CN115414784A - 船舶尾气中二氧化碳的捕集装置 - Google Patents

船舶尾气中二氧化碳的捕集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，以使海水吸收船舶尾气中的二氧化碳后排出，包括：换热塔，用于对进入所述换热塔内的船舶尾气进行降温；吸收塔，所述吸收塔内设置有催化填料，以使进入所述吸收塔内的海水与进入所述吸收塔内的船舶尾气发生反应；其中所述换热塔与所述吸收塔连通；船舶尾气通过所述换热塔降温后进入所述吸收塔内，并通过进入所述吸收塔内的海水吸收其中的二氧化碳后排出所述吸收塔。利用催化填料中碳酸酐酶催化CO2与海水进行水合反应，无需对海水进行加热再生，捕集后的CO2无需液化存储，极大地降低了系统能耗和体积；将碳酸酐酶固定到填料上，增大了传质速率，减小了吸收塔总体积。

Description

船舶尾气中二氧化碳的捕集装置
技术领域
本发明涉及船舶柴油机尾气处理技术领域，具体而言涉及一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置。
背景技术
作为最为经济和节能的运输方式，国际贸易中的90％靠船舶海运实现。随海上贸易的不断增长，船舶动力造成的CO2排放量不容小觑。为加快航运业温室气体减排步伐，国际海事组织制定了温室气体减排战略，与此同时，国内也提出了“碳峰值、碳中和”的双碳战略目标，在不久的将来会分别针对各行业制定严格的碳减排目标。
船舶领域温室气体减排一般是通过航线优化、航速优化、发动机改进等方式实现。在碳减排战略的驱动下，目前船东已通过上述方式将船舶能效提升30％以上，后期提升潜力已经非常有限，距离国际海事组织(IMO)碳减排目标还存在一定距离。而低碳动力技术随具备实现未来碳减排目标的潜力，但受限于探索周期较长、配套设施不完善以及对现有船改造成本高等问题，短期内尚不具备大规模装船应用基础。
后处理技术是船舶烟气排放控制的重要技术手段。在船舶烟气脱硝脱硫方面，后处理技术以其减排力度大、对船舶运行工况匹配性好、经济性等优势已成为船舶满足IMO排放法规要求所采取的重要技术路线。目前各国学者关注的船舶碳捕集封存后处理技术(CCS)虽可以实现大规模碳减排，但存在着能耗高、体积大、捕集后CO2难以处理等问题，难以满足实船应用需求。因此，亟需发展一种适用于船舶的低能耗、高效率、紧凑型的CO2捕集技术，以至少部分地解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，以解决目前船舶碳捕集封存后处理技术中存在的能耗高、体积大、捕集后CO2难以处理等问题。
本发明实施例提供一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，以使海水吸收船舶尾气中的二氧化碳后排出，包括：换热塔，用于对进入所述换热塔内的船舶尾气进行降温；吸收塔，所述吸收塔内设置有催化填料，以使进入所述吸收塔内的海水与进入所述吸收塔内的船舶尾气发生反应；其中所述换热塔与所述吸收塔连通；船舶尾气通过所述换热塔降温后进入所述吸收塔内，并通过进入所述吸收塔内的海水吸收其中的二氧化碳后排出所述吸收塔。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述换热塔包括：第一进水口，设置于所述换热塔的顶部侧面，用于进入海水；第一出水口，设置于所述换热塔的底部端面，用于排出海水；第一进气口，设置于所述换热塔的底部侧面，用于进入船舶尾气；以及第一出气口，设置于所述换热塔的顶部端面，用于排出船舶尾气。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述换热塔内设置有第一喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一进水口相连，用于对所述换热塔内喷淋海水。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一进水口通过第一进水管道与海水连通；所述第一进水管道上设置有第一水泵，所述第一水泵用于抽取海水至所述第一进水口。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一进水管道上还设置有第一阀门，所述第一阀门用于开闭所述第一进水管道。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述吸收塔包括：第二进水口，设置于所述吸收塔的顶部侧面，用于进入海水；第二出水口，设置于所述吸收塔的底部端面，用于排出海水；第二进气口，设置于所述吸收塔的底部侧面，用于进入船舶尾气；以及第二出气口，设置于所述吸收塔的顶部端面，用于排出船舶尾气；其中所述换热塔的所述第一出气口与所述吸收塔的所述第二进气口通过管道连通。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述吸收塔内设置有第二喷嘴，所述第二喷嘴与所述第二进水口相连，用于对所述吸收塔内喷淋海水。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二进水口通过第二进水管道与海水连通；所述第二进水管道上设置有第二水泵，所述第二水泵用于抽取海水至所述第二进水口。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二进水管道上还设置有第二阀门，所述第二阀门用于开闭所述第二进水管道。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述换热塔的所述第一出水口与所述吸收塔的所述第二出水口通过出水管道连通；所述出水管道上设置有泄放阀，所述泄放阀用于控制所述换热塔与所述吸收塔内海水的排放。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述催化填料表面负载固定化碳酸酐酶，海水能够在所述碳酸酐酶的催化作用下与船舶尾气中的二氧化碳发生水合反应。
综上，本发明实施例提供一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，以使海水吸收船舶尾气中的二氧化碳后排出，包括：换热塔，用于对进入所述换热塔内的船舶尾气进行降温；吸收塔，所述吸收塔内设置有催化填料，以使进入所述吸收塔内的海水与进入所述吸收塔内的船舶尾气发生反应；其中所述换热塔与所述吸收塔连通；船舶尾气通过所述换热塔降温后进入所述吸收塔内，并通过进入所述吸收塔内的海水吸收其中的二氧化碳后排出所述吸收塔。本发明利用催化填料中碳酸酐酶催化CO2与海水进行水合反应，无需对海水进行加热再生，捕集后的CO2无需液化存储，极大地降低了系统能耗和体积；与传统方式相比，将碳酸酐酶固定到填料上，增大了传质速率，减小了吸收塔总体积，满足船舶CO2捕集高效率、体积紧凑的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。
图1是本发明实施例中所述船舶尾气中二氧化碳的捕集装置的结构示意图一；
图2是本发明实施例中所述船舶尾气中二氧化碳的捕集装置的结构示意图二。
主要附图标记说明：
Figure BDA0003858176720000041
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提供一种投影显示系统1，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本发明实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
具体地，请参考图1至图2，本发明提供一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置1，以使海水吸收船舶尾气中的二氧化碳后排出，包括换热塔11与吸收塔12；所述换热塔11用于对进入所述换热塔11内的船舶尾气进行降温；所述吸收塔12内设置有催化填料120，以使进入所述吸收塔内的海水与进入所述吸收塔内的船舶尾气发生反应；其中所述换热塔11与所述吸收塔12连通；船舶尾气通过所述换热塔11降温后进入所述吸收塔12内，并通过进入所述吸收塔12内的海水吸收其中的二氧化碳后排出所述吸收塔12。
具体地，所述换热塔11包括：第一进水口111、第一出水口112、第一进气口113以及第一出气口114。所述第一进水口111设置于所述换热塔11的顶部侧面，用于进入海水；所述第一进水口111通过第一进水管道13与海水连通；所述第一进水管道13上设置有第一水泵14，所述第一水泵14用于抽取海水至所述第一进水口111；所述第一进水管道13上还设置有第一阀门15，所述第一阀门15用于开闭所述第一进水管道13。所述第一出水口112设置于所述换热塔11的底部端面，用于排出海水。所述第一进气口113设置于所述换热塔11的底部侧面，用于进入船舶尾气。所述第一出气口114设置于所述换热塔11的顶部端面，用于排出船舶尾气。所述换热塔11内设置有第一喷嘴115，所述第一喷嘴115与所述第一进水口111相连，用于对所述换热塔11内喷淋海水。
所述吸收塔12包括：第二进水口121、第二出水口122、第二进气口123以及第二出气口124。所述第二进水口121设置于所述吸收塔12的顶部侧面，用于进入海水；所述第二进水口121通过第二进水管道16与海水连通；所述第二进水管道16上设置有第二水泵17，所述第二水泵17用于抽取海水至所述第二进水口121；所述第二进水管道16上还设置有第二阀门18，所述第二阀门18用于开闭所述第二进水管道16。所述第二出水口122设置于所述吸收塔12的底部端面，用于排出海水。所述第二进气口123设置于所述吸收塔12的底部侧面，用于进入船舶尾气。所述第二出气口124设置于所述吸收塔12的顶部端面，用于排出船舶尾气。其中，所述换热塔11的所述第一出气口114与所述吸收塔12的所述第二进气口123通过管道连通。所述吸收塔12内设置有第二喷嘴125，所述第二喷嘴125与所述第二进水口121相连，用于对所述吸收塔12内喷淋海水。
进一步地，所述换热塔11的所述第一出水口112与所述吸收塔12的所述第二出水口122通过出水管道19连通；所述出水管道19上设置有泄放阀20，所述泄放阀20用于控制所述换热塔11与所述吸收塔12内海水的排放。
如图2所示，可以理解的是，所述第一进水管道13上能够设置两个所述第一阀门15，两个所述第一阀门15分别设置于所述第一水泵14的两侧，所述第二进水管道16上能够设置两个所述第二阀门18，两个所述第二阀门18分别设置于所述第二水泵17的两侧。
在本发明中，所述催化填料120表面负载固定化碳酸酐酶，海水能够在所述碳酸酐酶的催化作用下与船舶尾气中的CO2发生水合反应。具体地，含有CO2的高温船舶尾气从所述第一进气口113进入所述换热塔11内，通过所述换热塔11内所述第一喷嘴115自上至下喷淋海水，以对含有CO2的高温船舶尾气进行降温处理，所述第一喷嘴115自上至下喷淋的海水从所述第一出水口112排出至大海，经过降温处理后的含有CO2的船舶尾气从所述第一出气口114排出，并通过管道从所述第二进气口123进入所述吸收塔12，通过所述吸收塔12内所述第二喷嘴125自上至下喷淋海水，并在所述催化填料120表面负载固定化是碳酸酐酶的催化作用下，使船舶尾气中含有的CO2与海水发生水合反应，其中产生的碳酸根离子与碳酸氢根离子与海水中的阳离子反应后变成碳酸盐的形式储存在环境中，并通过所述第二出水口122排出至大海，从而实现了CO2的高效率捕集。
本发明中，在所述换热塔11内，海水与高温船舶尾气进行换热，可将船舶尾气中颗粒物、氧化硫等杂质去除，同时将高温船舶尾气温度降低至碳酸酐酶催化反应的合适温度。所述吸收塔12中所使用催化填料120为散堆或规整填料，其形式、尺寸、型号与规格可根据实际脱除CO2效率、所述吸收塔12内压降要求、液泛率要求和运行工况等参数进行选择。在碳酸酐酶的选用中，可选用商品碳酸酐酶，也可选用来自有菌株(如嗜盐菌、嗜热菌)参与的植物(如诸葛菜、龙须菜、椿)发酵过程中的粗酶产物。
在碳酸酐酶的固定化过程中，首先以多孔有机硅为载体，制备含碳酸酐酶的多孔有机硅，然后用基于有机溶剂的溶胶-凝胶工艺制备多孔薄膜沉积于(散堆、规整)填料表面，然后采用搅拌或喷涂法将碳酸酐酶固定于规整或散堆填料表面。该工艺中，不涉及CO2吸收剂的再生过程以及捕集后CO2的存储过程，与传统CO2捕集封存系统相比可明显降低系统能耗与体积。相较于传统CO2捕集、再生及液化存储工艺路线，无需再生和液化存储过程，同时本发明中以填料为载体实现了碳酸酐酶的固定化，增加了CO2吸收过程的气液接触面积，增强了传质效果，解决了传统CO2捕集封存方法吸收效率低、再生能耗高和存储体积大的问题。
本发明实施例提供一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，以使海水吸收船舶尾气中的二氧化碳后排出，包括：换热塔，用于对进入所述换热塔内的船舶尾气进行降温；吸收塔，所述吸收塔内设置有催化填料，以使进入所述吸收塔内的海水与进入所述吸收塔内的船舶尾气发生反应；其中所述换热塔与所述吸收塔连通；船舶尾气通过所述换热塔降温后进入所述吸收塔内，并通过进入所述吸收塔内的海水吸收其中的二氧化碳后排出所述吸收塔。本发明利用催化填料中碳酸酐酶催化CO2与海水进行水合反应，无需对海水进行加热再生，捕集后的CO2无需液化存储，极大地降低了系统能耗和体积；与传统方式相比，将碳酸酐酶固定到填料上，增大了传质速率，减小了吸收塔总体积，满足船舶CO2捕集高效率、体积紧凑的要求。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，以使海水吸收船舶尾气中的二氧化碳后排出，其特征在于，包括：
换热塔，用于对进入所述换热塔内的船舶尾气进行降温；
吸收塔，所述吸收塔内设置有催化填料，以使进入所述吸收塔内的海水与进入所述吸收塔内的船舶尾气发生反应；其中
所述换热塔与所述吸收塔连通；
船舶尾气通过所述换热塔降温后进入所述吸收塔内，并通过进入所述吸收塔内的海水吸收其中的二氧化碳后排出所述吸收塔。
2.如权利要求1所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，所述换热塔包括：
第一进水口，设置于所述换热塔的顶部侧面，用于进入海水；
第一出水口，设置于所述换热塔的底部端面，用于排出海水；
第一进气口，设置于所述换热塔的底部侧面，用于进入船舶尾气；以及
第一出气口，设置于所述换热塔的顶部端面，用于排出船舶尾气。
3.如权利要求2所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，
所述换热塔内设置有第一喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一进水口相连，用于对所述换热塔内喷淋海水。
4.如权利要求2所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，所述第一进水口通过第一进水管道与海水连通；
所述第一进水管道上设置有第一水泵，所述第一水泵用于抽取海水至所述第一进水口。
5.如权利要求4所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，
所述第一进水管道上还设置有第一阀门，所述第一阀门用于开闭所述第一进水管道。
6.如权利要求2所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，所述吸收塔包括：
第二进水口，设置于所述吸收塔的顶部侧面，用于进入海水；
第二出水口，设置于所述吸收塔的底部端面，用于排出海水；
第二进气口，设置于所述吸收塔的底部侧面，用于进入船舶尾气；以及
第二出气口，设置于所述吸收塔的顶部端面，用于排出船舶尾气；其中
所述换热塔的所述第一出气口与所述吸收塔的所述第二进气口通过管道连通。
7.如权利要求6所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，
所述吸收塔内设置有第二喷嘴，所述第二喷嘴与所述第二进水口相连，用于对所述吸收塔内喷淋海水。
8.如权利要求6所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，所述第二进水口通过第二进水管道与海水连通；
所述第二进水管道上设置有第二水泵，所述第二水泵用于抽取海水至所述第二进水口。
9.如权利要求8所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，
所述第二进水管道上还设置有第二阀门，所述第二阀门用于开闭所述第二进水管道。
10.如权利要求6所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，所述换热塔的所述第一出水口与所述吸收塔的所述第二出水口通过出水管道连通；
所述出水管道上设置有泄放阀，所述泄放阀用于控制所述换热塔与所述吸收塔内海水的排放。
11.如权利要求1所述的船舶尾气中二氧化碳的捕集装置，其特征在于，所述催化填料表面负载固定化碳酸酐酶，海水能够在所述碳酸酐酶的催化作用下与船舶尾气中的二氧化碳发生水合反应。
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