CN115318078B - 一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，涉及节能环保技术领域。本发明提供的方法是将高温高压废气经过雾化机构雾化成微小液滴之后，瞬间雾化后的水汽流飞行依次通过高温绝热段和低温段两个温度区，在极短时间内即可完成由水汽到薄薄的液态水膜层的凝结，并在高CO₂气体压力条件下瞬间完成水膜层到固体水合物转化；且由于雾化液滴流的持续注入，生成的水合物薄膜层最终相对均匀的附着在反应釜低温区釜壁上，并且水合物薄层快速且持续地生成，叠层平铺于低温段反应器内壁上，形成致密二氧化碳水合物叠层，实现水合物形成速率以及液态水转化率的大幅提升。

Description

一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法

技术领域

本发明涉及节能环保技术领域，具体而言，涉及一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法。

背景技术

二氧化碳是引起温室效应的重要物质，在未来数十年内，化石燃料仍将在世界能源供应中占据主导地位，碳减排仍然面临着巨大的挑战，目前国际社会根据环境领域的相关要求，广泛认为二氧化碳捕获与封存技术的深入开展对缓解全球气候变暖具有重要意义，如何将CO₂从混合气体中捕集并分离是减少CO₂排放的前提和基础。

传统的碳捕集方法有吸收法、吸附法、低温分离法、金属氧化物法、膜分离法等，其中化学吸收法较为成熟，并且适用于CO₂浓度不高且常压的状态，但是吸收剂用量大，循环过程中需进行补充，试剂要求高，且其再生过程能耗高。而膜分离法虽然工艺过程简单，操作简便，但其对原料气要求高，要进行前处理、脱水和过滤，且得到的产物纯度不高。因此，亟需高捕集效率及低捕集成本的方法和设备。

由于水合物结构物化性质和储气特性，近年来利用气体水合物法回收和储存二氧化碳技术成为一个新兴的研究热点。利用水合物法进行烟气中CO₂气体的分离，与传统分离方法相比，能够在有效地提高分离效率的前提下大大降低分离成本。气体水合物是一种由水分子及气体分子在高压、低温条件下构成的化合物。在适当低温度及高压条件下，水分子经氢键键合作用形成具不同形状、尺寸的笼性结构，不同种类的气体分子被圈闭于此结构中，便形成气体水合物。利用水合物法进行混合气体分离的原理是二元及多元气体生成水合物时的相平衡差距较大，故较易形成气体水合物的气体进入水合物相中，难形成气体水合物的气体则保留在气相中，从而实现混合气体分离。

水合物法碳捕集技术中，CO₂水合物形成所需的条件相对于氮气水合物更加温和，如273.15K时，二氧化碳水合物形成所需压力为1.24MPa，而氮气水合物形成所需压力为16.3MPa。因此，水合物法可应用于二氧化碳等温室气体的捕集。另外，气体水合物的能量密度很高，1体积的水合物在标准条件下可以释放约170体积气体。但是，水合物成核过程具有随机性特征，且成核前会伴随一个长时间的诱导期。且水合物形成释放热量，若生成热量不能被及时移走，会抑制水合物进一步生成。这意味着，一般情况下水合物的形成效率较低。当水合物形成后，水-气界面处形成的水合物层会明显降低气体的渗透性，因此在水合物成核后的生长阶段，气体的物质传输能力会逐渐显著下降。这意味着，一般情况下水合物最终的能量存储能力较低。而且现有技术下生成的水合物多为疏松雪花状或者形成水合物浆，这占据了大部分生长空间且不利于反应高效连续进行。因此，虽然气体水合物在二氧化碳的捕集和封存方面具有巨大潜力，但是采用一般水合物法碳捕集过程中，存在的相对较低的捕集速率、较低的气体捕获能力等问题，限制了水合物法碳捕集技术的商业应用规模。

为此，众多研究者在水合物法碳捕集技术方面开展了基础性实验研究，所用介质主要为纯水或溶液体系。所采用的强化方法包括机械强化和化学物理强化两种类型。常用的机械强化过程主要是通过增大气液接触面积来实现，如搅拌，鼓泡，喷淋、喷雾等。通过一系列外部环境扰动，可增加水合物的传质与传热效率，进而提高水合物生成速率。在纯水或溶液搅拌体系，气液接触面积有所提高，但传质与传热效率均低于喷雾体系。化学物理强化途径是通过在水中加入化学添加剂(如表面活性剂)，从纳米尺度和分子尺度的层面上强化气液接触，促进水合物的成核生长过程。

目前，现有的水合物形成方法一般都是定量化间歇供水，没有一个持续性补水措施；水合物形成时间较长，很多需要60min以上，反应时间较长，且生成的水合物浆比较粘稠，不利于连续分离流程。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，旨在极短的时间内完成生成二氧化碳水合物的反应，显著缩短反应时间。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，包括：利用具有高温绝热段和低温段的反应器进行反应，且高温绝热段靠近反应器的进口端处，低温段靠近反应器的出口端处，在反应器的进口端设置有雾化机构，以将进入反应器的气体进行雾化；

利用雾化机构，将高温高压废气通入反应器的高温绝热段，使雾化的气流飞行依次通过高温绝热段和低温段，并在低温段得到二氧化碳水合物；

其中，通入反应器的高温高压废气中水含量为5％～15％，二氧化碳含量为10％-30％，温度为80℃-130℃，压力为1MPa～5MPa；控制反应器的低温段内的温度为0℃～-30℃。

在可选的实施方式中，通入反应器的高温高压废气中水含量为8％～12％，二氧化碳含量为15％-25％，温度为100℃-110℃，压力为3MPa～4MPa；控制反应器的低温段内的温度为-10℃～-30℃。

在可选的实施方式中，反应器为圆柱状卧式反应器，高温绝热段的长度占比为25-35％，低温段的长度占比为65-75％；

反应器长度为650-750cm，内径为55-65cm，高温高压废气的通入速率为50kg/h-150kg/h。

在可选的实施方式中，低温段利用冬季低温气流进行换热，在低温段上设置有外部散热片，在高温绝热段的反应器外壁上套设有外部绝热套；

其中，冬季低温气流的温度为0～-30℃。

在可选的实施方式中，雾化机构为多孔滤网，多孔滤网的孔径为1.0mm-2.0mm，相邻孔的间隙为0.3mm-0.8mm。

在可选的实施方式中，利用外置的废气热量存储与交换容器将高温高压废气进行存储，废气热量存储与交换容器的出口与反应器的进口连通，并在连通管路上设置调节阀门，以控制高温高压废气通入或停止通入。

在可选的实施方式中，废气热量存储与交换容器的外壁上围绕有换热盘管，换热盘管的进口端通入工厂排出的高温废气进行换热，以保持废气热量存储与交换容器内的高温高压废气的温度；换热盘管的出口端与高温废气缓冲容器相连，高温废气缓冲容器输出的气体通过高压气体注射泵进行加压之后进入废气热量存储与交换容器。

在可选的实施方式中，高压气体注射泵与废气热量存储与交换容器之间的连通管路的出口端呈喇叭口状。

在可选的实施方式中，在废气热量存储与交换容器的顶部设置第一安全阀，通过第一安全阀排气以保持内腔中的压力低于耐受压力；

在反应器的出口端设置第二安全阀，通过第二安全阀排气以使反应器的低温段的压力低于上限压力。

在可选的实施方式中，在反应器上沿轴向间隔设置多个观察窗口，以通过观察窗口观察反应器内形成的二氧化碳水合物和水汽分布状态。

本发明具有以下有益效果：将高温高压废气经过雾化机构雾化成微小液滴之后，瞬间雾化后的水汽流飞行依次通过高温绝热段和低温段两个温度区，在极短时间内即可完成由水汽到薄薄的液态水膜层的凝结，并在高CO₂气体压力条件下瞬间完成水膜层到固体水合物转化；且由于雾化液滴流的持续注入，生成的水合物薄膜层最终相对均匀的附着在反应釜低温区釜壁上，并且水合物薄层快速且持续地生成，叠层平铺于低温段反应器内壁上，形成致密二氧化碳水合物叠层，实现水合物形成速率以及液态水转化率的大幅提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的反应方法所采用的反应系统的结构示意图；

图2为反应系统中瞬间形成的固体水合物外观照片；图2中(a)表示观察视窗的外观照片；图2中(b)表示100倍显微镜放大效果照片；

图3为反应系统内不同设定条件对15％体积浓度CO₂捕集分离效果对比图；

图4为实施例2中对CO₂捕集分离效果的测试结果图。

主要元件符号说明：1-废气热量存储与交换容器；2-换热盘管；3-高温废气缓冲容器；4-高压气体注射泵；5-喇叭口状管路；6-第一安全阀；7-调节阀门；8-雾化机构；9-反应器；91-高温绝热段；92-低温段；10-绝热套；11-外部散热片；12-观察窗口；13-薄层状水合物；14-第二安全阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

发明人创造性地在满足二氧化碳水合物生成相平衡的条件下，设置高低温梯度温度场，利用喷雾瞬间激发大量细小液滴，随着液滴在温度场内的快速飞入，瞬间完成成核过程，并在高气体饱和度环境中急速生长，水合物最终均匀平铺，附着在反应釜内壁。

请结合图1，本发明实施例提供一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，在废气进入反应器9之前利用废气热量存储与交换容器1将废气进行暂时的存储与保温，废气进入反应器9之后依次经过反应器的高温绝热段91和低温段92。

具体地，利用具有高温绝热段91和低温段92的反应器9进行反应，且高温绝热段91靠近反应器9的进口端处，低温段92靠近反应器9的出口端处，在反应器9的进口端设置有雾化机构8，以将进入反应器9的气体进行雾化；利用雾化机构8，将高温高压废气通入反应器9的高温绝热段91，使雾化的气流飞行依次通过高温绝热段91和低温段92，并在低温段92得到二氧化碳水合物。为保证能够在极端的时间内反应充分得到二氧化碳水合物，通入反应器9的高温高压废气中水含量为5％～15％，二氧化碳含量为10％-30％，温度为80℃-130℃，压力为1MPa～5MPa；控制反应器9的低温段92内的温度为0℃～-30℃。

具体地，水含量和二氧化碳含量均为5％～15％、10％～30％，高温高压废气中水含量可以为5％、8％、10％、12％、15％等，也可以为以上相邻取值中的任意值；二氧化碳含量可以为10％、15％、20％、25％、30％等，也可以为以上相邻取值中的任意值；通入反应器9中的高温高压废气的温度可以为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃等，也可以为以上相邻取值中的任意值；通入反应器9中的高温高压废气的压力可以为2MPa、3MPa、4MPa、5MPa等，也可以为以上相邻取值中的任意值。

为使反应更加快速充分地进行，发明人对气体的参数和反应条件进行了优化：在优选的实施例中，通入反应器9的高温高压废气中水含量为8％～12％，二氧化碳含量为15％-25％，温度为100℃-110℃，压力为3MPa～4MPa；控制反应器9的低温段92内的温度为-10℃～-30℃。

需要说明的是，利用反应器9内形成温度骤降的非均匀温度场，由反应器9高温端飞入反应器中，并在高压、高温环境中利用雾化机构8形成雾化的液滴流，并依次飞行通过反应器内的高温、低温区域。在处于低温区域的反应器壁上，雾化液滴迅速凝结为薄薄的水膜层，并在低温、高CO₂压力的环境条件下，水膜层迅速相变为固态的水合物，平铺于反应器内壁上，平铺成一层初始水合物薄层(即薄层状水合物13)。此前在反应器9的高温端沉落下的颗粒较大的雾滴，会在后续高温气体进入时引起的高温加热与扰动作用下重新挥发汇入新进高温水汽中，飞行进入反应器低温区域内再次形成薄层状水合物13，叠层平铺于低温区反应釜内壁上。在形成质密水合物叠层的同时，不影响高温废气的后续进入与形成水合物的反应，且有利于连续的废气中CO₂分离处理、流程。

需要说明的是，本发明实施例在高温高压下雾化的原理与羽毛的分类加工过程类似，羽毛的分类加工过程是：根据大翅、毛片、薄片、头颈毛、多绒的比重不同，在一定风速下其浮力的大小不同而进行分类。具体操作过程如下：真空长管吸取全部的毛送入选别机中，机器里有四个并列的气槽，第一个气槽将所有羽毛往上吹，最重的羽毛只会飞到半途，较轻的羽毛会透过开口飞入第二个槽，这里也是使用同样的风力分类方式，最重的留下，轻的继续往前走，一直持续到最后的第四槽里，只剩下最纯的羽绒。

类似地，在本发明实施例所提供的方法中，高温水汽通过高压泵增压喷雾，进入充有原料气的反应器9，反应器9内分有高、低两个温度区。较重液滴会先落到高温绝热段91，较轻的液滴由于初始动力较足，会继续向前飞行落到低温段92。且优先落到高温区的液滴，会在高温作用下蒸发，伴随着分子热运动再次飘向下一低温区段，并在低温区内生成水合物，并附着在低温段92的反应釜釜壁上，这进一步提高了水-水合物反应速率以及最终转化率。此外，提前在反应器9的高温绝热段91沉落的颗粒较大的液滴，会借助下一次的高温、高压水汽注入过程，在下一批次高温水汽作用下发生热蒸发作用，再次形成高温水汽飘进反应器的低温段92，并重复此前的固态水合物形成过程，形成水合物薄层并铺于之前的已形成的固态水合物表面。

为进一步更精确地控制反应快速进行，发明人对反应器9的具体结构和尺寸进行了控制：反应器9为圆柱状卧式反应器，高温绝热段91的长度占比为25-35％(如25％、30％、35％等)，低温段的长度占比为65-75％(如65％、70％、75％等)。反应器9长度为650-750cm(如650cm、700cm、750cm等)，内径为55-65cm(如55cm、60cm、65cm等)，高温高压废气的通入速率为50kg/h-150kg/h(如50kg/h、80kg/h、100kg/h、120kg/h、150kg/h等)，通过进一步控制反应器9的尺寸和对应高温高压废气的通入速率，实现连续地快速反应。

具体地，高温绝热段91是绝热状态，可以在高温绝热段91的反应器外壁上套设外部绝热套10(长度可以但不限于200cm)，起到很好的绝热效果；在低温段92上设置有外部散热片11(长度可以但不限于500cm)，以和外部的低温空气进行较好地热交换，维持低温段92处于低温状态。在一些实施例中，低温段92利用冬季低温气流进行换热，冬季低温气流的温度为0～-30℃，如可以为-10℃，甚至更低温度。

在一些实施例中，雾化机构8为多孔滤网，多孔滤网的孔径为1.0mm-2.0mm，相邻孔的间隙为0.3mm-0.8mm。通过多孔滤网可以使高温高压的水汽保持高度分散状态，以在反应器9内形成高度分散的细小颗粒的水雾。

在一些实施例中，为更好地观察反应器9内的反应情况，在反应器9上沿轴向间隔设置多个观察窗口12，以通过观察窗口12观察反应器9内形成的二氧化碳水合物和水汽分布状态。

进一步地，本发明实施例利用外置的废气热量存储与交换容器1将高温高压废气进行存储，废气热量存储与交换容器1的出口与反应器9的进口连通，并在连通管路上设置调节阀门7，以控制高温高压废气通入或停止通入。调节阀门7可以为手动或气动，能够精确控制气体流速为宜，可以更好地控制通入反应器9内的废气量。此外，通过开、关阀门以控制高压水汽进入反应器的频率，以调节水合物叠层反复形成的厚度以及所形成的水合物薄层厚度，最终实现水合物薄层法快速捕集烟道废气中CO₂的目的。

为实现对高温高压废气的保温，废气热量存储与交换容器1的外壁上围绕有换热盘管2，换热盘管2的进口端通入工厂排出的高温废气进行换热，以保持废气热量存储与交换容器1内的高温高压废气的温度；换热盘管2的出口端与高温废气缓冲容器3相连，高温废气缓冲容器3输出的气体通过高压气体注射泵4进行加压之后进入废气热量存储与交换容器1。利用化工厂、煤电厂烟道排出的高温水汽中的废热对废气热量存储与交换容器1内的废气进行持续加热，并通过外部高压气体注射泵4作用将水汽大幅度压缩、增压至一定高压条件。因此，本发明实施例能够利用烟道废气中大量废热、冬季低温寒冷条件，可实现通过以薄薄水合物层形式快速捕捉、分离烟道废气中CO₂气体的最终目的。

在一些实施例中，高压气体注射泵4与废气热量存储与交换容器1之间的连通管路的出口端为喇叭口状管路5，通过喇叭口状管路5将废气输送至废气热量存储与交换容器1。

为了提高操作的安全性，在废气热量存储与交换容器1的顶部设置第一安全阀6，通过第一安全阀6排气以保持内腔中的压力低于耐受压力；在反应器9的出口端设置第二安全阀14，通过第二安全阀14排气以使反应器9的低温段的压力低于上限压力。

具体地，各个部件的体积、尺寸不限。如废气热量存储与交换容器1可以为容器体积≥500L，耐受≥5MPa的容器；换热盘管2的内径≥15cm、两管间隔≤5cm；反应器9的长度可以700cm，内径为60cm,耐受≥5MPa压力。

下面结合图1对本发明实施例提供方法的具体操作过程进行说明：

(1)接通烟道末端，使高温度烟道废气进入废气热量存储与交换容器1外壁围绕的换热盘管2，对废气热量存储与交换容器1进行外部加热，加热后的冷却水汽进入高温废气缓冲容器3。

(2)开启高压气体注射泵4，使废气经过盘管末端的喇叭口状管路5进入到废气热量存储与交换容器1中，并使废气热量存储与交换容器1内的气体压力达到高压状态(1.5≤压力≤5MPa，如可以为3MPa)。废气热量存储与交换容器1内气体压力高于5MPa时，多余气体通过高压容器的第一安全阀6释放掉，进而使得容器内压力恒定维持于高压状态。

(3)快速打开手动阀门或者开启气动调节阀门7，使废气热量存储与交换容器1内的高压、高温气体流经多孔滤网瞬间流入到圆柱状卧式反应器内。此时，反应器的进气端约30％的反应器长度范围内在绝热套10隔热作用下可继续维持高温状态。另一方面，距离反应器的排气端处约70％反应器长度范围内在冬季低温气流降温作用下，通过分布于反应器上密集的外部散热片11持续维持低温状态。

(4)调节阀门7持续开启状态下，使得反应器9内压力持续升高，并进入高压状态(约为≤3MPa)。

(5)关闭调节阀门7，此时废气中CO₂气体会在反应器的近排气口端沉积物为固态CO₂薄层状水合物13。

(6)调节阀门7关闭约30min后，重新开启调节阀门7使高温、高压水汽重新进入反应器9。此时，反应器9内已经处于≤3MPa的高压状态，高温水汽从进气口端进入，在高温端会维持高度分散的水汽状态，而在反应器低温端的容器壁上则会凝结成薄薄的水膜层，而且距离进气端越远，水膜层厚度越薄，甚至可达到数微米的厚度，而且距离进气端越远，容器壁外部的温度越低。此时，在较高的CO₂气体压力及很低的温度条件下，迅速形成固态CO₂水合物薄膜层，釜盖于此前形成的固态水合物上。

伴随调节阀门7的重启以及高温、高压水汽重新进入，此前在进气端首先凝结的较厚水膜会被高温水汽加热、扰动，重新挥发为水汽并汇入到新进水汽中，以用于再次形成新的固态水合物。

(7)调节反应器末端第二安全阀14，降低反应器内可维持的上限压力值(如2.5MPa)，释放掉经过固态水合物捕捉后的剩余气体。由于废气在流经反应器后，其中CO₂气体已经被固态水合物捕捉并以水合物薄膜层的形式沉积于反应器壁上，因此最终释放掉的废气中已经没有CO₂成分，最终完成快速去除废气中CO₂的目的。

(8)水合物形成反应持续一段时间后，关闭调节阀门7停止向反应器内部注入高温气体，调节尾端第二安全阀14以卸载反应器内部压力至1MPa以下。反应器内部的水合物由于环境条件达不到稳定所需的高压条件开始分解，此时将尾端第二安全阀14接通至储气罐，即可对从废气中分离出的高纯度CO₂进行集中收集、处理。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，利用图1中的装置进行，操作原理参照说明书其他部分的说明。控制如下参数：

废气来源：煤电厂废气模拟，水含量为10％(体积分数，下同)，二氧化碳含量为15％(体积分数，下同)。

废气热量存储与交换容器1中存储的废气的温度为100℃，压力为1.5MPa。

反应器长度为200cm，内径为20cm，体积63L，高温绝热段91的长度为50cm，低温段92的长度为150cm，反应器9内多孔滤网的孔径为1.5mm，相邻孔的间隙为0.5mm。利用-10℃的冬季低温气流对低温段92进行降温，过程中维持低温段92为-10℃左右。

开启调节阀门7，水汽以40kg/min(2.4kg/h)的流速通入反应器。

观察反应系统中瞬间形成的固体水合物外观照片如图2所示。

经检测：63L反应器内，通入10％体积比的水汽4min后取废气检测，显示废气中二氧化碳含量去除率为8％，测试结果如图3中测试2、3(圆形、三角图例，测试1-3为实施例1的重复试验)。8min后取废气检测，二氧化碳去除率为14％，测试结果如图3中测试1、2(五角星、圆形图例)，水汽向水合物的转化率≥95％。

实施例2

本实施例提供一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，利用图1中的装置进行，操作原理参照说明书其他部分的说明。控制如下参数：

废气来源：煤电厂模拟气体，水含量为10％，二氧化碳含量约为90％。

废气热量存储与交换容器1中存储的废气的温度为100℃，压力为1.2MPa。

反应器长度为200cm，内径为20cm，高温绝热段91的长度为50cm，低温段92的长度为150cm，反应器9内多孔滤网的孔径为1mm，相邻孔的间隙为0.3mm。利用-10℃的冬季低温气流对低温段92进行降温，过程中维持低温段92中的温度为-10℃左右。

开启调节阀门7，水汽以40g/min(2.4kg/h)的流速通入反应器。

经检测：63L反应器内，通入10％体积比的水汽，通入气体6min后取废气检测，显示废气中二氧化碳去除率为3.4％，测试结果如图4中测试3；通入气体10min后取废气检测，显示废气中二氧化碳去除率为3.7％，测试结果如图4中测试2。

对比例1

与实施例1不同之处仅在于：反应器长度为200cm，全部为低温段(即将绝热套10替换为外部散热片11，实验测试条件为反应器内部平均温度-0.3℃)。

经检测：实验测试条件下，在63L反应器内通入CO₂体积比为15％的气体，4min后取废气检测，显示废气中CO₂去除率仅为0.2％；12min后，废气中CO₂去除率为1.2％，测试结果如图3中测试4(叉形图例所示，测试4和测试5为对比例1的重复试验)。

综上，本发明提供一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，具备以下优点：

(1)通过利用烟道中废热、冬季低温条件，在长的圆柱状反应器内形成温度骤降的内部温度场，借助温度骤降将高温的烟道水汽凝结为平铺于反应器壁的液态水膜，以用于废气中的CO₂分离、捕集。

(2)通过调节高温水汽进入反应器的频率，可以调节形成的水合物薄膜厚度，最终形成非常致密的、沿反应器壁平铺分布的水合物叠积层，高效提升水合物反应效率以及最终水分转化率。

(3)烟道排出的高温水汽可持续不断地进入反应器，其中的CO₂形成固态CO₂水合物后，反应剩余气体也会持续不断地经安全阀排出，形成一个废气的快速、连续处理模式。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用水合物法快速捕集废气中二氧化碳的方法，其特征在于，包括：利用具有高温绝热段和低温段的反应器进行反应，且所述高温绝热段靠近所述反应器的进口端处，所述低温段靠近所述反应器的出口端处，在所述反应器的进口端设置有雾化机构，以将进入所述反应器的气体进行雾化；

利用所述雾化机构，将高温高压废气通入所述反应器的所述高温绝热段，使雾化的气流飞行依次通过所述高温绝热段和所述低温段，并在所述低温段得到二氧化碳水合物；

其中，通入所述反应器的所述高温高压废气中水含量为5％～15％，二氧化碳含量为10％-30％，温度为80℃-130℃，压力为1MPa～5MPa；

控制所述反应器的所述低温段内的温度为0℃～-30℃；

所述低温段利用冬季低温气流进行换热，在所述低温段上设置有外部散热片，在所述高温绝热段的反应器外壁上套设有外部绝热套；

其中，所述冬季低温气流的温度为0～-30℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通入所述反应器的所述高温高压废气中水含量为8％～12％，二氧化碳含量为15％-25％，温度为100℃-110℃，压力为3MPa～4MPa；控制所述反应器的所述低温段内的温度为-10℃～-30℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应器为圆柱状卧式反应器，所述高温绝热段的长度占比为25-35％，所述低温段的长度占比为65-75％；

反应器长度为650-750cm，内径为55-65cm，所述高温高压废气的通入速率为50kg/h-150kg/h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雾化机构为多孔滤网，所述多孔滤网的孔径为1.0mm-2.0mm，相邻孔的间隙为0.3mm-0.8mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用外置的废气热量存储与交换容器将所述高温高压废气进行存储，所述废气热量存储与交换容器的出口与所述反应器的进口连通，并在连通管路上设置调节阀门，以控制所述高温高压废气通入或停止通入。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述废气热量存储与交换容器的外壁上围绕有换热盘管，所述换热盘管的进口端通入工厂排出的高温废气进行换热，以保持所述废气热量存储与交换容器内的所述高温高压废气的温度；所述换热盘管的出口端与高温废气缓冲容器相连，所述高温废气缓冲容器输出的气体通过高压气体注射泵进行加压之后进入所述废气热量存储与交换容器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高压气体注射泵与所述废气热量存储与交换容器之间的连通管路的出口端呈喇叭口状。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述废气热量存储与交换容器的顶部设置第一安全阀，通过所述第一安全阀排气以保持内腔中的压力低于耐受压力；

在反应器的出口端设置第二安全阀，通过所述第二安全阀排气以使反应器的所述低温段的压力低于上限压力。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在反应器上沿轴向间隔设置多个观察窗口，以通过所述观察窗口观察反应器内形成的二氧化碳水合物和水汽分布状态。

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