CN115055029A - 二氧化碳捕集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳捕集器，所述二氧化碳捕集器包括壳体、辐射管和固体吸附剂，壳体上设有吸附入口、吸附出口、热源入口和热源出口，吸附入口用于向壳体内腔内通入变换气，吸附出口用于将壳体内的变换气排出，辐射管连接于壳体内，且辐射管的第一端与热源入口连通，辐射管的第二端与热源出口连通，热源入口用于向辐射管内通入热源气，热源出口用于将辐射管内的热源气排出，固体吸附剂充填于壳体的内壁和辐射管的外壁之间，固体吸附剂用于吸附变换气中的二氧化碳。本发明通过单个二氧化碳捕集器即可完成CO₂的吸附和固体吸附剂的解析，减少了原有系统的设备数量和投资，降低了运行成本，降低了解析再生过程中的无效热耗。

Description

二氧化碳捕集器

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集器。

背景技术

燃烧前CO₂捕集技术相比与其他捕集技术具有捕集率高、能耗低的优点，作为碳捕集关键技术之一，燃烧前CO₂捕集是实现碳中和目标的重要手段。

相关技术中，燃烧前CO₂捕集工艺多采用变换工艺将合成气中的一氧化碳转换为CO₂和氢气（变换气），变换气再通过吸收剂在吸收塔进行CO₂的吸收，吸收完CO₂的富液经过减压解析和加热再生，实现吸附剂的循环回用。这种溶液吸收工艺存在一些难以解决的问题：①为达到较好的吸收效果，通常吸收剂的循环量大，吸收塔的高度较高，塔径较大，设备投资高。②吸收剂溶液中含水较多，在吸收剂再生过程中需要消耗额外的热量来加热水，造成无效的能耗偏高。③捕集系统的机泵较多，合成气中含固、腐蚀性组分，导致动设备故障率和运行费用较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种二氧化碳捕集器，该二氧化碳捕集器将固体吸附剂充填在壳体内，通过热源气体对固体吸附剂加热即可完成固体吸附剂的解析过程，无需机泵的设置，简化了传统溶剂法CO₂捕集工艺流程，且大幅降低了因加热溶剂中的水而产生的无效热耗。

本发明实施例的二氧化碳捕集器包括壳体、辐射管和固体吸附剂，所述壳体上设有吸附入口、吸附出口、热源入口和热源出口，所述吸附入口用于向所述壳体内腔内通入变换气，所述吸附出口用于将所述壳体内的变换气排出，所述辐射管连接于所述壳体内，且所述辐射管的第一端与所述热源入口连通，所述辐射管的第二端与所述热源出口连通，所述热源入口用于向所述辐射管内通入热源气，所述热源出口用于将所述辐射管内的热源气排出，所述固体吸附剂充填于所述壳体的内壁和所述辐射管的外壁之间，所述固体吸附剂用于吸附变换气中的二氧化碳，所述固体吸附剂可通过所述辐射管与所述辐射管内的热源气发生热交换，所述固体吸附剂饱和度低于设定值时，所述吸附入口和所述吸附出口打开，所述热源入口和所述热源出口关闭，所述固体吸附剂饱和度高于设定值时，所述热源入口和所述热源出口打开，所述吸附入口和所述吸附出口关闭。

本发明实施例的二氧化碳捕集器通过辐射管和固体吸附剂的设置，在单个二氧化碳捕集器内即可完成CO₂的吸附和固体吸附剂的解析，无需单独设置吸收器和解析器，简化了传统溶剂法CO₂捕集的工艺流程，减少了原有系统的设备数量和投资，降低了运行成本，而且固体吸附剂中不含水，降低了解析再生过程中的无效热耗。

在一些实施例中，所述二氧化碳捕集器还包括辐射片，所述辐射片连接于所述辐射管的外壁，所述辐射片的至少部分与所述固体吸附剂接触。

在一些实施例中，所述辐射片呈柱状，所述辐射片的一端连接于所述辐射管的外壁，所述辐射管的另一端沿所述辐射管的径向向外延伸；和/或，所述辐射片呈圆环状，所述辐射片套设在所述辐射管的外侧。

在一些实施例中，所述辐射片呈柱状且分为多个辐射片组，每一个所述辐射片组包括多个沿所述辐射管的周向间隔布置的辐射片，多个所述辐射片组沿所述辐射管的轴向间隔布置。

在一些实施例中，所述辐射片呈圆环状且为多个，多个所述辐射片沿所述辐射管的轴向间隔布置。

在一些实施例中，所述壳体包括筒形件、第一封头和第二封头，所述热源入口和所述热源出口设置于所述筒形件，且所述热源入口和所述热源出口沿所述筒形件的轴线方向间隔分布，所述第一封头连接于所述筒形件的第一端，所述吸附入口设置于所述第一封头，所述第二封头连接于所述筒形件的第二端，所述吸附出口设置于所述第二封头。

在一些实施例中，所述二氧化碳捕集器还包括第一集气箱和第二集气箱，所述第一集气箱和所述第二集气箱连接于所述壳体内，所述第一集气箱和所述第二集气箱均为环形，所述第一集气箱、所述辐射管和所述第二集气箱顺次连通，所述第一集气箱与所述热源入口连通，所述第二集气箱与所述热源出口连通；所述辐射管分为多个辐射管组，每一个所述辐射管组均包括多个沿所述第一集气箱周向间隔布置的辐射管，多个所述辐射管组在所述壳体内自内向外间隔排布。

在一些实施例中，所述二氧化碳捕集器还包括散热连接管，所述散热连接管的一端与所述第二集气箱连通，所述散热连接管的另一端与所述热源出口连通，所述散热连接管设有膨胀弯。

在一些实施例中，所述二氧化碳捕集器还包括：

隔板，所述隔板连接于所述壳体内，所述隔板、所述第一集气箱和所述第二集气箱沿所述辐射管的轴向顺次排布，所述隔板上设有通孔，所述通孔用于连通所述吸附入口和所述壳体的内腔；

弹性支撑件，所述弹性支撑件位于所述隔板和所述第一集气箱之间，所述弹性支撑件的一端与所述隔板连接，所述弹性支撑件的另一端与所述第一集气箱连接，所述弹性支撑件有多个，多个所述弹性支撑件沿所述第一集气箱的周向间隔分布。

在一些实施例中，所述壳体上设有人孔。

附图说明

图1是本发明实施例的二氧化碳捕集器的示意图。

图2是本发明实施例的第一集气箱处的局部结构示意图。

图3是本发明实施例的第二集气箱处的局部结构示意图。。

图4是本发明实施例的辐射管示意图。

附图标记：

壳体1；吸附入口11；吸附出口12；热源入口13；热源出口14；筒形件15；第一封头16；第二封头17；

辐射管2；中空管21；第一连接管22；第二连接管23；

固体吸附剂3；

辐射片4；

第一集气箱5；

第二集气箱6；

隔板7；

弹性支撑件8；

人孔9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述本发明实施例的二氧化碳捕集器。

如图1所示，本发明实施例的二氧化碳捕集器包括壳体1、辐射管2和固体吸附剂3，壳体1上设有吸附入口11、吸附出口12、热源入口13和热源出口14，吸附入口11用于向壳体1的内腔内通入变换气，吸附出口12用于将壳体1内的变换气排出，辐射管2连接于壳体1内，且辐射管2的第一端（图1中所示的下端）与热源入口13连通，辐射管2的第二端（图1中所示的上端）与热源出口14连通，热源入口13用于向辐射管2内通入热源气，热源出口14用于将辐射管2内的热源气排出，固体吸附剂3充填于壳体1的内壁和辐射管2的外壁之间，固体吸附剂3用于吸附变换气中的二氧化碳，固体吸附剂3可通过辐射管2与辐射管2内的热源气发生热交换，固体吸附剂3饱和度低于设定值时，吸附入口11和吸附出口12打开，热源入口13和热源出口14关闭，固体吸附剂3饱和度高于设定值时，热源入口13和热源出口14打开，吸附入口11和吸附出口12关闭。

吸附工序中，变换气（250-300℃）从吸附入口11处进入壳体1的内腔内与固体吸附剂3接触，固体吸附剂3将变换气内的二氧化碳吸收，完成二氧化碳捕集，随后变换气从吸附出口12排出壳体1；解析工序中，热源气（300-400℃）从热源入口13进入辐射管2内，热源气通过辐射管2向固体吸附剂3辐射热量，实现对固体吸附剂3加热再生，固体吸附剂3解析出的CO₂沿吸附出口12排放至下游系统，热源气从热源出口14排出壳体1，完成固体吸附剂3的解析再生。

需要说明的是，固体吸附剂3未饱和或固体吸附剂3饱和度低于设定值时进行吸附工序，此时解析工序停止，固体吸附剂3饱和或固体吸附剂3饱和度高于设定值时进行解析工序，此时吸附工序停止，吸附工序与解析工序往复运行进而实现对CO₂的捕集。

本发明实施例的二氧化碳捕集器通过辐射管2和固体吸附剂3的设置，在单个二氧化碳捕集器内即可完成CO₂的吸附和固体吸附剂3的解析，无需设置吸收器、解析器和泵送吸附剂的机泵，简化了传统溶剂法CO₂捕集的工艺流程，减少了原有系统的设备数量和投资，降低了运行成本，而且固体吸附剂3中不含水，热源气辐射的热量仅用于固体吸附剂3的解析再生，降低了解析再生过程中的无效热耗。

如图4所示，在一些实施例中，二氧化碳捕集器还包括辐射片4，辐射片4连接于辐射管2的外壁，辐射片4的至少部分与固体吸附剂3接触。由此，本发明实施例的二氧化碳捕集器通过辐射片4的设置，增大了辐射管2向固体吸附剂3辐射热量的面积，不仅提高了热源气向固体吸附剂3辐射热量的效率，而且使固体吸附剂3受热更加均匀，提高了解析效率。

进一步地，辐射片4呈柱状，辐射片4的一端连接于辐射管2的外壁，辐射管2的另一端沿辐射管2的径向向外延伸；和/或，辐射片4呈圆环状，辐射片4套设在辐射管2的外侧。

可选地，辐射片4呈柱状且分为多个辐射片4组，每一个辐射片4组包括多个沿辐射管2的周向间隔布置的辐射片4，多个辐射片4组沿辐射管2的轴向间隔布置。

可选地，辐射片4呈圆环状且为多个，多个辐射片4沿辐射管2的轴向间隔布置。

如图1所示，在一些实施例中，壳体1包括筒形件15、第一封头16和第二封头17，热源入口13和热源出口14设置于筒形件15上，且热源入口13和热源出口14沿筒形件15的轴线方向间隔分布，第一封头16连接于筒形件15的第一端（如图1所示的下端），第一封头16顶部通过螺栓垫片与筒形件15底部密封连接，吸附入口11设置于第一封头16，第二封头17连接于筒形件15的第二端（如图1所示的上端），第二封头17底部通过螺栓垫片与筒形件15顶部密封连接，吸附出口12设置于第二封头17。

由此，在这些实施例中，壳体1通过筒形件15、第一封头16和第二封头17的设置，当二氧化碳捕集器需要更换零部件或吸附剂时，打开第一封头16和/或第二封头17便可对二氧化碳捕集器零部件或吸附剂进行更换。

如图1至图3所示，在一些实施例中，二氧化碳捕集器还包括第一集气箱5和第二集气箱6，第一集气箱5和第二集气箱6连接于壳体1内，第一集气箱5和第二集气箱6均为环形，第一集气箱5、辐射管2和第二集气箱6顺次连通，第一集气箱5与热源入口13连通，第二集气箱6与热源出口14连通；辐射管2分为多个辐射管组，每一个辐射管组均包括多个沿第一集气箱5周向间隔布置的辐射管2，多个辐射管组在壳体1内自内向外间隔排布。第一集气箱5避免了辐射管2与热源入口13直接连接，防止因辐射管2距离热源入口13的距离不同而导致热源气在辐射管2之间分不均匀。

由此，在这些实施例中，本发明实施例的二氧化碳捕集器通过第一集气箱5和第二集气箱6的设置，使热源气在多个辐射管2之间分布均匀，从而使热源气向固体吸附剂3辐射的热量更加均匀，进一步提高了固体吸附剂3的解析速率和效果。

如图2和图3所示，具体地，辐射管2有三组，三组辐射管2沿壳体1的径向间隔排布。

如图1至图3所示，可选地，辐射管2包括中空管21、第一连接管22和第二连接管23，第一连接管22的一端与辐射管2的下端连通，第一连接管22的另一端与第一集气箱5连通，第二连接管23的一端与辐射管2的上端连通，第二连接管23的另一端与第二集气箱6连通。当辐射管2发生故障需要更换时，拆除中空管21两端的第一连接管22和第二连接管23后再拆除中空管21，避免了辐射管2拆除时因发生干涉而无法拆除或需要拆除额外的零部件，降低了拆除辐射管2的劳动强度。

可选地，二氧化碳捕集器还包括散热连接管（未示出），散热连接管的一端与第二集气箱6连通，散热连接管的另一端与热源出口14连通，散热连接管设有膨胀弯以便释放热应力，降低了散热连接管因热胀/冷缩而导致散热连接管产生裂纹甚至断裂的风险。

如图1和图2所示，二氧化碳捕集器还包括隔板7和弹性支撑件8，隔板7连接于壳体1内，隔板7、第一集气箱5和第二集气箱6沿辐射管2的轴向顺次排布，隔板7上设有通孔（未示出），通孔用于连通吸附入口11和壳体1的内腔，通孔有多个，多个通孔在隔板7上均匀分布；弹性支撑件8位于隔板7和第一集气箱5之间，弹性支撑件8的一端与隔板7连接，弹性支撑件8的另一端与第一集气箱5连接，弹性支撑件8有多个，多个弹性支撑件8沿第一集气箱5的周向间隔分布。

需要说明的是，隔板7与壳体1通过螺栓连接，壳体1内零部件（如第一集气箱5、辐射管2和第二集气箱6）放置在隔板7上，隔板7对壳体1内零部件起支撑作用，同时，隔板7将吸附入口11与壳体1内腔分隔，并通过多个均匀分布的通孔将吸附入口11和壳体1的内腔连通，使变换气通过隔板7的通孔时均匀地向壳体1的内腔流动，使变换气与固体吸附剂3均匀接触，提高了固体吸附剂3的吸附速率和吸附效果；弹性支撑件8用于支撑第一集气箱5和辐射管2，因壳体1内吸附工序和解析工序的温度不同，使壳体1内零部件（如第一集气箱5和辐射管2）产生热胀/冷缩，当壳体1内零部件产生热胀/冷缩时，弹性支撑件8的弹力作用于零部件，缓解零部件因热应力而产生的形变，降低了零部件因热应力而产生裂纹甚至断裂的风险。

如图1所示，在一些实施例中，壳体1上设有人孔9，便于对二氧化碳捕集器进行检修。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳捕集器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体上设有吸附入口、吸附出口、热源入口和热源出口，所述吸附入口用于向所述壳体内腔内通入变换气，所述吸附出口用于将所述壳体内的变换气排出；

辐射管，所述辐射管连接于所述壳体内，且所述辐射管的第一端与所述热源入口连通，所述辐射管的第二端与所述热源出口连通，所述热源入口用于向所述辐射管内通入热源气，所述热源出口用于将所述辐射管内的热源气排出；

固体吸附剂，所述固体吸附剂充填于所述壳体的内壁和所述辐射管的外壁之间，所述固体吸附剂用于吸附变换气中的二氧化碳，所述固体吸附剂可通过所述辐射管与所述辐射管内的热源气发生热交换，所述固体吸附剂饱和度低于设定值时，所述吸附入口和所述吸附出口打开，所述热源入口和所述热源出口关闭，所述固体吸附剂饱和度高于设定值时，所述热源入口和所述热源出口打开，所述吸附入口和所述吸附出口关闭。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，还包括辐射片，所述辐射片连接于所述辐射管的外壁，所述辐射片的至少部分与所述固体吸附剂接触。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，所述辐射片呈柱状，所述辐射片的一端连接于所述辐射管的外壁，所述辐射管的另一端沿所述辐射管的径向向外延伸；

和/或，所述辐射片呈圆环状，所述辐射片套设在所述辐射管的外侧。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，所述辐射片呈柱状且分为多个辐射片组，每一个所述辐射片组包括多个沿所述辐射管的周向间隔布置的辐射片，多个所述辐射片组沿所述辐射管的轴向间隔布置。

5.根据权利要求3所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，所述辐射片呈圆环状且为多个，多个所述辐射片沿所述辐射管的轴向间隔布置。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，所述壳体包括筒形件、第一封头和第二封头，所述热源入口和所述热源出口设置于所述筒形件，且所述热源入口和所述热源出口沿所述筒形件的轴线方向间隔分布，所述第一封头连接于所述筒形件的第一端，所述吸附入口设置于所述第一封头，所述第二封头连接于所述筒形件的第二端，所述吸附出口设置于所述第二封头。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，还包括第一集气箱和第二集气箱，所述第一集气箱和所述第二集气箱连接于所述壳体内，所述第一集气箱和所述第二集气箱均为环形，所述第一集气箱、所述辐射管和所述第二集气箱顺次连通，所述第一集气箱与所述热源入口连通，所述第二集气箱与所述热源出口连通；

所述辐射管分为多个辐射管组，每一个所述辐射管组均包括多个沿所述第一集气箱周向间隔布置的辐射管，多个所述辐射管组在所述壳体内自内向外间隔排布。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，还包括散热连接管，所述散热连接管的一端与所述第二集气箱连通，所述散热连接管的另一端与所述热源出口连通，所述散热连接管设有膨胀弯。

9.根据权利要求7所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，还包括：

隔板，所述隔板连接于所述壳体内，所述隔板、所述第一集气箱和所述第二集气箱沿所述辐射管的轴向顺次排布，所述隔板上设有通孔，所述通孔用于连通所述吸附入口和所述壳体的内腔；

弹性支撑件，所述弹性支撑件位于所述隔板和所述第一集气箱之间，所述弹性支撑件的一端与所述隔板连接，所述弹性支撑件的另一端与所述第一集气箱连接，所述弹性支撑件有多个，多个所述弹性支撑件沿所述第一集气箱的周向间隔分布。

10.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集器，其特征在于，所述壳体上设有人孔。

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