CN115845566A - 一种二氧化碳解吸和回收方法、及装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二氧化碳解吸方法，包括执行一次或多次电解操作，所述电解操作包括：对第一腔室内的碳吸收液和第二腔室内的脱碳液进行第一电解；在所述第一电解的过程中，所述第一腔室的电极电位高于所述第二腔室的电极电位；调整所述第二腔室中的内容液为碳吸收液；对所述第一腔室和所述第二腔室中的内容液进行第二电解；在所述第二电解的过程中，所述第一腔室的电极电位低于所述第二腔室的电极电位；在进行所述第一电解和所述第二电解时，将所述第一腔室和所述第二腔室的内容液限定在各自的腔室内。本发明的长期运行性能佳，且可以频繁地进行极性切换。

Description

一种二氧化碳解吸和回收方法、及装置和系统

技术领域

本发明涉及气体净化分离领域，尤其涉及一种二氧化碳解吸和回收方法、及装置和系统。

背景技术

近年来，由温室气体，特别是二氧化碳，而导致的全球变暖，已成为全世界密切关注的问题。但是，截止到目前，二氧化碳所造成的环境问题仍然非常突出，因此，如何对烟气中的二氧化碳进行有效地回收和解吸是目前急需解决的问题。

为了实现对烟气中二氧化碳的回收和分离，授权公告号为CN113578025B的中国发明专利公开了一种烟气中二氧化碳的捕集方法及捕集系统，包括步骤：将含二氧化碳的烟气输送至吸收装置中进行二氧化碳的吸收，得吸收液和净化气体；将所述吸收液输送至电解吸装置的阳极室中进行解吸，得到含有金属/氨配位化合物和二氧化碳的气液混合物；对所述气液混合物进行气液分离处理，得二氧化碳气体和分离液；将所述分离液输送至所述电解吸装置的阴极室中，使所述分离液在所述阴极室发生电沉积作用，得沉积金属和含氨溶液；将含氨溶液输送至所述吸收装置中再次进行二氧化碳的吸收。

虽然上述专利采用的吸收剂在高效净化分离烟气中二氧化碳的前提下，能够显著降低能耗与投入成本、减少氨挥发、并避免吸收剂的降解。但是，经研究发现，上述专利存在长期运行性能与稳定性较差、调试过程耗时、运行效率低、无法适应电极的频繁切换、工艺优化难度较大等技术缺陷。

鉴于此，有必要提供一种二氧化碳解吸和回收方法、及装置和系统，以解决或缓解上述技术缺陷中的一种或多种。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种二氧化碳解吸和回收方法、及装置和系统，旨在解决上述长期运行性能与稳定性较差、调试过程耗时、运行效率低、无法适应电极的频繁切换、工艺优化难度较大中的一种或多种技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种二氧化碳解吸方法，包括执行一次或多次电解操作，所述电解操作包括：

对第一腔室内的碳吸收液和第二腔室内的脱碳液进行第一电解，在所述第一腔室内得到二氧化碳气体和解吸液，在所述第二腔室内得到含吸收剂的待吸收液；所述第一腔室和所述第二腔室为碳解吸装置中同一电解组件的两个腔室；在所述第一电解的过程中，所述第一腔室的电极电位高于所述第二腔室的电极电位；

调整所述第二腔室中的内容液为碳吸收液；

对所述第一腔室和所述第二腔室中的内容液进行第二电解，在所述第二腔室内得到二氧化碳气体和解吸液，在所述第一腔室内得到含所述吸收剂的待吸收液；在所述第二电解的过程中，所述第一腔室的电极电位低于所述第二腔室的电极电位；

在所述第一电解和所述第二电解的过程中，将所述第一腔室和所述第二腔室的内容液限定在各自的腔室内。

进一步地，所述调整所述第二腔室中的内容液为碳吸收液包括：

排出所述第二腔室中产生的待吸收液，并在所述第二腔室中引入碳吸收液；且在所述第一腔室中保留所述第一电解得到的解吸液。

进一步地，当所述碳解吸方法包括多次所述电解操作时，在第二次以后的所述电解操作中，所述第一电解中的脱碳液为解吸液。

进一步地，所述吸收剂包括氨和有机胺中的一种或多种；所述第一腔室和所述第二腔室的电极中均含有能与吸收剂配位结合的金属元素。

进一步地，在进行所述第一电解和所述第二电解的过程中，使所述第一腔室和所述第二腔室的内容液在各自对应的腔室内流动。

本发明还提供一种二氧化碳回收方法，包括：采用碳吸收装置吸收烟气中的二氧化碳，得碳吸收液和净化气体；

采用如上述任意一项所述的解吸方法解吸碳吸收液中的二氧化碳，并收集所述第一电解和所述第二电解中产生的二氧化碳气体；

其中，所述第一电解和所述第二电解中的碳吸收液均来源于所述碳吸收装置；所述第一电解和所述第二电解中产生的待吸收液均在电解完成后排出至所述碳吸收装置中。

进一步地，将待排至所述碳吸收装置中的待吸收液进行蓄集，然后将所述蓄集后的待吸收液输送至所述碳吸收装置中。

本发明还提供一种二氧化碳解吸装置，包括电解容器、第一进液通道、第二进液通道、第一出液通道、第二出液通道、第一排气通道和第二排气通道；

所述电解容器中开设有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室分隔设置；

所述第一腔室中设有第一电极，所述第二腔室中设有第二电极；

所述第一进液通道、所述第一出液通道、所述第一排气通道均与所述第一腔室连通设置；

所述第二进液通道、所述第二出液通道、所述第二排气通道均与所述第二腔室连通设置；

所述第一进液通道和所述第二进液通道均用于接收碳吸收液；

所述第一出液通道和所述第二出液通道均用于排出电解得到的待吸收液；

所述第一排气通道和所述第二排气通道均用于收集电解得到的二氧化碳气体。

进一步地，所述电解容器包括本体和盖体，所述本体和所述盖体盖合设置；

所述本体中分隔有所述第一腔室和所述第二腔室；

所述第一电极和所述第二电极均固定于所述盖体上，且所述第一电极伸入所述第一腔室的内部，所述第二电极伸入所述第二腔室的内部。

进一步地，第一腔室和所述第二腔室对称设置；所述第一电极和所述第二电极均与所述盖体可拆卸式固定连接。

进一步地，所述碳解吸装置还包括电源组件，所述第一电极和所述第二电极均与所述电源组件电性连接。

进一步地，第一腔室和所述第二腔室通过阴离子交换膜分隔设置。

进一步地，所述第一出液通道和所述第一腔室的连通处位于所述第一腔室的底部，所述第一进液通道和所述第一腔室的连通处高于所述第一出液通道和所述第一腔室的连通处；所述第一排气通道和所述第一腔室的连通处位于所述第一腔室的顶部；

所述第二出液通道和所述第二腔室的连通处位于所述第二腔室的底部，所述第二进液通道和所述第二腔室的连通处高于所述第二出液通道和所述第二腔室的连通处；所述第二排气通道和所述第二腔室的连通处位于所述第二腔室的顶部。

进一步地，所述碳解吸装置还包括第一循环管路和第二循环管路；

所述第一循环管路的进液口和出液口均与所述第一腔室连通设置；

所述第二循环管路的进液口和出液口均与所述第二腔室连通设置。

本发明还提供一种二氧化碳回收系统，包括如上述任意一项所述的碳解吸装置，还包括碳吸收装置；

所述第一进液通道和所述第二进液通道均与所述碳吸收装置的出液口连通设置；所述第一出液通道和所述第二出液通道均与所述碳吸收装置的进液口连通设置。

进一步地，所述二氧化碳回收系统还包括碳吸收液通道和待吸收液通道；

所述碳吸收液通道的进液口与所述碳吸收装置的出液口连通设置，所述碳吸收液通道的出液口同时与所述第一进液通道和所述第二进液通道的进液口连通设置，所述碳吸收液通道的出液口处设有控制所述第一进液通道和所述第二进液通道开度的第一阀体；

所述待吸收液通道的进液口同时与所述第一出液通道和所述第二出液通道的出液口连通设置，所述待吸收液通道的进液口处设有控制所述第一出液通道和所述第二出液通道开度的第二阀体；所述待吸收液通道的出液口与所述碳吸收装置的进液口连通设置。

进一步地，所述待吸收液通道上设有储液容器。

进一步地，所述二氧化碳回收系统包括多个所述二氧化碳解吸装置；各所述碳解吸装置的所述第一进液通道和所述第二进液通道均与所述碳吸收装置的出液口连通设置，且各所述碳解吸装置的所述第一出液通道和所述第二出液通道均与所述碳吸收装置的进液口连通设置。

进一步地，所述碳吸收装置包括多个依次连通设置的碳吸收塔；

第一个所述吸收塔的进液口与所述碳解吸装置的所述第一出液通道和第二出液通道连通设置；

上一个所述吸收塔的进气口与下一个所述吸收塔的排气口连通设置，且下一个所述吸收塔的进液口与上一个所述吸收塔的出液口连通设置；

最后一个所述吸收塔的出液口与所述碳解吸装置的所述第一进液通道和第二进液通道连通设置。

本发明还提供一种控制系统，所述控制系统包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的二氧化碳解吸方法或实现如上述任意一项所述的二氧化碳回收方法。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1、本发明的碳解吸方法具有较优的长期运行性能和稳定性。本发明可以不依赖于金属离子的浓度梯度，从而使得长时间运行后，金属电溶解与沉积均匀，电解过程极板平整，实际运行电流密度稳定，因而，法拉第效率与CO₂气体解吸流量稳定。

2、本发明的碳解吸方法无需调试过程，运行效率高。碳解吸过程中，当电极溶解/沉积达到一定程度时，为防止电极溶穿或电沉积层过厚，需要电极极性互换或阴阳极极板互换操作；本发明中，每次互换的初始阶段，内容液可以直接导入运行，不需要调试，直接实际成产。因此，相较于流态化设置，本发明规避了不会产生实际生产价值的调试过程，提升了运行效率，降低了溶剂消耗成本，操作更为简便。

3、本发明可以频繁地进行极性切换。为防止电极过薄或过厚，本发明可以对电极的极性进行切换，且不会影响碳解吸的正常运行。具体地，本发明通过间歇式地碳解吸，使得碳解吸的过程不必形成金属离子浓度梯度，从而为极性切换奠定了基础；通过结合第一电解和第二电解的极性切换，契合了间歇式碳解吸的独有特性，保证了电极的厚度。并且，本发明通过极性切换，省略了解吸液的输送过程，不仅简便了间歇式碳解吸的整体操作，还减少了能耗。

4、本发明的工艺优化简易。在工艺优化过程，对于经济技术指标(电流、温度、极距等)的调控，相较流态化系统，可以减少液流速率这一指标的协同调控，而且规避了流态化体系阳极CO₂解吸后气液混合液的气液分离工序。精简了工艺过程的同时，工艺过程优化明显更为简易，实际可操作性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中二氧化碳解吸装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中另一视角下二氧化碳解吸装置的结构示意图(未示出盖体)；

图3为本发明一实施例中二氧化碳回收方法的流程示意图。

附图标记：1、碳解吸装置；2、第一腔室；3、第二腔室；4、第一电极；5、第二电极；6、阴离子交换膜；7、第一进液通道；8、第二进液通道；9、第一出液通道；10、第二出液通道；11、第一循环管路；12、第二循环管路；13、第一排气通道；14、第二排气通道；15、吸收塔；16、碳吸收液通道；17、待吸收液通道；18、储液容器；19、冷凝组件。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。需说明的是，为了绘制方便，本申请说明书附图的图3并不限定第一出液通道9、第一进液通道7、第二出液通道10和第二进液通道8的具体位置，具体以文字记载为准。

本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

需说明的是，现有技术在进行碳捕集回收和碳解吸的过程中，常采用流态化的运行方式，以保证碳回收和碳解吸的连续性。

然而，经研究发现，目前的流态化运行方式仍存在至少下述缺点：

1、碳解吸过程长期运行性能与稳定性差。碳解吸长时间运行后，法拉第效率下降，CO₂气体解吸流量下降，从而稳定性变差。这是因为长时间运行后金属电溶解与沉积不均匀，电解过程极板不平整，从而导致实际运行电流密度下降。究其根本原因，是由于温度分布、电解液分布以及电势线分布不均匀所致。然而，虽然协同设置互为适配的液流速度、流道配置、施加电流等操作指标有望解决此问题，但实现难度较大，可操作窗口较小。

2、碳解吸的前期调试过程耗时，运行效率低。碳解吸过程中，当极板溶解/沉积达到一定程度时，为防止极板溶穿或电沉积层过厚，需要电极极性互换或阴阳极极板互换操作，每次互换的初始阶段，需要重新导入初始的内溶液，并使之反应一段时间，以在流态化电解池的流道内形成具有金属离子浓度梯度(或CO₂浓度梯度)的溶液组分，该过程对于获取目标浓度(下一步骤所需浓度)的溶液十分重要，因为其与电解吸过程的设计以及高效稳定运行息息相关，只有流态化阳极腔室的终端达到所需的目标浓度才能够满足阳极腔室开端的金属离子浓度，实现高效稳定碳解吸过程。然而，调试时间不会产生实际生产价值，且耗时较长，降低了运行效率，消耗了溶剂，增加了操作难度。

3、无法适应电极的频繁切换。为了使阴阳极板的不至于变厚或变薄，可以将两个极板的极性交替性互换。然后，由于现有技术存在碳解吸调试过程，在进行电极频繁切换的情况下，每次电极切换均需调试，从而会导致碳解吸无法正常运行。

4、采用流态化电解装置工艺优化难度较大。该难度主要是由于工艺优化需要兼顾多项经济技术指标(电流、液流速率、温度、极距等)造成的；此外，阳极电解完成后的气液混合液需要进行气液分离工序。

为解决现有技术中的一种或多种上述缺陷，结合图1-3进行理解，本发明提供了一种二氧化碳解吸方法，包括执行一次或多次电解操作。

本发明中，需进行解吸的二氧化碳可以来源于烟气，并已经在碳吸收装置内和吸收剂配位结合，形成了碳吸收液。

电解操作包括：

在进行第一电解前，使第一腔室2的内容液为碳吸收液，使第二腔室3的内容液为脱碳液；在执行首次电解操前，可以直接向第一腔室2和第二腔室3中直接提供对应的内容液，在执行第二次以后的电解操作前，可以通过液体排出排入的方式调整第一腔室2和/或第二腔室3中的内容液，从而使第一腔室2和第二腔室3中待电解的内容液与第一电解进行对应。内容液为第一腔室2和第二腔室3中容纳的液体，其可以来源于外部提供，也可以为电解中或电解后的液体。

对第一腔室2内的碳吸收液和第二腔室3内的脱碳液进行第一电解，在第一腔室2内得到二氧化碳气体和解吸液，在第二腔室3内得到含吸收剂的待吸收液；第一腔室2和第二腔室3为碳解吸装置1中同一电解组件的两个腔室。

为了实现对碳吸收液和脱碳液的电解，第一腔室2的电极电位高于第二腔室3的电极电位，即，第一电解时，第一腔室2为阳极室，第二腔室3为阴极室。需知晓的是，第一腔室2和第二腔室3的电极可以为电极片或电极板。

为了保证第二电解的进行，需调整第二腔室3中的内容液为碳吸收液；具体可以为：排出第二腔室3中产生的待吸收液，并在第二腔室3中引入碳吸收液，且在第一腔室2中保留第一电解得到的解吸液。其中，待吸收液通常排出至碳吸收装置，碳吸收液通常来源于碳吸收装置。

在调整完第二腔室3中的内容液后，第一腔室2的内容液为解吸液，第二腔室3的内容液为碳吸收液；对第一腔室2和第二腔室3中的内容液进行第二电解，在第一腔室2内得到含吸收剂的待吸收液，在第二腔室3内得到二氧化碳气体和解吸液。

为了与第二电解的内容液进行对应，在进行第二电解时，需对腔室和电极的极性进行切换，使第一腔室2的电极电位低于第二腔室3的电极电位，即，第二电解时，第一腔室2为阴极室，第二腔室3为阳极室。

为了确保第一电解和第二电解的独立性，实现碳解吸的间歇式运行，在进行第一电解和第二电解的过程中，需将第一腔室2和第二腔室3的内容液限定在各自的腔室内。

在电解的过程，“将第一腔室2和第二腔室3的内容液限定在各自的腔室内”可以理解为：保持腔室内液体的独立性，避免电解过程中在腔室内引入或排出液体。示例性地，在电解过程中，可以不将腔室内的液体向外排出，也不将外部的液体排入腔室内，通过将内容液限定在各自的腔室内进行电解，使得本发明可以间歇式地进行碳解吸。

需了解的是，本发明中腔室内液体(内容液)的独立性是相对的，为了促进各腔室中液体的流动性，在进行第一电解和第二电解的过程中，使第一腔室2和第二腔室3内的内容液在各自对应的腔室内循环流动。为此，可以通过管道将各腔室内的液体分别进行循环式的排出和流入，以促进各腔室内液体的循环流动(内循环)。进一步地，液体排出腔室时的高度可以高于液体流入腔室时的高度。

还需了解的是，本发明中的第一电解和第二电解主要是为了对腔室中的内容液进行电解反应，以通过间歇式地电解实现二氧化碳的解吸和金属的电沉积。

本领域技术人员应当知晓的是，碳吸收液的电解在阳极室进行，脱碳液和解吸液的电解在阴极室进行，因此，在执行第一电解和第二电解时，第一腔室2和第二腔室3的极性与内容液或待电解的内容液相契合即可。即，在电解过程中，可以将对碳吸收液进行电解的腔室设定为阳极室，将对脱碳液和解吸液进行电解的腔室设定为阴极室，具体可以通过改变腔室极性的方式或者以液体输送的方式实现待电解的内容液与腔室性质的相互对应。

值得注意的是，碳吸收液属于富碳低金属离子含量的液体，碳吸收液中含有二氧化碳和吸收剂，且二氧化碳和吸收剂配位结合。其中，吸收剂可以包括或为氨和有机胺中的一种或多种。当在阳极室进行电解时，碳吸收液中的吸收剂会与二氧化碳解吸，并与金属离子配位结合，逐渐转化为解吸液，从而释放二氧化碳。

脱碳液和解吸液属于低碳高金属离子含量液体，脱碳液和解吸液中均含有金属元素和吸收剂，且金属元素和吸收剂配位结合。其中，脱碳液和解吸液可以相同，即脱碳液可以为解吸液；然而，由于首次电解时还未产生解吸液，此时的脱碳液可以为配制后的液体，除此之外，后续的脱碳液可以为上一电解中产生的解吸液。

即：当碳解吸方法包括多次电解操作时，在第二次以后(包含第二次)的电解操作中，第一电解中的脱碳液可以为解吸液。

作为对金属元素的说明，金属元素包括或为能与吸收剂配位结合的过渡金属元素，例如，锌元素、铜元素、镍元素和银元素中的其中一种或多种。且解吸液和脱碳液中含有的金属元素与碳解吸装置1中的电极对应，即，第一腔室2和第二腔室3中的电极均含有解吸液和脱碳液中的金属元素(能与吸收剂结合的金属元素)。

待吸收液由脱碳液或解吸液电解得到，通过对脱碳液或解吸液进行电解，可以将脱碳液或解吸液中的金属元素电沉积于电极上，从而实现吸收剂的释放和金属元素的电沉积。因此，待吸收液属于低碳低金属离子含量的液体，含有吸收剂。将待吸收液输送至碳吸收装置后，可以使其重复吸收二氧化碳，从而再次得到用于电解的碳吸收液。

为便于本领域技术人员对本发明有更清楚的理解，示例性地：

第一腔室2和第二腔室3为碳解吸装置1中同一电解组件的两个腔室。碳解吸方法包括多次连续进行的电解操作，每个电解操作均包括第一电解和第二电解。

在第一电解前，向第一腔室2提供碳吸收液，向第二腔室3提供脱碳液，以使第一腔室2中待电解的内容液为碳吸收液，第二腔室3中待电解的内容液为脱碳液。

在第一电解的过程中，将第一腔室2设置为阳极室，将第二腔室3设置为阴极室。

且，在第一电解的过程中，将第一腔室2中的液体限定在第一腔室2内，将第二腔室3中的液体限定在第二腔室3内；并控制第一腔室2和第二腔室3中的液体分别在各自的腔室内流动。具体地，采用管路将腔室上部或中部的液体抽出，然后释放至腔室的底部；该操作并未实质性地将腔室内的液体排出，此时，液体依然属于被限定在腔室内。

在进行第一电解时，第一腔室2中的碳吸收液电解得到二氧化碳气体和解吸液，第二腔室3中的脱碳液电解得到含吸收剂的待吸收液；在进行第一电解的过程中，收集第一腔室2中产生的二氧化碳气体。

在完成第一电解后，将第二腔室3中产生的待吸收液排出至碳吸收装置，然后将碳吸收装置中的碳吸收液输送至第二腔室3中，以使第二腔室3中的内容液为碳吸收液；并且，将第一腔室2中产生的解吸液留存于第一腔室2中，以使第一腔室2中的内溶液为解吸液。

对第一腔室2的内容液和第二腔室3的内容液进行第二电解，此时，第一腔室2中待电解的内容液为第一电解中产生的解吸液；第二腔室3中待电解的内容液为重新输送的碳吸收液。

在第二电解的过程中，将第一腔室2设置为阴极室，将第二腔室3设置为阳极室。

且，在第二电解的过程中，将第一腔室2中的液体限定在第一腔室2内，将第二腔室3中的液体限定在第二腔室3内；并控制第一腔室2和第二腔室3中的液体分别在各自的腔室内流动。具体地，采用管路将腔室上部或中部的液体抽出，然后释放至腔室的底部；该操作并未实质性地将腔室内的液体排出，此时，液体依然属于被限定在腔室内。

在进行第二电解时，第二腔室3中的碳吸收液电解得到二氧化碳气体和解吸液，第一腔室2中的解吸液电解得到含吸收剂的待吸收液；在进行第二电解的过程中，收集第二腔室3中产生的二氧化碳气体。

在完成第二电解后，重复执行下一次电解操作。

在后续电解操作的第一电解前，为确保第一电解的执行，将第一腔室2中产生的待吸收液排出至碳吸收装置，然后将碳吸收装置中的碳吸收液输送至第一腔室2中，以向第一腔室2中提供碳吸收液，从而使第一腔室2中待电解的内容液为碳吸收液；并且，将第二腔室3中产生的解吸液留存于第二腔室3中，以向第二腔室3提供脱碳液，从而使第二腔室3中待电解的内容液为脱碳液。需知晓的是，第二次电解操作及其后续的电解操作中，脱碳液均为解吸液。

基于上述二氧化碳解吸方法，参照图3所示，本发明还提供了一种二氧化碳回收方法，包括：

采用碳吸收装置吸收烟气中的二氧化碳，得碳吸收液和净化气体。本领域技术人员应当了解的是，碳吸收装置中通常含有能够与二氧化碳配位结合的吸收剂吸收剂的液体，如待吸收液。

采用如上述任意实施方式的解吸方法解吸碳吸收液中的二氧化碳，并收集第一电解和第二电解中产生的二氧化碳气体。在收集第一电解和第二电解中产生的二氧化碳气体的过程中，可以对二氧化碳气体进行冷凝，以对二氧化碳气体进行纯化，去除二氧化碳气体中携带的水分、吸收剂等物质。

其中，第一电解和第二电解中的碳吸收液均来源于碳吸收装置；即，当碳吸收装置吸收二氧化碳产生碳吸收液和净化气体后，将碳吸收液输送至碳解吸装置1，以便于采用碳解吸装置1对碳吸收液中的二氧化碳进行解吸。

为了实现吸收剂的充分利用，第一电解和第二电解中产生的待吸收液均在电解完成后排出至碳吸收装置中，以使待吸收液中的吸收剂能够与烟气中的二氧化碳重新结合，获得新的碳吸收液。

为了保证碳回收过程的流畅性，保证碳回收和碳解吸的运转，在将第一电解和第二电解中产生的待吸收液排出至碳吸收装置中的过程中，可以将待排至碳吸收装置中的待吸收液进行蓄集，然后将蓄集后的待吸收液输送至碳解吸装置1中。

值得再次说明的是，现有技术的碳解吸和碳捕集回收属于流态化的方式。

然而，对于流态化的方式，

每次电极极性互换或阴阳极极板互换后，需要额外电解运行一段时间，形成稳定的电解液浓度梯度，该过程增加了电解液消耗成本与实际电解生产的时间成本。由此，每次电极极性互换或阴阳极极板互换后的初始阶段，调试时间较长，降低运行效率。并且，由于每次电极极性互换的初始阶段均需要调试，导致现有技术无法频繁地进行电极切换，从而使得现有技术中金属电极板的厚度无法连续维持。

因为获取平整电溶解表面和电沉积层对于温度分布、电解液分布以及电势线分布有较高要求，但是，协同设置互为适配的液流速度、流道配置、施加电流等操作指标，实现均匀的温度分布、电解液分布以及电势线分布难度较大。由此，流态化方式的金属电溶解与沉积不均匀，电解过程极板不平整，影响连续性稳定运行，可操作性较低。

如果对流态化的方式进行优化，其工艺优化需要兼顾多项经济技术指标(电流、液流速率、温度、极距等)；此外，阳极电解完成后的气液混合液需要进行气液分离工序，因此，采用流态化方式的工艺优化难度较大。

本发明中采用间歇式的方式进行二氧化碳的解吸和捕集回收。

具体地，本发明因无需调试，直接运行，降低了电解液消耗成本与时间成本，提高了实际运行效率；本发明还可以对电极的极性进行频繁切换。

本发明仅调节各腔室内液体的循环流动速率便可以解决流态化装置中温度分布、电解液分布以及电势线分布不均匀的问题，实现均匀的电溶解和电沉积，操作简便；该操作与传统冶金中铜电解精炼、铅电解精炼、镍电解精炼和锌电沉积等的液体循环设置具有相近增益效果。

例如，本发明仅对腔室内的液体进行内循环流动，便可解决流态化装置中温度分布、电解液分布以及电势线分布不均匀的问题，实现均匀的电溶解和电沉积。

本发明的工艺优化较简易，且相较流态化系统不需要考虑液流速率与阳极电解完成后的气液混合液的气液分离工序。

基于本发明对二氧化碳解吸方法的改进，参见图1-3进行理解，本发明还提供了一种执行上述任意一项二氧化碳解吸方法的二氧化碳解吸装置1，包括电解容器、第一进液通道7、第二进液通道8、第一出液通道9、第二出液通道10、第一排气通道13和第二排气通道14。

电解容器属于提供电解的反应场所，电解容器中开设有第一腔室2和第二腔室3，第一腔室2和第二腔室3分隔设置；第一腔室2和第二腔室3具体可以通过阴离子交换膜6分隔设置，且第一腔室2和第二腔室3可以还可以对称设置。

为了保证电解的进行，第一腔室2中设有第一电极4，第二腔室3中设有第二电极5，第一电极4和第二电极5可以为电极片或电极板；在进行电解时，第一电极4和第二电极5的极性相反，即当其中一个电极和电源的正极相连时，另一个电极和电源的负极相连。

为了便于向第一腔室2中间歇式输送碳吸收液，第一进液通道7需和第一腔室2连通设置；为了便于向第二腔室3中间歇式输送碳吸收液，第二进液通道8需和第二腔室3连通设置；第一进液通道7和第二进液通道8均用于接收碳解吸装置1中产生的碳吸收液，然后分别向第一腔室2和第二腔室3间歇式地输送碳吸收液。

为了便于将第一腔室2中产生的待吸收液排出至碳吸收装置，第一出液通道9需和第一腔室2连通设置；为了便于将第二腔室3中产生的待吸收液排出至碳吸收装置，第二出液通道10需和第二腔室3连通设置；第一出液通道9和第二出液通道10均用于将电解得到的待吸收液排出至碳吸收装置。

为了便于收集第一腔室2和第二腔室3中产生的二氧化碳气体，第一排气通道13和第二排气通道14均用于将电解得到的二氧化碳气体排出至二氧化碳气体收集装置，均可以与二氧化碳气体收集装置连通设置，以收集电解得到的二氧化碳气体。其中，第一排气通道13和第二排气通道14中可以设置冷凝组件19，以对排出的二氧化碳进行纯化，从而分离二氧化碳气体中携带的水分等物质；进一步地，第一排气通道13和第二排气通道14的管路可以部分重叠，并将冷凝组件19设置于两者重叠的管路上。

优选地，第一出液通道9和第一腔室2的连通处位于第一腔室2的底部，第一进液通道7和第一腔室2的连通处高于第一出液通道9和第一腔室2的连通处，具体可以位于第一腔室2的上部；第一排气通道13和第一腔室2的连通处位于第一腔室2的顶部。

第二出液通道10和第二腔室3的连通处位于第二腔室3的底部，第二进液通道8和第二腔室3的连通处高于第二出液通道10和第二腔室3的连通处，具体可以位于第二腔室3的上部；第二排气通道14和第二腔室3的连通处位于第二腔室3的顶部。

为了保证碳解吸过程的正常运行，电解容器可以包括本体和盖体，本体和盖体盖合设置，本体一般位于盖体的下方。即：本体中分隔有第一腔室2和第二腔室3，盖体可以同时与第一腔室2和第二腔室3盖合设置。

第一电极4和第二电极5均可以固定于盖体上，如：第一电极4和第二电极5均可以与盖体可拆卸式固定连接；且第一电极4伸入第一腔室2的内部，具体可以延伸至靠近第一腔室2的底部；第二电极5伸入第二腔室3的内部，具体可以延伸至靠近第二腔室3的底部。为了便于向第一电极4和第二电极5供电，第一电极4和第二电极5可以向盖体外延伸设有导电部。

为了保证第一电极4和第二电极5的极性，碳解吸装置1还可以包括电源组件，第一电极4和第二电极5均与电源组件电性连接，且电源组件的正负极可以进行转换。

需说明的是，本发明为间歇式碳解吸，可以通过控制腔室内的液体进行内部循环流动，从而避免电溶解和电沉积的不均匀。

为了促使各腔室中液体的内部循环流动，碳解吸装置1还可以包括第一循环管路11和第二循环管路12。

其中，第一循环管路11的进液口和出液口均与第一腔室2连通设置，且第一循环管路11的进液口可以高于第一循环管路11的出液口。即第一腔室2配置有第一循环管路11，以促进第一腔室2内的液体在第一腔室2中的内循环流动。第一循环管路11的进液口具体可以位于第一腔室2的上部或中部，第一循环管路11的出液口具体可以位于第一腔室2的下部或底部，以促进第一腔室2内液体的循环流动。

第二循环管路12的进液口和出液口均与第二腔室3连通设置，且第二循环管路12的进液口可以高于第二循环管路12的出液口。即第二腔室3配置有第二循环管路12，以促进第二腔室3内的液体在第二腔室3中的内循环流动。第二循环管路12的进液口具体可以位于第二腔室3的上部或中部，第二循环管路12的出液口具体可以位于第二腔室3的下部或底部，以促进第二腔室3内液体的循环流动。

为了确保各腔室中液体循环流动的正常开展，第一循环管路11的进液口可以低于第一进液通道7和第一腔室2的连通处，第二循环管路12的进液口可以低于第二进液通道8和第二腔室3的连通处。

为了提升腔室内液体循环流动的效率，与第一腔室2对应的第一循环管路11、以及与第二腔室3对应的第二循环管路12均可以为多个，例如两个。当与单一腔室对应的循环管路为两个时，两个循环管路可以相对设置，以保证液体循环流动的均匀性。

基于本发明对二氧化碳回收方法的改进，本发明还提供一种执行上述任意一项二氧化碳回收方法的二氧化碳回收系统，包括如上述任意实施方式的碳解吸装置1，还包括碳吸收装置，从而对二氧化碳进行吸收和解吸，以完成对二氧化碳的捕集回收。

为了便于对碳吸收装置中吸收的二氧化碳进行解吸，第一进液通道7和第二进液通道8均与碳吸收装置的出液口连通设置。为了实现吸收剂的循环使用，第一出液通道9和第二出液通道10均与碳吸收装置的进液口连通设置。

为了便于从碳吸收装置向碳解吸装置1输送碳吸收液，二氧化碳回收系统还可以包括碳吸收液通道16，碳吸收液通道16的进液口与碳吸收装置的出液口连通设置，碳吸收液通道16的出液口同时与第一进液通道7和第二进液通道8的进液口连通设置，碳吸收液通道16的出液口处设有控制第一进液通道7和第二进液通道8开度的第一阀体。

为了便于将碳解吸装置1中产生的待吸收液排至碳吸收装置，二氧化碳回收系统还可以包括待吸收液通道17；待吸收液通道17的进液口同时与第一出液通道9和第二出液通道10的出液口连通设置，待吸收液通道17的进液口处设有控制第一出液通道9和第二出液通道10开度的第二阀体；待吸收液通道17的出液口与碳吸收装置的进液口连通设置。

为了实现对待排至碳吸收装置中的待吸收液进行蓄积，待吸收液通道17中设有储液容器18，以使二氧化碳回收系统的运行更为流畅。即：将碳解吸装置1中排出的待吸收液输送至储液容器18中进行蓄积，并将储液容器18中蓄积的待吸收液输送至碳吸收装置中。

为了提升碳解吸的效率，二氧化碳回收系统可以包括多个二氧化碳解吸装置1(如：两个二氧化碳解吸装置1)。

其中，为了便于向多个碳解吸装置1输送碳吸收液，各碳解吸装置1的第一进液通道7和第二进液通道8均与碳吸收装置的出液口连通设置；具体地，各碳解吸装置1的第一进液通道7和第二进液通道8均可以与碳吸收液通道16连通设置。

为了便于收集多个碳解吸装置1中产生的碳吸收液，各碳解吸装置1的第一出液通道9和第二出液通道10均与碳吸收装置的进液口连通设置；具体地，各碳解吸装置1的第一出液通道9和第二出液通道10均可以与待吸收液通道17连通设置。

需了解的是，碳吸收装置通常由吸收塔15构成，碳吸收装置(吸收塔15)的进气口用于接收待净化的烟气或气体，以吸收其中的二氧化碳；碳吸收装置(吸收塔15)的进液口用于接收待吸收液，通常高于进气口；碳吸收装置(吸收塔15)的出液口用于排出碳吸收液，通常低于进气口；碳吸收装置(吸收塔15)的排气口用于排出净化后的气体，通常位于碳吸收装置(吸收塔15)的顶部。

为了提升碳吸收的效率，碳吸收装置可以包括多个依次连通设置的碳吸收塔15。

其中，可以将接收待吸收液的碳吸收塔15定义为第一个碳吸收塔15，可以将向外排出碳吸收液的碳吸收塔15定义为最后一个碳吸收塔15。

为了实现碳吸收装置的运行，第一个碳吸收塔15的进液口与碳解吸装置1的第一出液通道9和第二出液通道10连通设置，以接收碳解吸装置1中产生的待吸收液。

上一个(如：第一个)碳吸收塔15的进气口与下一个(如：第二个)碳吸收塔15的排气口连通设置，以对烟气进行持续净化。

下一个(如：第二个)碳吸收塔15的进液口与上一个(如：第一个)碳吸收塔15的出液口连通设置，以使吸收剂能够充分地与二氧化碳配位结合。

最后一个碳吸收塔15的出液口与碳解吸装置1的第一进液通道7和第二进液通道8连通设置，以将碳吸收液排出至碳解吸装置1中。

本领域技术人员应当知晓的是，第一个碳吸收塔15的排气口与净化气体排出通道连通设置，以将净化气体输送至净化气体收集装置中；且净化气体排出通道上一般设有冷凝组件19，以除去净化气体中携带的水分等物质。最后一个碳吸收塔15的进气口与烟气输送通道连通设置，以接收待净化的烟气，且烟气输送通道一般设有气体流量控制器。

示例性的，碳吸收装置可以包括两个碳吸收塔15。

第一个碳吸收塔15的进液口与碳解吸装置1的第一出液通道9和第二出液通道10连通设置，第一个碳吸收塔15的排气口与净化气体排出通道连通设置，第一个碳吸收塔15的进气口与第二个碳吸收塔15的排气口连通设置。

第二个(最后一个)碳吸收塔15的进液口与第一个碳吸收塔15的出液口连通设置，第二个碳吸收塔15的出液口与碳解吸装置1的第一进液通道7和第二进液通道8连通设置，第二个碳吸收塔15的进气口与烟气输送通道连通设置。

作为对碳吸收装置和碳解吸装置1的补充说明：

为了保证碳解吸过程中电解的进行，可以对输送至碳解吸装置1中的碳吸收液进行加热，例如，碳吸收液通道16上可以设置加热器；电解容器的外壁处可以设置加热保温组件，以保证电解过程中的温度，通常而言，电解的温度可以为40-80℃。此外，碳吸收液通道16、第一进液通道7和第二进液通道8、解吸液输送通道的管道外均可以包裹有管道保温套。作为对电解的进一步细化，电解的电流密度可以为50-500A/m²，且电解过程中的内容液中通常含有支持电解质。

为了保证碳吸收装置中吸收剂与二氧化碳的配位结合，可以对待吸收液进行降温，通常而言，碳吸收过程中的温度可以为10-40℃；具体地，储液容器18中可以设置降温组件，以将待输送至碳吸收装置中的待吸收液进行降温。

为了保证碳吸收和碳解吸的正常进行，本发明涉及或隐含涉及的管路和通道上均可以适应性地设置用于控制开度的阀体，且用于输送液体的管路或通道上均可以适应性地设置输送泵。例如：碳吸收液通道16、待吸收液通道17、第一循环管路11、第二循环管路12、以及两个碳吸收塔15之间的液体输送通道等均可以设置输送泵；且，待吸收液通道17可以被储液容器18分成前后两部分，两部分待吸收液通道17上均可以设置输送泵。

本发明还提供一种控制系统，所述控制系统包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意实施方式所述的二氧化碳解吸方法或实现如上述任意实施方式所述的二氧化碳回收方法。需说明的是，本发明中的二氧化碳解吸装置1和二氧化碳回收系统可以包括上述控制系统(可以理解为用于二氧化碳解吸装置1和二氧化碳回收系统的控制单元)。

本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (20)

1.一种二氧化碳解吸方法，其特征在于，包括执行一次或多次电解操作，所述电解操作包括：

对第一腔室内的碳吸收液和第二腔室内的脱碳液进行第一电解，在所述第一腔室内得到二氧化碳气体和解吸液，在所述第二腔室内得到含吸收剂的待吸收液；所述第一腔室和所述第二腔室为碳解吸装置中同一电解组件的两个腔室；在所述第一电解的过程中，所述第一腔室的电极电位高于所述第二腔室的电极电位；

调整所述第二腔室中的内容液为碳吸收液；

对所述第一腔室和所述第二腔室中的内容液进行第二电解，在所述第二腔室内得到二氧化碳气体和解吸液，在所述第一腔室内得到含所述吸收剂的待吸收液；在所述第二电解的过程中，所述第一腔室的电极电位低于所述第二腔室的电极电位；

在所述第一电解和所述第二电解的过程中，将所述第一腔室和所述第二腔室的内容液限定在各自的腔室内。

2.根据权利要求1所述的解吸方法，其特征在于，所述调整所述第二腔室中的内容液为碳吸收液包括：

排出所述第二腔室中产生的待吸收液，并在所述第二腔室中引入碳吸收液；且在所述第一腔室中保留所述第一电解得到的解吸液。

3.根据权利要求1所述的解吸方法，其特征在于，当所述碳解吸方法包括多次所述电解操作时，在第二次以后的所述电解操作中，所述第一电解中的脱碳液为解吸液。

4.根据权利要求1所述的解吸方法，其特征在于，所述吸收剂包括氨和有机胺中的一种或多种；所述第一腔室和所述第二腔室的电极中均含有能与吸收剂配位结合的金属元素。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的解吸方法，其特征在于，在进行所述第一电解和所述第二电解的过程中，使所述第一腔室和所述第二腔室的内容液在各自对应的腔室内流动。

6.一种二氧化碳回收方法，其特征在于，包括：采用碳吸收装置吸收烟气中的二氧化碳，得碳吸收液和净化气体；

采用如权利要求1-5任意一项所述的解吸方法解吸碳吸收液中的二氧化碳，并收集所述第一电解和所述第二电解中产生的二氧化碳气体；

其中，所述第一电解和所述第二电解中的碳吸收液均来源于所述碳吸收装置；所述第一电解和所述第二电解中产生的待吸收液均在电解完成后排出至所述碳吸收装置中。

7.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于，将待排至所述碳吸收装置中的待吸收液进行蓄集，然后将所述蓄集后的待吸收液输送至所述碳吸收装置中。

8.一种二氧化碳解吸装置，其特征在于，包括电解容器、第一进液通道、第二进液通道、第一出液通道、第二出液通道、第一排气通道和第二排气通道；

所述电解容器中开设有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室分隔设置；

所述第一腔室中设有第一电极，所述第二腔室中设有第二电极；

所述第一进液通道、所述第一出液通道、所述第一排气通道均与所述第一腔室连通设置；

所述第二进液通道、所述第二出液通道、所述第二排气通道均与所述第二腔室连通设置；

所述第一进液通道和所述第二进液通道均用于接收碳吸收液；

所述第一出液通道和所述第二出液通道均用于排出电解得到的待吸收液；

所述第一排气通道和所述第二排气通道均用于收集电解得到的二氧化碳气体。

9.根据权利要求8所述的解吸装置，其特征在于，所述电解容器包括本体和盖体，所述本体和所述盖体盖合设置；

所述本体中分隔有所述第一腔室和所述第二腔室；

所述第一电极和所述第二电极均固定于所述盖体上，且所述第一电极伸入所述第一腔室的内部，所述第二电极伸入所述第二腔室的内部。

10.根据权利要求9所述的解吸装置，其特征在于，第一腔室和所述第二腔室对称设置；所述第一电极和所述第二电极均与所述盖体可拆卸式固定连接。

11.根据权利要求8所述的解吸装置，其特征在于，所述碳解吸装置还包括电源组件，所述第一电极和所述第二电极均与所述电源组件电性连接。

12.根据权利要求8所述的解吸装置，其特征在于，第一腔室和所述第二腔室通过阴离子交换膜分隔设置。

13.根据权利要求8所述的解吸装置，其特征在于，所述第一出液通道和所述第一腔室的连通处位于所述第一腔室的底部，所述第一进液通道和所述第一腔室的连通处高于所述第一出液通道和所述第一腔室的连通处；所述第一排气通道和所述第一腔室的连通处位于所述第一腔室的顶部；

所述第二出液通道和所述第二腔室的连通处位于所述第二腔室的底部，所述第二进液通道和所述第二腔室的连通处高于所述第二出液通道和所述第二腔室的连通处；所述第二排气通道和所述第二腔室的连通处位于所述第二腔室的顶部。

14.根据权利要求8-13任意一项所述的解吸装置，其特征在于，所述碳解吸装置还包括第一循环管路和第二循环管路；

所述第一循环管路的进液口和出液口均与所述第一腔室连通设置；

所述第二循环管路的进液口和出液口均与所述第二腔室连通设置。

15.一种二氧化碳回收系统，其特征在于，包括如权利要求8-14任意一项所述的碳解吸装置，还包括碳吸收装置；

所述第一进液通道和所述第二进液通道均与所述碳吸收装置的出液口连通设置；所述第一出液通道和所述第二出液通道均与所述碳吸收装置的进液口连通设置。

16.根据权利要求15所述的回收系统，其特征在于，所述二氧化碳回收系统还包括碳吸收液通道和待吸收液通道；

所述碳吸收液通道的进液口与所述碳吸收装置的出液口连通设置，所述碳吸收液通道的出液口同时与所述第一进液通道和所述第二进液通道的进液口连通设置，所述碳吸收液通道的出液口处设有控制所述第一进液通道和所述第二进液通道开度的第一阀体；

所述待吸收液通道的进液口同时与所述第一出液通道和所述第二出液通道的出液口连通设置，所述待吸收液通道的进液口处设有控制所述第一出液通道和所述第二出液通道开度的第二阀体；所述待吸收液通道的出液口与所述碳吸收装置的进液口连通设置。

17.根据权利要求16所述的回收系统，其特征在于，所述待吸收液通道上设有储液容器。

18.根据权利要求15所述的回收系统，其特征在于，所述二氧化碳回收系统包括多个所述二氧化碳解吸装置；各所述碳解吸装置的所述第一进液通道和所述第二进液通道均与所述碳吸收装置的出液口连通设置，且各所述碳解吸装置的所述第一出液通道和所述第二出液通道均与所述碳吸收装置的进液口连通设置。

19.根据权利要求15-18任意一项所述的回收系统，其特征在于，所述碳吸收装置包括多个依次连通设置的碳吸收塔；

第一个所述吸收塔的进液口与所述碳解吸装置的所述第一出液通道和第二出液通道连通设置；

上一个所述吸收塔的进气口与下一个所述吸收塔的排气口连通设置，且下一个所述吸收塔的进液口与上一个所述吸收塔的出液口连通设置；

最后一个所述吸收塔的出液口与所述碳解吸装置的所述第一进液通道和第二进液通道连通设置。

20.一种控制系统，所述控制系统包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的二氧化碳解吸方法或实现如权利要求6-7任一项所述的二氧化碳回收方法。

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