁阀30的P端到B端到开口44进入电容去离子装置40的A室，然后从开口47离开A室到第二电磁阀60的A端到O端再到闪蒸罐80，在闪蒸罐80内完成二氧化碳的分离后工质从第二电磁阀60的P端到B端到开口48进入电容去离子装置40的B室，然后从开口42离开B室到第一电磁阀30的A端到O端再到分离室100。
在工作状态(b)下第一电磁阀中P端与A端连接，O端与B端连接。第二电磁阀中P端与A端连接，O端与B端连接。工质从第一电磁阀30的P端到A端到开口43进入电容去离子装置40的B室，然后从开口48离开B室到第二电磁阀60的B端到O端再到闪蒸罐80，在闪蒸罐80内完成二氧化碳的分离后工质从第二电磁阀60的P端到A端到开口47进入电容去离子装置40的A室，然后从开口44离开A室到第一电磁阀30的B端到O端再到分离室100。
如图6、图7所示，图7为电容去离子装置40、第一电磁阀30以及第二电磁阀60的电路连接图。
pH值传感器46以及pH值传感器49与控制电路接通提供信号。当处于(a)工作状态时，电容去离子装置A室为阳极室，B室为阴极室，同时第一电磁阀与第二电磁阀的状态均为P与B连通，O与A连通。当处于(b)工作状态时，电容去离子装置B室为阳极室，A室为阴极室，同时第一电磁阀与第二电磁阀的状态均为P与A连通，O与B连通。
(a)工作状态时，A室电极45与控制电路正1接通，B室电极41与控制电路负1接通；(b)工作状态时，A室电极45与控制电路负2接通，B室电极41与控制电路正2接通。所述控制电路可实现切换电容去离子装置两电极极性的同时切换电磁阀的工作状态，
在(a)工作状态时，若pH值传感器46测得pH值小于pH值传感器49且稳定不变时，即可切换至(b)工作状态时，在(b)工作状态时，若pH值传感器49测得pH值小于pH值传感器46且稳定不变时，即可切换至(a)工作状态时，如此往复即可做到电容去离子装置40的连续工作，使整个系统连续工作，持续解吸出二氧化碳。
如图4，所述分离室100还包括氯化钾沉淀出口110，斜面板120，参杂吸收剂溶液入口130，甲醇入口140，甲醇蒸汽出口150，换热盘管160，循环吸收剂出口170，盘管出口161，盘管入口162。
参杂吸收剂溶液主要成分为碳酸钾与氯化钾，从入口130进出分离室，同时与从入口140进入的甲醇作用，氯化钾在甲醇的作用下会沉淀，从而将氯化钾与碳酸钾溶液分离，分离后的溶液对换热盘管160进行冲刷换热，是温度升高达到蒸发甲醇的效果，使最后进入吸收室10的溶液为干净的吸收剂，换热盘管的热量来自于锅炉废气。
如图5所示，所述第一电磁阀30与所述第二电磁阀60均为二位四通双控电磁阀。

Claims (9)

1.一种基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：包括吸收室(10)、电容去离子装置(40)、混合槽(90)和分离室(100)，所述电容去离子装置(40)包括A室和B室，锅炉废气输入口与分离室(100)盘管入口(162)连通，所述分离室(100)盘管出口(161)与吸收室(10)连通，吸收室(10)的吸收剂出口(13)、分离室(100)的氯化钾沉淀出口(110)分别与混合槽(90)连通，混合槽(90)底部与电容去离子装置(40)的A室连通，电容去离子装置(40)的B室与所述分离室(100)的参杂吸收剂溶液入口(130)连通，所述电容去离子装置(40)的A室、B室分别与闪蒸罐(80)连通，所述闪蒸罐与储存二氧化碳的储存罐(50)连接。
2.根据权利要求1所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述吸收室(10)包括导流板(11)，废气入口(12)，吸收剂出口(13)，喷淋管(14)，循环碳酸钾入口(15)，剩余废气出口(16)，起泡剂入口(17)。
3.根据权利要求1所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述分离室(100)包括氯化钾沉淀出口(110)，斜面板(120)，参杂吸收剂溶液入口(130)，甲醇入口(140)，甲醇蒸汽出口(150)，换热盘管(160)和循环吸收剂出口(170)，其中换热盘管(160)包括盘管出口(161)和盘管入口(162)。
4.根据权利要求1所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述电容去离子装置(40)的A室和B室中间由阴离子膜(43)隔开，外侧为电极(41)与电极(45)，A室pH值传感器(46)、B室pH值传感器(49)分别置于闪蒸罐(80)一侧。
5.根据权利要求1所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述混合槽(90)与分离室(100)通过第一电磁阀(30)与电容去离子装置(40)的A室、B室连通。
6.根据权利要求5所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述混合槽(90)与第一电磁阀(30)之间连接有驱动泵(20)。
7.根据权利要求1所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述电容去离子装置(40)与闪蒸罐(80)之间设置有第二电磁阀(60)。
8.根据权利要求7所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述第二电磁阀(60)的A端与电容去离子装置(40)A室顶部连通，B端与电容去离子装置(40)B室顶部连通，O端与闪蒸罐(80)入口连通，P端与闪蒸罐(80)出口连接。
9.根据权利要求1所述的基于电容去离子技术的碳捕捉系统，其特征在于：所述闪蒸罐(80)与储存罐(50)之间设置有风机(70)。
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