CN201744301U - 碳捕集与封存系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种碳捕集与封存系统。该系统包括二氧化碳洗涤设备及养殖设备。二氧化碳洗涤设备内含洗涤液，洗涤液吸收含二氧化碳气体中的二氧化碳，而生成含碳化合物。养殖设备与二氧化碳洗涤设备连通，且内含以含碳化合物作为营养源的生物物种，而由生物物种吸收含碳化合物。通过采用本实用新型的碳捕集与封存系统，能有效地进行二氧化碳的补集与封存。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种碳捕集与封存系统，且特别涉及一种可有效地节能减碳的碳捕集与封存系统。
背景技术
碳捕集与封存(carbon capture and storage，CCS)技术是一项新兴的且具有大规模减少排放二氧化碳的技术，而降低使用化石能源时的所排放的二氧化碳。碳捕集与封存技术将工业生产过程中产生的二氧化碳捕集并安全地存储在特定抵制结构中，减少向大气的排放，以减少温室气体在大气层中的聚积，从而减缓全球气候变化。
现有常见的碳捕集与封存技术为利用物理或化学的方法，透过吸收或吸附方式捕集二氧化碳，经过耗能的逆向化学或物理反应，重新释出浓缩的二氧化碳，再进行封存处理，包括地底或海底灌注，或者销售作为食品原料。然而，这类方法的问题是耗费大量能源进行反应，且封存的二氧化碳有重新回到大气圈的风险。
实用新型内容
本实用新型提供一种碳捕集与封存系统，能有效地进行二氧化碳的补集与封存。
本实用新型提出一种碳捕集与封存系统，包括二氧化碳洗涤设备及养殖设备。二氧化碳洗涤设备内含洗涤液，洗涤液吸收含二氧化碳气体中的二氧化碳，而生成含碳化合物。养殖设备与二氧化碳洗涤设备连通，且内含以含碳化合物作为营养源的生物物种，而由生物物种吸收含碳化合物。
在本实用新型的一实施例中，上述的二氧化碳洗涤设备是填充式洗涤塔或喷雾式洗涤塔。
在本实用新型的一实施例中，上述的养殖设备是开放式养殖池、封闭式生物反应器、光合生物反应器或发酵槽。
在本实用新型的一实施例中，上述的生物物种是藻类或菌类。
在本实用新型的一实施例中，上述的碳捕集与封存系统还包括连接管路，连通二氧化碳洗涤设备及养殖设备。
在本实用新型的一实施例中，上述的碳捕集与封存系统还包括营养剂调整设备，与二氧化碳洗涤设备及养殖设备连通。
在本实用新型的一实施例中，上述的碳捕集与封存系统还包括收成设备，与养殖设备连通。
在本实用新型的一实施例中，上述的收成设备是滤膜、滤袋、滤布、离心机、压滤机或喷雾干燥机。
在本实用新型的一实施例中，上述的碳捕集与封存系统还包括自动化控制设备，与分别设置于二氧化碳洗涤设备上及养殖设备上的多个感测器电性连接。
基于上述，本实用新型的碳捕集与封存系统是通过二氧化碳洗涤设备进行二氧化碳的补集并产生含碳化合物，且养殖设备可将含碳化合物封存于生物体内，因此可有效地且快速地达到碳补集与碳封存的目的。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本实用新型的一实施例的一种碳捕集与封存系统的示意图。
主要元件符号说明：
100：碳捕集与封存系统； 102：二氧化碳洗涤设备；
104：养殖设备； 106：进气口；
108：排气口； 110、114：除雾层；
112：洗涤液； 116：培养基；
118：生物物种； 120：连接管路；
122：营养剂调整设备； 124：收成设备；
126：自动化控制设备； 128、130：感测器。
具体实施方式
图1是本实用新型的一实施例的一种碳捕集与封存系统的示意图。
请参照图1，碳捕集与封存系统100包括二氧化碳洗涤设备102及养殖设备104。
二氧化碳洗涤设备102可包括进气口106与排气口108。含二氧化碳气体由进气口106进入二氧化碳洗涤设备102中，经过减碳后的气体从排气口108排出，其中含二氧化碳气体例如是工业废气或公共场所的室内空气。二氧化碳洗涤设备102例如是如图1所示的洗涤塔，洗涤塔可为填充式洗涤塔或喷雾式洗涤塔。此外，二氧化碳洗涤设备102还可包括除雾层110。
二氧化碳洗涤设备102内含洗涤液112，洗涤液112以物理或化学的方式吸收含二氧化碳气体中的二氧化碳，而生成含碳化合物，以达到碳捕集的目的。二氧化碳洗涤设备102中的洗涤液112可循环使用，直至达到洗涤终点。洗涤液112例如是可吸收二氧化碳的溶液，如淡水、海水、氢氧化钠溶液、氨水或醇胺溶液等。
养殖设备104与二氧化碳洗涤设备102连通。养殖设备104例如是开放式养殖池、封闭式生物反应器、光合生物反应器或发酵槽。在此实施例中，养殖设备104是以图1中的薄板式光合生物反应器为例进行说明。此外，养殖设备104还可包括除雾层114。
在养殖设备104内的培养基116中，含有以含碳化合物作为营养源的生物物种118，而由此生物物种118吸收含碳化合物进行生长与繁殖，以达到碳封存的目的。此生物物种118例如是藻类或菌类。藻类可为如螺旋藻及绿藻等微藻、或如红藻及海带等大型藻。
碳捕集与封存系统100还可包括连接管路120，用以连通二氧化碳洗涤设备102及养殖设备104。连接管路120可将来自二氧化碳洗涤设备102的具有含碳化合物的洗涤液112输送至养殖设备104中，而使得洗涤液112成为培养基116的一部份。
碳捕集与封存系统100还可包括营养剂调整设备122，例如是通过连接管路120与二氧化碳洗涤设备102及养殖设备104连通。营养剂调整设备122例如是如图1所示的营养剂调整槽。营养剂调整设备122可将来自二氧化碳洗涤设备102的洗涤液112进行适当的前处理，例如降温、杀菌、过滤、添加营养物质或调整pH值等，再将经处理后的洗涤液112输送至养殖设备104中。值得注意的是，在碳捕集与封存系统100不包括营养剂调整设备122的情况下，可直接在二氧化碳洗涤设备102中对于待输送至养殖设备104的洗涤液112进行调整。
碳捕集与封存系统100还可包括收成设备124，例如是通过连接管路120与养殖设备104连通。收成设备124可将经繁殖的藻类或菌类等生物物种118由液体中分离，以利于进行进一步的加工应用。收成设备124例如是滤膜、滤袋、滤布、离心机、压滤机或喷雾干燥机。
碳捕集与封存系统100还可包括自动化控制设备126。自动化控制设备126与设置在二氧化碳洗涤设备102上的感测器128及设置在养殖设备104上的感测器130电性连接，且还可与营养剂调整设备122及收成设备124电性联接。感测器128例如是pH感测器，可用以侦测洗涤液112的pH值，以利于监控洗涤终点。感测器130例如是光度感测器(OD sensor)、温度感测器或pH感测器等感测器，以监控养殖设备104内的环境参数。自动化控制 设备126通过感测器128、130所得到的信息，可自动化地进行控制洗涤终点、输送作为营养剂的洗涤液112、调整营养剂的成分、及收成经繁殖的生物物种118等步骤。
基于上述，在碳捕集与封存系统100中，由于二氧化碳洗涤设备102可捕集二氧化碳并生成含碳化合物，且养殖设备104可将含碳化合物封存在生物体内，因此可有效地且快速地达到碳补集与碳封存的目的。此外，在利用二氧化碳洗涤设备102吸收二氧化碳时，不需进行耗能的逆向化学或物理反应，而能达到节能的效果。
另一方面，碳捕集与封存系统100除了可大幅地降低气体中的二氧化碳浓度的外，由于二氧化碳洗涤设备102会生成含碳化合物，以作为养殖生物体时的营养源，因此同时可大幅地降低养殖成本。
实验例
以下，利用实施例说明本实用新型的碳捕集与封存系统的操作实绩。
碳捕集与封存系统的主要操作条件：
二氧化碳洗涤设备：填充式洗涤塔
洗涤液：氢氧化钠(NaOH)溶液
养殖设备：薄板式光合生物反应器
生物物种：极大螺旋藻(Spirulina maxima)及钝顶螺旋藻(Spirulinaplatensis)
实验方法：
首先，将使用碳酸氢钠(NaHCO3)或碳酸钠(Na2CO3)作为光合作用碳源的螺旋藻，以薄板式光合生物反应器加以培养，同时设置以氢氧化钠溶液作为洗涤液的填充式洗涤塔。其中，极大螺旋藻的碳源为碳酸氢钠，而钝顶螺旋藻的碳源为碳酸钠。
接着，抽取工厂燃烧后废气或公共场所人群密集处的污浊空气并通入填充式洗涤塔中，利用填充式洗涤塔快速将二氧化碳与氢氧化钠进行化学反应 (滞留时间介于0.3秒至10秒)，在洗涤液吸收二氧化碳之后进行排气，且通过洗涤终点的pH值调控生成极大螺旋藻所需的碳酸氢钠或钝顶螺旋藻所需的碳酸钠。二氧化碳与氢氧化钠进行化学反应的化学式如下。
NaOH(aq)+CO2(g)→NaHCO3(aq)
NaHCO3(aq)+NaOH(aq)→Na2CO3(aq)+H2O(1)
然后，将内含碳源的洗涤液调配其他营养盐，其他营养盐包括氮源、磷源、镁、铁、钙及钾等微量元素。
接下来，将经调配后的洗涤液输送至薄板式光合反应器中，以作为藻类生长的培养基的一部分。
之后，收成经繁殖的的螺旋藻。将经繁殖的螺旋藻由液体中分离，以利于进行进一步的加工应用。
实验结果：
(一)碳捕集：
表1为本实用新型的实验例的二氧化碳吸收率的结果。
表1
| 洗涤的气液比 | 二氧化碳进流浓度 | 氢氧化钠浓度 | 二氧化碳吸收率 |
| 2至3L/Nm3 | 10％ | 0.001N至3N | 4％至60％ |
| 4至5L/Nm3 | 10％ | 0.001N至3N | 40％至90％ |
由表1可知，当填充式洗涤塔的气液比为2L/Nm3至3L/Nm3且氢氧化钠浓度为0.001N至3N时，二氧化碳吸收率为4％至60％。当当洗涤塔的气液比为4L/Nm3至5L/Nm3且氢氧化钠浓度为0.001N至3N时，二氧化碳吸收率为40％至90％。因此，通过填充式洗涤塔可有效地吸收二氧化碳，而达到碳捕集的效果。
(二)碳封存：
由于空气中二氧化碳溶解入水中的速度太慢，螺旋藻会优先利用水中的含碳化合物(碳酸钠或碳酸氢钠)作为碳源，以支持其快速的成长。在极大螺旋 藻的培养基中，需添加占营养盐总重量70％至80％的碳酸氢钠，以供极大螺旋藻生长及繁殖之用。在钝顶螺旋藻的培养基中，需添加占营养盐总重量70％至80％的碳酸钠，以供钝顶螺旋藻生长及繁殖之用。
因此，在使用极大螺旋藻的实验中，所生成的碳酸氢钠充分地被极大螺旋藻所吸收利用。在使用钝顶螺旋藻的实验中，所生成的碳酸钠会充分地被钝顶螺旋藻所吸收利用。基于上述可知，含碳化合物被生物体所吸收，而达到碳封存的效果。
综上所述，上述实施例至少具有下列优点：
1、上述实施例的碳捕集与封存系统可以节能的方式有效地且快速地达到碳补集与碳封存的目的。
2、上述实施例的碳捕集与封存系统在大幅地降低气体中的二氧化碳浓度的同时，可大幅地降低生物体的养殖成本。
虽然本实用新型已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当以权利要求书保护的范围为准。
Claims (9)
1.一种碳捕集与封存系统，其特征在于，包括：
一二氧化碳洗涤设备，内含一洗涤液，该洗涤液吸收一含二氧化碳气体中的二氧化碳，而生成一含碳化合物；以及
一养殖设备，与该二氧化碳洗涤设备连通，且内含以该含碳化合物作为营养源的一生物物种，而由该生物物种吸收该含碳化合物。
2.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，该二氧化碳洗涤设备为填充式洗涤塔或喷雾式洗涤塔。
3.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，该养殖设备为开放式养殖池、封闭式生物反应器、光合生物反应器或发酵槽。
4.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，该生物物种为藻类或菌类。
5.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，还包括一连接管路，连通该二氧化碳洗涤设备与该养殖设备。
6.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，还包括一营养剂调整设备，与该二氧化碳洗涤设备及该养殖设备连通。
7.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，还包括一收成设备，与该养殖设备连通。
8.根据权利要求7所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，该收成设备为滤膜、滤袋、滤布、离心机、压滤机或喷雾干燥机。
9.根据权利要求1所述的碳捕集与封存系统，其特征在于，还包括一自动化控制设备，与分别设置在该二氧化碳洗涤设备上及该养殖设备上的多个感测器电性连接。
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