CN118056593A - 用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置 - Google Patents

用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从环境空气吸收二氧化碳的气体洗涤装置，其具有气体洗涤器(12)，该气体洗涤器包括洗涤室(13)，该洗涤室具有用于引入待洗涤的含有二氧化碳的环境空气流的原料气入口(14)、用于引入吸收剂的吸收剂入口(18,20,22)、用于排出经洗涤的环境空气流的净化气出口(19)和用于排出已吸收了二氧化碳的吸收质的吸收质出口(15)，净化气出口(19)流体地连接到干燥装置(40)，干燥装置(40)包括至少一个干燥单元(44,46)，其被配置为使干燥单元(44,46)在干燥过程中吸收在净化气中含有的水并在再生过程中将水分离，干燥装置(40)流体地连接到吸收剂入口(18,20,22)并且/或者连接到原料气入口(14)，使得在再生过程中分离出的水经由原料气入口(14)和/或吸收剂入口(18,20,22)被引入洗涤室(13)中。

Description

用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置
技术领域
本发明涉及一种用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置。该气体洗涤装置包括气体洗涤器，该气体洗涤器包括洗涤室，该洗涤室具有用于引入待洗涤的含有二氧化碳的环境空气流的原料气入口、用于引入吸收剂的吸收剂入口、用于排出经过洗涤的环境空气流的净化气出口和用于排出已经吸收了二氧化碳的吸收质(Absorbat)的吸收质出口。
背景技术
这种气体洗涤装置特别是在来自工业工厂的废气的后处理中是已知的，并且用于减少释放到外部环境中的废气的对环境有害的成分。废气经由原料气入口被引入气体洗涤器的洗涤室中。在洗涤室中，所引入的原料气与液体吸收剂接触，其中吸收剂通过吸收剂入口被引入洗涤室中并用于结合废气中存在的二氧化碳。吸收质(即结合有二氧化碳的洗涤液)经由吸收质出口从洗涤室排出。最后，在进一步的步骤中，将二氧化碳与吸收质分离，使得吸收剂(即不含溶解的二氧化碳的洗涤液)和处于未结合状态的二氧化碳再次存在。通过从废气中除去二氧化碳，可以减少排放到环境中的污染物。
气体洗涤装置的另一个已知用途是从环境空气中获得二氧化碳。从环境空气中提取的二氧化碳可以例如用于生产合成燃料，其中合成燃料由电力、水和二氧化碳通过所谓的电转X(Power-to-X)技术(特别是通过电转液过程)生产。合成燃料可以用作例如机动车辆的内燃机的燃料。
由于环境空气中二氧化碳的浓度相对较低，为大约400ppm，因此大量的环境空气必须穿过气体洗涤器，以从环境空气中提取生产合成燃料所需的二氧化碳量。问题是引入气体洗涤器中的环境空气的湿度低于100％，即没有被水饱和，并且吸收液态或含水吸收剂的液体或水。在气体洗涤过程之后，液体或水经由净化气从气体洗涤器中排出。从吸收剂中吸走液体增加了含水吸收剂的浓度。为了补偿这种影响，必须向吸收剂和/或环境空气添加水，其中由于因环境空气中二氧化碳的浓度低而导致大量环境空气穿过气体洗涤器，因此补偿从吸收剂中带走的水所需的水量相对较高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于从环境空气中吸收二氧化碳同时减少需水量的气体洗涤装置。
这个目的通过根据权利要求1所述的气体洗涤装置来实现。
根据本发明，气体洗涤装置包括流体地连接到净化气出口的干燥装置，其中从净化气出口流出的净化气(即不再含有二氧化碳的气体)在流出到外部环境中之前流过干燥装置。干燥装置包括用于干燥净化气(即用于从净化气中除去水)的至少一个干燥单元。干燥单元被设计成使得其可以在干燥过程中结合在净化气中含有的水，并且可以在再生过程中再次分离出所吸收的水。被净化气带出气体洗涤器并与吸收剂分离的水可以通过干燥过程从净化气中除去。在随后的再生过程中，可以再次分离出在干燥单元中结合的水，以便将该水再次供给到气体洗涤器。为此，干燥装置流体地连接到吸收剂入口并且/或者连接到原料气入口。
因此，可以通过使通过净化气从气体洗涤器中排出的水再循环来减少气体洗涤装置操作中的需水量。这样，可以将二氧化碳从环境空气中滤出，为此不需要极大需水量。
干燥装置优选地包括多个干燥单元和阀元件，其中阀元件在净化气的流动方向上布置在干燥单元的上游，使得净化气流被选择性地引导到第一干燥单元或引导到第二干燥单元。因此，从净化气中除去水可以是持续的，其中阀元件在两个切换位置之间切换，使得两个干燥单元中的一个干燥单元处于干燥过程中，并且同时另一个干燥单元处于再生过程中。换句话讲，净化气被供给到第一干燥单元，直到该第一干燥单元被水饱和。然后阀元件切换，并且净化气被供给到第二干燥单元。同时，再生过程在第一干燥单元中进行，并且从第一干燥单元再次分离所吸收的水。一旦第二干燥单元饱和，阀元件就切换回第一干燥单元，并且第二干燥单元可以再生。
在优选构型中，至少一个干燥单元包括干燥室和布置在干燥室中的干燥介质。在特别优选构型中，干燥介质是硅酸盐凝胶(Silicat-Gel)或沸石材料。干燥介质吸收溶解在净化气中的水。加热干燥介质以水蒸气的形式从干燥介质中分离出水。分离出的水蒸气然后冷却并凝结。冷凝水然后可以经由吸收剂入口或原料气入口被供给到洗涤室中。因此，可以以简单和成本有效的方式从净化气中除去水并重新使用。
气体洗涤器优选地包括布置在洗涤室中的原料气分布元件。原料气分布元件布置在原料气入口的区域中，并且用于在洗涤室中分布原料气并且防止气体射流形成。洗涤过程(即借助于吸收剂从原料气中滤出二氧化碳)因此可以得到改善。
在优选构型中，气体洗涤器包括液体分离器，该液体分离器在净化气的流动方向上布置在干燥装置的上游，特别是在洗涤室的内部并且在流动方向上在净化气出口的上游。液体分离器特别是液滴分离器，借助于该液滴分离器(Tropfenabscheider)，可以防止引入洗涤室中的吸收剂和水滴被夹带进入净化气出口中并且因此进入外部环境中。因此，可以以简单和成本有效的方式减少或防止水滴和吸收剂的夹带。
气体洗涤器优选地包括布置在洗涤室中的吸收剂分布设备。吸收剂分布设备可以包括优选地布置在多个层面上的多个喷嘴，用于在洗涤室中喷射吸收剂。这是喷液洗涤器。替代地，气体洗涤器包括在不同层面中具有多个板的板式塔，其中板设有孔，引入的环境空气可以通过这些孔上升到下一个板。吸收剂从竖井横向地流过板并积聚在堰(Wehr)处，从堰沿着竖井向下流到下一个板。因此，在每块板上，含有二氧化碳的环境空气与吸收剂之间有深度接触。气体洗涤器也可以设计成带有鼓泡层(Sprudelschicht)的所谓鼓泡塔反应器
由此提供了用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置，借助于该气体洗涤装置，大量的环境空气可以以相对低的需水量穿过气体洗涤器，并且因此可以从环境空气中分离出大量的二氧化碳。
附图说明
参考附图更详细地解释本发明的两个示例实施方案。
图1示意性地示出了气体洗涤装置的第一实施方案，并且
图2示意性地示出了气体洗涤装置的第二实施方案。
具体实施方式
图1示出了用于从环境空气中过滤掉二氧化碳的气体洗涤装置10。
气体洗涤装置10包括气体洗涤器12，该气体洗涤器限定洗涤室13。洗涤室13包括原料气入口14、多个吸收剂入口18、20、22、吸收质出口15和净化气出口19。
原料气入口14经由原料气管线24连接到外部环境，并用于将环境空气引入洗涤室13中。在原料气的流动方向上，在原料气入口14的上游，原料气管线24包括用于从原料气中过滤掉污物和颗粒的过滤器26，从而尽可能仅将净化的、未被污染的环境空气经由原料气入口14引入。在原料气入口24的区域中，原料气分布元件64布置在洗涤室13中，该原料气分布元件用于将引入洗涤室13中的原料气均匀地分布在洗涤室13的横截面上。
吸收剂入口18、20、22经由吸收剂管线28连接到二氧化碳分离器30。二氧化碳分离器30也经由吸收质管线34流体地连接到吸收质出口15。吸收剂入口18、20、22在洗涤室侧上进一步流体地连接到分布设备16，其中分布设备16具有分别具有多个喷嘴的多个层面。在气体洗涤装置10的操作中，洗涤剂因此在气体洗涤器12与二氧化碳分离器30之间循环。泵36、38分别布置在吸收剂管线28和吸收质管线34上，其中泵36用于将吸收质从吸收质出口15输送到二氧化碳分离器30，并且泵38用于将吸收剂从二氧化碳分离器30输送到吸收剂入口18、20、22。
净化气出口19经由净化气管线42流体地连接到干燥装置40。呈液滴分离器形式的水分离器62在净化气的流动方向上布置在净化气出口19的上游，并且因此布置在干燥装置40的上游。水分离器62防止吸收剂和水滴被净化气流夹带并进入净化气出口19中，从而离开气体洗涤器12。
干燥装置40包括两个干燥单元44、46，这两个干燥单元各自具有干燥室45、47，其中干燥介质49分别布置在干燥室45、47中。干燥介质49特别是硅酸盐凝胶。干燥装置40还包括阀元件48，特别是3/2通阀，净化气管线42、通向第一干燥单元44的第一干燥管线50和通向第二干燥单元46的第二干燥管线52连接到该阀元件。在第一切换位置，从净化气管线42排出的净化气流入第一干燥管线50中，并且因此流入第一干燥单元44中。在阀元件48的第二切换位置，从净化气管线42排出的净化气经由第二干燥管线52流入第二干燥单元46中。
干燥装置40经由水管线56流体地连接到加湿设备60，其中加湿设备60布置在原料气管线上。泵58布置在水管线56上。
在洗涤装置10的操作中，由过滤器26净化的环境空气经由原料气管线24和原料气入口14引入洗涤室13中，并且通过原料气分布元件64尽可能均匀地分布在洗涤室13的横截面上。同时，吸收剂(即未负载的洗涤液)经由吸收剂入口18、20、22被引入洗涤室13中，并且经由布置在原料气入口14上方的吸收剂分布设备16被分布在洗涤室13的横截面上。在随后的洗涤过程中，吸收剂从原料气(即环境空气)中吸取二氧化碳，并与该二氧化碳结合。如此产生的吸收质(即负载的洗涤液)收集在贮槽17中。贮槽17经由吸收质出口15和吸收质管线34流体地连接到二氧化碳分离器30，使得吸收质从贮槽17流到二氧化碳分离器30。在二氧化碳分离器30中，将二氧化碳从吸收质中除去，并经由管线32排出以供进一步使用。吸收剂经由吸收剂管线28被泵送回吸收剂入口18、20、22，并进入洗涤室13中。在洗涤过程期间产生的净化气(即通过原料气入口14流入的不含被分离出的二氧化碳的环境空气)朝向净化气出口19上升，其中净化气穿过水分离器62，使得夹带的吸收剂和水滴被除去。从净化气出口19开始，净化气经由净化气管线42流到干燥装置40。通过将阀元件48对应地设置到第一切换位置，净化气在干燥装置40内流到第一干燥单元44，其中净化气在干燥过程中流经干燥室45，并且经由通过干燥介质49吸收在净化气中含有的水或湿气而被干燥。一旦干燥介质49被水饱和，阀元件48就调节到第二切换位置，使得净化气流到第二干燥单元46，并且净化气被第二干燥单元的干燥介质49干燥。同时，被干燥介质49吸收的水在再生过程中通过干燥介质49的加热和随后的冷却从干燥介质49中被分离出。一旦第二干燥单元46的干燥介质49被水饱和，阀元件48就又调节到第一切换位置，使得净化气又被输送到再生了的第一干燥单元44，并且可以再生第二干燥单元46。在洗涤过程的操作期间，在两个干燥单元44、46之间进行多次切换。
经过干燥的空气从干燥装置10排出到外部环境中。从净化气中分离出的水经由合并管线54和水管线56泵送到原料气加湿器60。原料气加湿器60在原料气的流动方向上布置在原料气入口14的上游，并且用于在原料气进入洗涤室13之前，特别是在原料气与吸收剂接触之前加湿原料气。原料气加湿器60特别设计成向原料气供应如此多的水，使得原料气被水饱和，即具有100％的空气湿度。因此可以防止从吸收剂中吸取水。
图2示出了气体洗涤装置10的第二变型实施方案。与图1的第一实施方案的决定性区别在于，干燥装置40不像图1的第一实施方案那样流体地连接到原料气管线24，而是流体地连接到布置在吸收剂管线28处的供水元件66。因此，从净化气中分离出的水被直接供应给吸收剂，并且吸收剂浓度的增加得到补偿。洗涤装置10的其他部件设计成如图1的第一实施方案。
这提供了用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置10，借助于该气体洗涤装置，可以以相对低的需水量将大量的环境空气引导穿过气体洗涤器12，并且因此可以从环境空气中分离出大量的二氧化碳。

Claims (8)

1.一种用于从环境空气中吸收二氧化碳的气体洗涤装置，所述气体洗涤装置具有：
气体洗涤器(12)，所述气体洗涤器包括洗涤室(13)，所述洗涤室具有用于引入待洗涤的含有二氧化碳的环境空气流的原料气入口(14)、用于引入吸收剂的吸收剂入口(18,20,22)、用于排出经过洗涤的环境空气流的净化气出口(19)和用于排出已经吸收了所述二氧化碳的吸收质的吸收质出口(15),
其特征在于，
所述净化气出口(19)流体地连接到干燥装置(40)，其中所述干燥装置(40)包括至少一个干燥单元(44,46)，所述至少一个干燥单元被配置为使得所述干燥单元(44,46)在干燥过程中吸收在净化气中含有的水并且在再生过程中将所述水分离，其中所述干燥装置(40)流体地连接到所述吸收剂入口(18,20,22)并且/或者连接到所述原料气入口(14)，使得在所述再生过程中分离出的所述水经由所述原料气入口(14)和/或所述吸收剂入口(18,20,22)被引入所述洗涤室(13)中。
2.根据权利要求1所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述干燥装置(40)包括多个干燥单元(44,46)和阀元件(48)，其中所述阀元件(48)在所述净化气的流动方向上布置在所述干燥单元(44,46)的上游，使得净化气流被选择性地引导到第一干燥单元(44)或引导到第二干燥单元(46)。
3.根据权利要求1或2所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述至少一个干燥单元(44,46)包括干燥室(45,47)和布置在所述干燥室(45,47)中用于吸收在所述净化气中含有的所述水的干燥介质(49)。
4.根据权利要求3所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述干燥介质(49)是硅酸盐凝胶或沸石材料。
5.根据前述权利要求中的一项所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述气体洗涤器(12)包括布置在所述洗涤室(13)中的原料气分布元件(64)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述气体洗涤器(12)包括水分离器(62)，所述水分离器在所述净化气的所述流动方向上布置在所述干燥装置(40)的上游。
7.根据权利要求6所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述水分离器(62)是液滴分离器。
8.根据前述权利要求中的一项所述的气体洗涤装置，
其特征在于，
所述气体洗涤器(12)包括布置在所述洗涤室(13)中的吸收剂分布设备(16)。
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