CN116947043B - 一种工业二氧化碳回收利用方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业二氧化碳回收利用方法、装置及系统，涉及工业废气回收利用领域，同时涉及农业领域；将含有二氧化碳的烟气经水洗、有机胺溶液吸收、解吸获得纯度较高的二氧化碳；之后将分离出的二氧化碳气体经增压、干燥、冷却液化制得液态二氧化碳；液态二氧化碳气化作为气肥在大棚中施放；本申请回收钢炼行业烟气中的二氧化碳并用作农业气肥使用，是一种新型技术方案。

Description

一种工业二氧化碳回收利用方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及工业废气回收利用技术领域，同时涉及农业领域，特别涉及一种工业二氧化碳回收利用方法、装置及系统。

背景技术

温室气体的过量排放导致温室效应不断增强，对全球气候产生不良影响，二氧化碳作为温室气体中最主要的部分，减少其排放量被视为解决气候问题最主要的途径，如何减少碳排放也成为了全球性议题。钢铁行业作为国民经济的中流砥柱之一，是高耗能产业的代表，钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是制造业31个门类中碳排放量最大的行业，其绿色低碳发展备受关注。将工业烟气中的二氧化碳“变废为宝”探索工业-农业碳中和正成为一种新型的绿色发展路径。

农业生产中作物通过吸收水、二氧化碳和氮磷钾等肥料，在光合作用下形成有机物。其中，二氧化碳和水占95%，氮磷钾占不到4%，其它14种中微量元素占1%左右。通过增施二氧化碳气肥可以有效增加农作物产量。

现有技术中，常见二氧化碳气肥通过如下几种方法获得：

燃烧制气法，在温室大棚里点燃木炭，产生二氧化碳气体，缺点是不环保、危险系数高、不均匀；

固体颗粒气肥，将球形或圆柱形颗粒二氧化碳颗粒均匀埋于田地作物中间，表面覆盖土壤2cm；二氧化碳气体分布在农作物底部，不利于光合作用；

化学反应法，使用酸与碳酸氢铵化学试剂进行反应生产二氧化碳气体，反应过程不安全；

瓶装二氧化碳施放，将高压钢瓶里面的二氧化碳液体气化使用，释放量不易控制，使用时间较短；

固体干冰气化施肥，将液态二氧化碳在低温高压环境下压缩成干冰，运输到大棚进行气化，过程运输困难，损耗较大，性价比低。

目前，回收钢炼行业烟气中的二氧化碳并作为农业气肥的技术仍处于研究阶段，尚不成熟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业二氧化碳回收利用方法、装置及系统，是一种回收钢炼行业烟气中的二氧化碳并用作农业气肥的新技术。

本发明采用的技术方案如下：

根据本公开的第一方面，本发明提供了一种工业二氧化碳回收利用方法，将含有二氧化碳的烟气先通入水洗塔进行逆流水洗；水洗后烟气送吸收塔通过有机胺溶液吸收制备富液；富液送贫富液换热器与来自再生塔的贫液进行换热，提高来自吸收塔富液的温度，同时降低来自再生塔贫液的温度；换热后的贫液经冷却降温后返回吸收塔循环利用，换热后的富液进入再生塔吸收热量解吸出二氧化碳，并获得贫液；解吸出的二氧化碳排出再生塔进入冷凝器冷却降温，再进行气液分离，分离出的冷凝水及胺液送回再生塔，分离出的二氧化碳气体经增压、干燥、冷却液化制得液态二氧化碳；液态二氧化碳气化作为气肥在大棚中施放。

在本公开的一种示例性实施例中，所述烟气温度为60~70℃；水洗塔所用洗涤水温度≤40℃；作为吸收剂的有机胺溶液温度控制在35℃-40℃；富液温度为50℃；换热后的贫液经冷却降温至35℃-40℃；再生塔进入冷凝器冷却降温至≤40℃；分离出的二氧化碳气体增压至2.2MPa，之后水分脱除至20ppm，脱水后的二氧化碳温度降至-25℃变为液态二氧化碳。

根据本公开的第二方面，本发明提供了一种工业二氧化碳回收利用装置，包括二氧化碳捕集系统，二氧化碳捕集系统包括水洗塔、吸收塔、再生塔、贫富液换热器以及若干冷却器；水洗塔下段设有烟气入口，烟气入口通过管道连接麦尔兹窑烟囱，水洗塔的顶部出口通过管道连接吸收塔底部烟气入口，连接的管道上设有引风机；所述吸收塔自上而下分为三个反应段，分别为洗气段、贫液吸收段、半富液吸收段；所述贫液吸收段顶部喷淋贫液，贫液吸收段底部通过半富液泵将制得的半富液先送半富液冷却器，再送入半富液吸收段的顶部进行喷淋；半富液吸收段底部排出制得的富液，通过富液泵送富液循环冷却器，之后送入半富液吸收段的顶部循环喷淋，富液循环吸收二氧化碳气体达到预设值后经富液泵依次送富液过滤器、贫富液换热器、最后送入再生塔中部；所述再生塔中上部为解吸腔，底部为加热腔；加热腔通过循环管路连接再沸器，再生塔顶部排气口依次连接再生塔冷凝器、再生塔回流罐；再生塔产生的贫液从解吸腔底部排出并依次经贫富液换热器、贫液一级冷却器、贫液储罐、贫液进料泵、贫液过滤器、贫液二级冷却器，最后返回吸收塔贫液吸收段。

在本公开的一种示例性实施例中，所述洗气段配套设有循环洗气装置，循环洗气装置包括依次连接的洗涤液储罐、洗涤液循环泵、洗涤液循环冷却器。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括二氧化碳液化装置，二氧化碳液化装置包括压缩增压单元、干燥单元、冷却液化单元；所述压缩增压单元用于将原料气增压至2.2MPa；所述干燥单元用于将原料气水分脱除至20ppm；所述冷却液化单元采用压缩制冷机组将脱水后的二氧化碳温度降至-25℃变为液态二氧化碳。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括二氧化碳增施装置，二氧化碳增施装置包括若干换热管、若干立柱、气液分离箱、底座；所述换热管通过立柱支撑水平设置在底座上，换热管的一端用于输入液态二氧化碳，另一端连接气液分离箱；若干换热管平行、间隔分布；所述换热管上设有多个连续或间断的换热节，每个换热节中央被穿过的立柱分隔出两侧的通道；所述立柱内设置加热源，从换热节内部对流经的液态二氧化碳进行加热。

在本公开的一种示例性实施例中，所述立柱为空心管，与外界连通；或所述立柱底部设置进风口，进风口通过管道连接风机，立柱侧壁上、换热管周围设置出风孔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述立柱内存储溶液，通过电加热装置加热溶液；或通过泵、循环管道、电加热器或太阳能热水器构建循环加热装置使得溶液循环流动。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气液分离箱内、对应换热管的出口设有导流板，导流板向相对侧分离箱侧壁延伸，在延伸边缘处与分离箱侧壁形成溢流间隙；气液分离箱与换热管相对侧的侧壁上部设置排气管；所述导流板上表面的若干凸柱体，凸柱体交错布设，阻挡在液态二氧化碳流经路线上，凸柱体内和导流板内设有加热器。

根据本公开的第三方面，本发明提供了一种工业二氧化碳回收利用系统，包括上述回收利用装置，还包括密闭装置和液态二氧化碳储罐，液态二氧化碳储罐连接换热管的输入口；气化后的二氧化碳通过管道送入大棚中的密闭装置内；所述密闭装置为可多层嵌套在一起的透光罩，或可折叠收纳的透光塑料膜。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种工业二氧化碳回收利用方法、装置及系统，将含有二氧化碳的烟气经水洗、有机胺溶液吸收、解吸获得纯度较高的二氧化碳；之后将分离出的二氧化碳气体经增压、干燥、冷却液化制得液态二氧化碳；液态二氧化碳气化作为气肥在大棚中施放；本申请回收钢炼行业烟气中的二氧化碳并用作农业气肥使用，是一种工业-农业碳中和的新型技术方案。

附图说明

图1是本申请一种二氧化碳捕集系统图。

图2是本申请一种二氧化碳增施装置的立体结构示意图。

图3是本申请换热管为扁平管的示意图。

图4是图3的俯视剖视图。

图5是图4中换热节内的立柱表面形成有连续波浪面的示意图。

图6是图4中在两个换热节之间的连通处安装可转动的叶轮的示意图。

图7是图6的立体结构示意图。

图8是本申请气液分离箱的内部结构展示图。

图9、图10是本申请增施装置与太阳能热水器的连接结构示意图。

图11是本申请密闭装置与液态二氧化碳储罐、增施装置构成的大棚气肥施放系统图。

图12、图13、图14、图15是本申请第一种密闭装置的结构示意图。

图16、图17是本申请第二种密闭装置的结构示意图。

附图标记说明：水洗塔1，吸收塔2，洗气段201，贫液吸收段202，半富液吸收段203；再生塔3，解吸腔301，加热腔302；贫富液换热器4，引风机5，水洗塔循环冷却器6，水洗塔循环泵7，洗涤液储罐8，洗涤液循环泵9，洗涤液循环冷却器10，半富液泵11，半富液冷却器12，富液泵13，富液循环冷却器14，富液过滤器15，再沸器16，再生塔冷凝器17，再生塔回流罐18，再生塔回流泵19，贫液一级冷却器20，贫液储罐21，贫液进料泵22，贫液过滤器23，贫液二级冷却器24；换热管25，换热节251，弧形过渡252，弧形通道253，波浪面254，叶轮255；立柱26，出风孔261，气液分离箱27，导流板271，溢流间隙272，凸柱体273，底座28，输入管29，排气管30；储水箱31，反光板32，真空集热管33，冷水箱34，液态二氧化碳储罐35，坑道36，透光罩37，挡板38，轨道39，立板391，水平板392，U型密封条40，供气主管道41，滑道42，矩形座43，透光塑料膜44，压边45，支撑骨架46，电动收线器47，绳线48，牵引环49，卡块50。

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，下述“贫液”指的是用于吸收二氧化碳的吸收液，其二氧化碳负荷较低；“半富液”指的是吸收二氧化碳后的贫液，且二氧化碳负荷适中，还可以继续吸收二氧化碳；“富液”指的是吸收二氧化碳后的贫液，且二氧化碳负荷较高，难以继续吸收二氧化碳。

钢铁冶炼排放大量二氧化碳，二氧化碳的回收利用是钢铁企业高质量发展的必由之路。本发明一种实施方案中，将某钢材企业麦尔兹窑烟气中二氧化碳进行捕集、压缩液化，从而获得高纯度液态二氧化碳，之后将其用于二氧化碳气肥增施，由此提出一种工业-农业碳中和的新型技术方案。具体如下：

如下表1所示是本实施例中某钢材企业麦尔兹窑烟气成分等信息表。

表1

本实施例中二氧化碳捕集方案采用有机胺溶液作为吸收剂，如以MEA（乙醇胺）水溶液为主体，添加活性胺、抗氧剂和缓蚀剂组成的复合胺溶液回收烟气中的二氧化碳。

如图1所示是本申请提供的一种二氧化碳捕集系统图。该系统主要包括水洗塔1、吸收塔2、再生塔3、贫富液换热器4以及若干冷却器；其中，水洗塔1用于对烟气进行逆流水洗；吸收塔2用于贫液吸收水洗后烟气中的二氧化碳制备富液；再生塔3用于富液加热解吸出二氧化碳，并将富液转化为贫液；再生塔3转化后的贫液与来自吸收塔2的富液通过贫富液换热器4进行换热，提高来自吸收塔2富液的温度，同时降低再生塔3转化后贫液的温度；贫富液换热器4换热后的贫液经冷却器降温后返回吸收塔2，实现胺溶液的循环使用。

如图1中所示，本申请一种具体实施方式中，水洗塔1的下段设有烟气入口，烟气入口通过管道连接麦尔兹窑烟囱，水洗塔1的顶部出口通过管道连接吸收塔2底部烟气入口，连接的管道上设有引风机5。为了节约用水，水洗塔1产生的洗涤水从底部排出，先送水洗塔循环冷却器6冷却至≤40℃，之后通过循环管路上的水洗塔循环泵7加压送回水洗塔1顶部，自上而下喷淋。

本实施例中，麦尔兹窑烟囱排出60~70℃的烟气，由管道输送进入水洗塔1下段，烟气在水洗塔1内经水洗、除尘、降温至≤40℃，之后从水洗塔1顶部排出，由引风机5升压送入吸收塔2底部。

如图1中所示，本申请一种具体实施方式中，吸收塔2自上而下分为三个反应段，分别为洗气段201、贫液吸收段202、半富液吸收段203；其中，洗气段201配套设有循环洗气装置，循环洗气装置包括洗涤液储罐8、洗涤液循环泵9、洗涤液循环冷却器10；洗涤液储罐8中存储有用于吸收烟气中胺的洗涤液，通过洗涤液循环泵9先送洗涤液循环冷却器10冷却至≤40℃，之后从洗气段201顶部送入，对来自下方贫液吸收段202的尾气进行洗气。洗气段201底部的洗涤液返回洗涤液储罐8；尾气经吸收塔2顶部的放空管道排入大气中，出吸收塔2的排放气温度约为40℃。

贫液吸收段202的顶部喷淋贫液，对来自下方半富液吸收段203的烟气进行吸收制备半富液，贫液温度控制在≤40℃，优选35℃-40℃。贫液吸收段202底部的半富液通过半富液泵11先送半富液冷却器12冷却降温至≤40℃，优选35℃-40℃，之后送入半富液吸收段203的顶部进行喷淋，半富液对自下而上来自水洗塔1的烟气进行吸收制备富液；半富液吸收段203底部排出制得的富液，富液通过富液泵13送富液循环冷却器14冷却降温至≤40℃，优选35℃-40℃，之后送入半富液吸收段203的顶部循环喷淋，从而提高二氧化碳的捕集率，富液循环吸收二氧化碳气体达到较高水平后，经富液泵13先送富液过滤器15过滤杂质颗粒，之后送贫富液换热器4换热后送入再生塔3中部。

如图1中所示，再生塔3中上部为解吸腔301，底部为加热腔302。加热腔302通过循环管路连接蒸汽热虹吸式再沸器16，再沸器16用于产生低压蒸汽对进入再生塔3中的富液进行加热，富液受热解吸出二氧化碳，二氧化碳随同大量的水蒸汽及微量的胺液蒸汽由再生塔3塔顶排出，之后进入再生塔冷凝器17冷却降温至≤40℃，优选35℃-40℃，再送入再生塔回流罐18进行气液分离，再生塔回流罐18罐底的冷凝水及胺液经再生塔回流泵19重新回流送入再生塔3，二氧化碳气体从再生塔回流罐18罐顶出口送出至液化设备进行液化处理。

此外，再生塔3产生的贫液从解吸腔301底部排出并送到贫富液换热器4与富液换热，之后送入贫液一级冷却器20冷却降温至≤40℃，优选35℃-40℃，然后送入贫液储罐21中贮存，向贫液储罐21中补充新的吸收剂。贫液储罐21中贫液经贫液进料泵22先送贫液过滤器23除去固体颗粒、杂质和容易引起发泡及设备堵塞的物质；之后经贫液二级冷却器24冷却至降温至≤40℃，优选35℃-40℃，再送入吸收塔2贫液吸收段202进行二氧化碳吸收。

本申请上述技术中设有多个冷却器，严格控制各个环节液体温度，使得吸收剂最大限度吸收二氧化碳，且通过换热降低解析能耗。

本申请一种具体实施方案中提供了一种二氧化碳液化方案，具体如下：二氧化碳液化装置包括压缩增压单元、干燥单元、冷却液化单元。原料为捕集系统富集的二氧化碳气体，原料气通过压缩增压单元压缩增压至2.2MPa(G)后经干燥单元脱水，例如采用分子筛脱水方法将二氧化碳气体含有的水分脱除至20ppm。冷却液化单元采用压缩制冷机组将脱水后的二氧化碳温度降至-25℃变为液态二氧化碳。采用中低压的储存容器对液化的二氧化碳存储。

二氧化碳的临界温度为31.26℃，临界压力为7.38MPa。在临界温度以上，不管施加多大的压力，都无法使气体液化，故而要想实现二氧化碳的液化储存，必然要使用到低温液化的方法。当气体二氧化碳被加压到临界压力之上，并冷却至临界温度之下时就开始液化。在实际工况中，二氧化碳液化过程的实质就是对二氧化碳气体同时进行加压和冷却，使其迅速液化的过程。从二氧化碳的热力学性质可知，随着液态二氧化碳的温度降低，其饱和蒸汽压力亦随之减少。二氧化碳的温度越低，使之液化的压力将越小。

本实施例中低温低压高纯度液态二氧化碳工艺流程如下：气体二氧化碳经过初级净化系统，除去气体中的醇、醛、酸等主要杂质和水分后，进入压缩机压缩，每级压缩通过冷却和气水分离后，压缩机出口的气体压力为1.6MPa(G)或2.5MPa(G)，再进入二级净化系统，除去气体中微量的醇、醛、酸、酯等杂质和水分，使气体纯度显著提高。进入冷凝液化器，在冷凝液化器中由制冷机输入的冷量使二氧化碳气体液化进入储罐，储罐内液态二氧化碳通过装卸泵进入槽车运输到用户，也可通过增压泵升压充灌入高压钢瓶获得高压液态二氧化碳产品。

在二氧化碳提纯装置中，为提高制冷效率，二氧化碳可在制冷机组的空调工况下液化，液化温度在0℃以上，对应的工作压力相对较高。而在液态二氧化碳的成品储存和运输过程中，多使用低温储运的方式，一般情况下二氧化碳的工作温度为-25℃，容器的设计压力为2.5MPa(G)。

本申请一种具体实施方式中，干燥单元采用变温吸附干燥工艺，利用吸附剂对水的吸附容量随温度变化而呈现差异的特征，在常温下选择吸收脱碳再生气中的水分，高温下脱附所吸附的水分，从而使吸附剂得到再生。原料气在2.2MPa(G)、40℃条件下经气液分离器后进入变温吸附系统进行干燥，干燥后的气体送出界外。变温吸附（TSA）系统由2台干燥器、1台辅助干燥器及多台换热器、分离器组成，任意时刻均有1台干燥器处于吸附步骤，另一台干燥器处于再生的不同阶段。原料气中的水分被干燥器中的填料吸附于填料中，吸附结束的干燥器经过加热、冷却等步骤后，完成吸附剂的再生。

现有技术中，工业液态二氧化碳在农业中作为气肥增施的技术仍不成熟，其主要原因是液态二氧化碳需要气化后才能作为气肥使用，而气化过程的持续、稳定性极大影响了气肥增施的效果。为此，本申请提供了一种二氧化碳增施装置。

如图2所示是本申请提供的一种二氧化碳增施装置的立体结构示意图，该增施装置包括若干换热管25、若干立柱26、气液分离箱27、底座28；换热管25通过立柱26支撑水平设置在底座28上，换热管25的一端用于输入液态二氧化碳，另一端连接气液分离箱27；换热管25优选采用导热性能良好的铝管制成，若干换热管25平行、间隔分布；换热管25与周围空气进行热交换，使流经换热管25的低温液态二氧化碳气化成气体；之后，换热管25中气化的气体和部分未气化的液体进入气液分离箱27进行气液分离，分离出的气体排出气液分离箱27作为气肥使用。

如图2中所示，本实施例中设有上下两层换热管25，每层设有四根换热管25，所有换热管25左侧连接输入管29，输入管29连接液态二氧化碳储罐35，输入管29上设有阀门；所有换热管25右侧连接气液分离箱27，气液分离箱27右侧面上部设有三个排气管30，排气管30上设有阀门。

如图2所示，本申请一种具体实施方式中换热管25为直管，其上设有多个连续或间断的球形换热节251，换热节251被立柱26穿过。换热管25还可以是图3中所示的形状，为扁平管，换热节251呈圆柱状。如图4所示是图3中换热管25和气液分离箱27的俯视剖视图，该图中展示的是连续的换热节251结构，相邻换热节251之间为弧形过渡252，从而使得换热管25的外表面呈现为波浪面254，具有较大的换热面积。如图4中所示，每个换热节251中央被穿过的圆形立柱26分隔出两侧的弧形通道253。

本申请中立柱26内设置加热源，从换热节251内部对流经的液态二氧化碳进行加热。立柱26内设置的加热源有多种可选方案，具体如下：

加热源方案一，以周围空气作为热源。立柱26为空心管，与外界连通。还可以通过风机加强空气流动，具体结构设置见图3所示，立柱26底部设置进风口，进风口通过管道连接风机，立柱26侧壁上、换热管25周围设置出风孔261，出风孔261上可以安装喷嘴。风机将外界的空气吸入立柱26内，从换热节251内部对流经的液态二氧化碳进行换热，从出风孔261喷出的风对换热管25表面进行喷吹，既可以加强换热节251外表面换热效率，还可以抑制寒冷天气中换热节251外表面结霜，还可以保持换热管25表面清洁，减少灰尘覆盖，维持较好的换热效果。还可以进一步采用带电加热功能的风机，直接吹热风。

加热源方案二，立柱26内存储溶液，通过电加热装置加热溶液，加热后的溶液与液态二氧化碳换热使其气化；当然还可以通过泵、循环管道、电加热器构建循环加热装置使得溶液循环流动。

参照图4所示，本申请上述装置的特点是：从左侧进入换热管25的液态二氧化碳每经过一个换热节251都会分流，并在两个换热节251之间的连通处汇合，液态二氧化碳在分流、汇合、分流、汇合的流动过程中充分调换位置，使得进入换热管25的液态二氧化碳都能够与内、外面的媒介换热，从而加快了气化速度，极大的提高了供气稳定性，解决了传统换热管25中位于管中心的液态二氧化碳受热不足，无法气化的问题；尤其是换热管25的管径较大时，虽然流量增大，但会出现液态二氧化碳部分没有气化的问题。

本申请上述换热管25结构还可以进行变形优化，下面本申请提供几种变形方案。

换热管25变形方案一，如图5所示，位于换热节251内的立柱26表面形成有连续或不连续的波浪面254，与其相对的换热管25内壁上同样可以设置连续或不连续的波浪面254，波浪面254对流经的液态二氧化碳造成扰动、降低流速，增加换热面积，提高换热效率。

换热管25变形方案二，如图6所示，两个换热节251之间的连通处安装可转动的叶轮255，叶轮255可以不设置驱动，任其在流体推动下转动，对流体造成扰动，使得液态二氧化碳能够均匀换热。也可以通过驱动装置主动驱动转动，如图7所示，叶轮255的中心轴与换热管25外的驱动装置连接，多个叶轮255可以用一套驱动装置驱动，也可以各自分别驱动。

如图8所示，是本申请提供的一种气液分离箱27的内部结构展示图，气液分离箱27对应每层换热管25的出口设有一块导流板271，导流板271向相对侧分离箱侧壁延伸，在延伸边缘处与分离箱侧壁形成溢流间隙272，未气化的液态二氧化碳通过溢流间隙272落入分离箱底部存储，该液态二氧化碳可以在气液分离箱27内部气化，也可以抽出循环到换热管25进行循环气化。气液分离箱27与换热管25相对侧的侧壁上部设置排气管30，气化的二氧化碳通过排气管30排出。

对于从换热管25进入气液分离箱27内未气化的二氧化碳，还可以通过气液分离箱27内设置的辅助加热装置进行气化，该辅助加热装置为可选设置，包括设置在导流板271上表面的若干凸柱体273，如图4中所示，凸柱体273交错布设，阻挡在液态二氧化碳流经路线上，凸柱体273内和导流板271内设有加热器，凸柱体273和导流板271采用导热性能良好的材质制成，通过主动加热将流经导流板271上的液态二氧化碳进行加热使其气化。

本申请增施装置可以像空气式汽化器一样发挥作用，在天气良好、温度较高的季节使用；本申请增施装置更加适合在寒冷天气使用，通过主动增温气化，使得设备能够在寒冷天气持续、稳定工作，克服空气式汽化器在寒冷天气气化效率低、气化不稳定的问题。

本申请上述主动加热主要消耗电能，为了降低能耗，本申请进一步将上述增施装置与太阳能热水器结合，以太阳能热水器产生的热水作为热源，通过循环管路通入立柱26内，热水流经立柱26时，从换热节251内部对换热管25内液态二氧化碳进行加热。

如图9、图10所示，气液分离箱27顶部设置储水箱31，立柱26上方架设反光板32，反光板32上方安装真空集热管33，真空集热管33与储水箱31连接，储水箱31的热水出口通过管道与各个立柱26顶部连接，热水从顶部进入空心立柱26内，所有立柱26的底部通过排水管连接冷水箱34，冷水箱34通过回水管连接储水箱31的冷水进口，通过泵驱动整个系统的水进行循环流动。

进一步的，现有技术中，一般都是在大棚内大范围喷洒二氧化碳，大棚内空间较大，二氧化碳达到一定浓度才能有效促进植株进行光合作用，大棚内空间整体填充二氧化碳达到理想浓度显然会造成二氧化碳的大量浪费。为此，本申请进一步提供一种密闭装置。

如图11所示，密闭装置与液态二氧化碳储罐35、上述增施装置构成一套完整的系统。如图中所示，大棚内划分出若干平行的种植区，如图12中所示，每一行种植区为矩形截面的坑道36，内部填充土壤，植株种植在坑道36内。本申请密闭装置用于罩住种植区以及其内部种植的植株，之后在相对密闭的空间内施加气化后的二氧化碳，这样可以精准控制二氧化碳的使用量和浓度。

如图12中所示，是本申请提供的第一种密闭装置的结构示意图，该密闭装置包括多层可依次嵌套在一起的透光罩37，透光罩37采用玻璃或透光塑料制成。如图13所示是该装置展开使用状态下的示意图，图中展示的密闭装置设有四层透光罩37。具体设置时，矩形截面的坑道36左右两侧各设有一块挡板38，挡板38边缘设有橡胶密封条，坑道36前后两侧设置轨道39，四层透光罩37成U型，透光罩37的底部边缘可移动的连接在轨道39上。图13中，左侧的透光罩37尺寸最大，其停靠在坑道36左侧，并与左侧挡板38密封连接；向右的透光罩37尺寸依次变小，这样所有的透光罩37可以嵌套在一起进行收纳；相邻透光罩37之间展开时仍有部分重叠在一起，且重叠区设有U型密封条40用于填充两透光罩37之间的间隙，U型密封条40可以固定在相邻透光罩37中尺寸较小的那个的外表面（如图14所示）。图13中，完全展示时，最右侧的透光罩37抵住右侧挡板38，且嵌在橡胶密封条内进行密封。

如图15所示，本申请提供了一种用于上述透光罩37移动的轨道39结构，该轨道39呈L型，由立板391和水平板392组成，图中立板391的右侧面朝向坑道36，立板391的左侧面自上而下设有四条平行的滑槽，四个U型透光罩37的底部边缘朝向立板391设有滑块，滑块可滑动的插接在滑槽内。

如图12中所示，上述密闭装置在增施二氧化碳时展开罩住坑道36，二氧化碳供气主管道41设置于坑道36两侧，通过供气支管伸入坑道36侧壁释放二氧化碳。

如图16、图17所示，是本申请提供的第二种密闭装置，该密闭装置安装在空中的滑道42上，整体呈四棱台状，顶部设有矩形座43，矩形座43通过滑块可滑动的连接在滑道42上。矩形座43下方连接有柔软、可折叠的透光塑料膜44，透光塑料膜44的底部边缘形成有硬塑料制成的压边45。透光塑料膜44完全展开时罩住坑道36，压边45贴在地面上，形成密闭空间。透光塑料膜44的周向、自上而下设有若干支撑骨架46，支撑骨架46可以采用空心塑料管，空心塑料管朝向内部安装补光灯。此外，透光塑料膜44的收起可以通过两侧设置的卷收装置实现，卷收装置包括设置在矩形座43两侧的电动收线器47，电动收线器47的绳线48从上到下依次穿过透光塑料膜44外表面设置的多个牵引环49，绳线48末端设置球形卡块50，球形卡块50大于牵引环49。电动收线器47卷收绳线48时，绳线48末端的球形卡块50将透光塑料膜44的底边拉起，透光塑料膜44整体收缩到顶部矩形座43附近（如图17中右侧展示）。

第二种密闭装置与第一种相比，更适合覆盖较小的种植区域，且更适合生长高度较高的植株或黄瓜等攀援草本植物，针对此类植株，二氧化碳更适合从植株上方施放。如图16中所示，矩形座43设计为空心盒体，朝下设有出气口，二氧化碳供气管道设置在滑道42上，并与矩形座43连通，二氧化碳从透光塑料膜44上方施放。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种工业二氧化碳回收利用装置，其特征在于，包括二氧化碳捕集系统，二氧化碳捕集系统包括水洗塔（1）、吸收塔（2）、再生塔（3）、贫富液换热器（4）以及冷却器；水洗塔（1）下段设有烟气入口，烟气入口通过管道连接麦尔兹窑烟囱，水洗塔（1）的顶部出口通过管道连接吸收塔（2）底部烟气入口，连接的管道上设有引风机（5）；所述吸收塔（2）自上而下分为三个反应段，分别为洗气段（201）、贫液吸收段（202）、半富液吸收段（203）；所述贫液吸收段（202）顶部喷淋贫液，贫液吸收段（202）底部通过半富液泵（11）将制得的半富液先送半富液冷却器（12），再送入半富液吸收段（203）的顶部进行喷淋；半富液吸收段（203）底部排出制得的富液，通过富液泵（13）送富液循环冷却器（14），之后送入半富液吸收段（203）的顶部循环喷淋，富液循环吸收二氧化碳气体达到预设值后经富液泵（13）依次送富液过滤器（15）、贫富液换热器（4）、最后送入再生塔（3）中部；所述再生塔（3）中上部为解吸腔（301），底部为加热腔（302）；加热腔（302）通过循环管路连接再沸器（16），再生塔（3）顶部排气口依次连接再生塔冷凝器（17）、再生塔回流罐（18）；再生塔（3）产生的贫液从解吸腔（301）底部排出并依次经贫富液换热器（4）、贫液一级冷却器（20）、贫液储罐（21）、贫液进料泵（22）、贫液过滤器（23）、贫液二级冷却器（24），最后返回吸收塔（2）贫液吸收段（202）；还包括二氧化碳增施装置，二氧化碳增施装置包括换热管（25）、立柱（26）、气液分离箱（27）、底座（28）；所述换热管（25）通过立柱（26）支撑水平设置在底座（28）上，换热管（25）的一端用于输入液态二氧化碳，另一端连接气液分离箱（27）；换热管（25）平行、间隔分布；所述换热管（25）上设有多个连续或间断的换热节（251），每个换热节（251）中央被穿过的立柱（26）分隔出两侧的通道；所述立柱（26）内设置加热源，从换热节（251）内部对流经的液态二氧化碳进行加热。

2.根据权利要求1所述的工业二氧化碳回收利用装置，其特征在于，所述洗气段（201）配套设有循环洗气装置，循环洗气装置包括依次连接的洗涤液储罐（8）、洗涤液循环泵（9）、洗涤液循环冷却器（10）。

3.根据权利要求1所述的工业二氧化碳回收利用装置，其特征在于，还包括二氧化碳液化装置，二氧化碳液化装置包括压缩增压单元、干燥单元、冷却液化单元；所述压缩增压单元用于将原料气增压至2.2MPa；所述干燥单元用于将原料气水分脱除至20ppm；所述冷却液化单元采用压缩制冷机组将脱水后的二氧化碳温度降至-25℃变为液态二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的工业二氧化碳回收利用装置，其特征在于，所述立柱（26）为空心管，与外界连通；或所述立柱（26）底部设置进风口，进风口通过管道连接风机，立柱（26）侧壁上、换热管（25）周围设置出风孔（261）。

5.根据权利要求1所述的工业二氧化碳回收利用装置，其特征在于，所述立柱（26）内存储溶液，通过电加热装置加热溶液；或通过泵、循环管道、电加热器或太阳能热水器构建循环加热装置使得溶液循环流动。

6.根据权利要求1所述的工业二氧化碳回收利用装置，其特征在于，所述气液分离箱（27）内、对应换热管（25）的出口设有导流板（271），导流板（271）向相对侧分离箱侧壁延伸，在延伸边缘处与分离箱侧壁形成溢流间隙（272）；气液分离箱（27）与换热管（25）相对侧的侧壁上部设置排气管（30）；所述导流板（271）上表面的凸柱体（273），凸柱体（273）交错布设，阻挡在液态二氧化碳流经路线上，凸柱体（273）内和导流板（271）内设有加热器。

7.一种工业二氧化碳回收利用系统，其特征在于，包括权利要求6所述的工业二氧化碳回收利用装置，还包括密闭装置和液态二氧化碳储罐（35），液态二氧化碳储罐（35）连接换热管（25）的输入口；气化后的二氧化碳通过管道送入大棚中的密闭装置内；所述密闭装置为可多层嵌套在一起的透光罩（37），或可折叠收纳的透光塑料膜（44）。

8.一种工业二氧化碳回收利用方法，利用权利要求7所述的工业二氧化碳回收利用系统，其特征在于，将含有二氧化碳的烟气先通入水洗塔（1）进行逆流水洗；水洗后烟气送吸收塔（2）通过有机胺溶液吸收制备富液；富液送贫富液换热器（4）与来自再生塔（3）的贫液进行换热，提高来自吸收塔（2）富液的温度，同时降低来自再生塔（3）贫液的温度；换热后的贫液经冷却降温后返回吸收塔（2）循环利用，换热后的富液进入再生塔（3）吸收热量解吸出二氧化碳，并获得贫液；解吸出的二氧化碳排出再生塔（3）进入冷凝器冷却降温，再进行气液分离，分离出的冷凝水及胺液送回再生塔（3），分离出的二氧化碳气体经增压、干燥、冷却液化制得液态二氧化碳；液态二氧化碳气化作为气肥在大棚中施放。

9.根据权利要求8所述的工业二氧化碳回收利用方法，其特征在于，所述烟气温度为60~70℃；水洗塔（1）所用洗涤水温度≤40℃；作为吸收剂的有机胺溶液温度控制在35℃-40℃；富液温度为50℃；换热后的贫液经冷却降温至35℃-40℃；再生塔（3）进入冷凝器冷却降温至≤40℃；分离出的二氧化碳气体增压至2.2MPa，之后水分脱除至20ppm，脱水后的二氧化碳温度降至-25℃变为液态二氧化碳。