RU2654755C1 - Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа - Google Patents

Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа Download PDF

Info

Publication number
RU2654755C1
RU2654755C1 RU2017106349A RU2017106349A RU2654755C1 RU 2654755 C1 RU2654755 C1 RU 2654755C1 RU 2017106349 A RU2017106349 A RU 2017106349A RU 2017106349 A RU2017106349 A RU 2017106349A RU 2654755 C1 RU2654755 C1 RU 2654755C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
carbon dioxide
absorber
air
absorption
Prior art date
Application number
RU2017106349A
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Павлович Беляков
Андрей Валерьевич Баранов
Николай Сергеевич Стерхов
Михаил Сергеевич Бочарников
Леонид Михайлович Василяк
Юрий Борисович Яненко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ГИДРОГЕНИУС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ГИДРОГЕНИУС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ГИДРОГЕНИУС"
Priority to RU2017106349A priority Critical patent/RU2654755C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2654755C1 publication Critical patent/RU2654755C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области извлечения углекислого газа из воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств и др. Установка включает подсистемы абсорбции и десорбции, где подсистема абсорбции содержит в рабочем пространстве перфорированный трубопровод для подачи потока очищаемого воздуха на спиралевидную насадку, увеличивающую поверхность контакта воздух/абсорбент, с выходным патрубком системы вентиляции в верхней части рабочего пространства, а подсистема десорбции выполнена как электрохимический десорбер, состоящий из трехкамерных электрохимических ячеек, с двумя катионообменными мембранами, разделяющими рабочее пространство на катодную камеру, камеру декарбонизации и анодную камеру, с возможностью принудительной подачи прореагировавшего раствора поглотителя в катодную камеру и камеру декарбонизации, с выходами из катодной камеры водорода и раствора поглотителя в сепаратор фазового разделения и последующей подачей раствора поглотителя на распылительную форсунку абсорбера, а компримированного водорода по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в анодную камеру, с выходами из камеры декарбонизации углекислого газа и воды в сепаратор фазового разделения и последующей подачей воды в сборную емкость абсорбера, а компримированного углекислого газа по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в систему утилизации углекислого газа. Технический результат - обеспечение низких виброшумовых характеристик установки, повышение степени извлечения углекислого газа из воздуха и обеспечение возможности компримировать углекислый газ. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области извлечения углекислого газа из воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств и др., и может найти применение в системах регенерации воздуха в герметизированных помещениях, химической и других отраслях промышленности.
Улавливание углекислого газа из воздуха при помощи абсорбции хорошо известно, и его используют в течение десятилетий, например, с целью восстановления нормального химического состава воздуха в герметизированных помещениях, химической, космической и других отраслях промышленности. Поглотители, применяемые или предлагаемые в соответствии с существующим уровнем техники, включают различные водные щелочные растворы, такие как карбонат калия или натрия, например, по патенту РФ №2091095 (опубл. 27.09.1997 г.). Данный способ очистки воздуха от диоксида углерода в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты осуществляется путем абсорбции двуокиси углерода щелочным раствором, охлаждения очищенного воздуха с последующей подачей обогащенного кислородом воздуха в обитаемый отсек объекта и отличается тем, что абсорбцию двуокиси углерода проводят щелочным раствором элементов второй группы в присутствии кристаллизатора, представляющего собой твердые частицы карбонатов, при этом над поверхностью раствора располагают металлизированную шихту для осаждения капелек барботируемого воздухом щелочного раствора, которым связывают не успевшую прореагировать в растворе двуокись углерода, а перед охлаждением его осушают. Способ требует использования металлической шихты, что делает установку на его основе в целом громоздкой, а процесс осушки и охлаждения слишком энергозатратным.
В качестве аналога изобретения служит установка для концентрирования диоксида углерода, извлекаемого из атмосферы, по патенту РФ №98938 (опубл. 10.11.2010 г.), в соответствии с которым концентрирование диоксида углерода производят на диффузионных мембранах с последующей подачей образовавшегося раствора в десорбер, к которому подведены газоотводные трубки, ведущие в водородно-кислородный топливный элемент, функцией которого является окисление образовавшегося водорода и выработка электроэнергии. Данный вариант установки работает следующим образом: поток очищаемого воздуха из атмосферы замкнутого обитаемого объекта с помощью воздуходувки подается в абсорбер, представляющий из себя мембранный диффузионный аппарат, при этом воздух продувается с одной стороны мембраны, а поглощающий углекислый газ раствор щелочи циркулирует с другой стороны мембраны. За счет диффузии через стенку мембраны углекислый газ поглощается щелочью с образованием карбонатных и бикарбонатных солей. На выходе из абсорбера очищенный от углекислого газа воздух подается в атмосферу обитаемого объекта, а полученный раствор солей с помощью жидкостного насоса прокачивается через десорбер, представляющий собой электролизер, где из раствора солей выделяется углекислый газ, а из воды - водород и кислород. Полученные водород, кислород и углекислый газ направляются в водородно-кислородный топливный элемент, где происходит окисление водорода, и далее углекислый газ и пары воды направляются в систему утилизации.
Недостатками данного изобретения являются: низкая эффективность работы абсорбера вследствие неравномерности прохождения потока очищаемого воздуха через стенки мембраны; наличие насосов высокого давления, существенно повышающих виброшумовые характеристики установки, наличие топливного элемента, существенно снижающего ресурс работы системы и усложняющего ее конструкцию, необходимость использования дополнительных преобразователей электрической энергии для ее возврата; наличие дополнительных газов, выделяющихся в камере электролизера и образующих взрывоопасные смеси.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является:
создание простой, безопасной установки абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа с увеличенным ресурсом работы, низкими виброшумовыми характеристиками и повышенной степенью извлечения углекислого газа из воздуха, при этом позволяющей компримировать углекислый газ.
Заявленный технический результат достигается тем, что установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа, содержащая подсистему абсорбции, включающую входной патрубок вентилятора, подающего поток очищаемого воздуха, выходной патрубок системы вентиляции, распылительную форсунку подачи раствора поглотителя в поток очищаемого воздуха; емкость для сбора прореагировавшего раствора поглотителя, соединенную с подсистемой десорбции, трубопроводами с функцией принудительной циркуляции используемых реагентов, отличается тем, что
кроме того, подсистема абсорбции может содержать в рабочем пространстве абсорбера перфорированный трубопровод для подачи потока очищаемого воздуха на спиралевидную насадку, увеличивающую поверхность контакта воздух/абсорбент, с выходным патрубком системы вентиляции в верхней части рабочего пространства,
кроме того, подсистема десорбции может быть выполнена как электрохимический десорбер, состоящий из трехкамерных электрохимических ячеек, с двумя катионообменными мембранами, разделяющими рабочее пространство на катодную камеру, камеру декарбонизации и анодную камеру, с возможностью принудительной подачи прореагировавшего раствора поглотителя в катодную камеру и камеру декарбонизации,
с выходами из катодной камеры водорода и раствора поглотителя в сепаратор фазового разделения и последующей подачей раствора поглотителя на распылительную форсунку абсорбера, а компримированного водорода по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в анодную камеру,
с выходами из камеры декарбонизации углекислого газа и воды в сепаратор фазового разделения и последующей подачей воды в сборную емкость абсорбера, а компримированного углекислого газа по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в систему утилизации углекислого газа.
Сущность заявленного изобретения поясняется на фиг. 1, где представлена функциональная схема установки абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа.
Основными узлами установки абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа являются подсистема абсорбции и подсистема электрохимической десорбции. Подсистема абсорбции состоит из вентилятора 1, патрубка 2 входного, абсорбера 3, насадки 4, форсунки 5, емкости 6 сборной, патрубка 7 выходного. Подсистема электрохимической десорбции состоит из ячейки 8 трехкамерной электрохимической с двумя мембранами 9 катионообменными, разделяющими ячейку на камеру 10 катодную, камеру 11 декарбонизации и камеру 12 анодную, насоса 13 электрохимического, сепаратора 16 фазового разделения, клапана «до себя» 18, сепаратора 20 фазового разделения, клапана «до себя» 22.
Также установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа включает трубопровод 14, трубопровод 15, трубопровод 17, трубопровод 19, трубопровод 21.
Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа работает следующим образом.
Вентилятор 1 подает воздух с повышенным содержанием углекислого газа через патрубок 2 в абсорбер 3, содержащий насадку 4 и форсунку 5, через которую на насадку 3 распыляется раствор поглотителя, взаимодействующий с углекислым газом в соответствии со следующей химической реакцией:
CO2+2KOH=K2CO3+H2O.
Образовавшийся водный раствор карбоната калия сливается в емкость 6 сборную абсорбера 3.
Очищенный воздух через патрубок 7 выходной поступает в систему вентиляции герметизированного помещения.
Из емкости 6 сборной водный раствор карбоната калия с помощью насоса 13 электрохимического по трубопроводу 14 подается в камеру 10 катодную и камеру 11 декарбонизации ячейки 8 трехкамерной электрохимической с двумя мембранами 9 катионообменными подсистемы электрохимической десорбции, в которой происходит его электрохимическая регенерация до водного раствора гидроксида калия и выделение углекислого газа.
Электрохимическая регенерация осуществляется в десорбере следующим образом:
- в камере 12 анодной происходит образование ионов водорода H+ по реакции: Н2-2е-=2Н+;
- ионы водорода H+ переходят через мембрану 9 катионообменную в камеру 11 декарбонизации и замещают в карбонате калия ионы K+, в результате чего образуется угольная кислота H2CO3, которая разлагается на углекислый газ и воду: H2CO3=CO2+H2O;
- одновременно с этим из камеры 11 декарбонизации в камеру 10 катодную через мембрану 9 катионообменную переходят ионы калия K+;
- в катодном процессе происходит разложение воды: 2H2O+2е-=H2+2OH-, т.е. образуется водород и гидроксид-ионы OH-;
- ионы калия K+ соединяются с гидроксид-ионами OH-, образуя KOH: K++OH-=KOH.
Образовавшийся в камере 11 декарбонизации углекислый газ и вода собираются в сепараторе 16 фазового разделения, где углекислый газ компримируется с помощью клапана «до себя» 18 и по трубопроводу 17 поступает в систему утилизации углекислого газа, а вода поступает по трубопроводу 19 в емкость 6 сборную абсорбера 3.
Образовавшийся в камере 10 катодной водород и водный раствор гидроксида калия собираются в сепараторе 20 фазового разделения, где водород компримируется с помощью клапана «до себя» 22 и по трубопроводу 21 поступает в камеру 12 анодную, а водный раствор гидроксида калия (поглотитель) поступает по трубопроводу 15 в форсунку 5 абсорбера 3 для поглощения углекислого газа.
К технико-экономическим преимуществам данного изобретения относится способность компримировать углекислый газ, таким образом, появляется возможность отказаться от компрессоров, необходимых для подачи углекислого газа в систему утилизации, что позволяет существенно понизить как стоимость установки, так и ее виброшумовые характеристики.

Claims (5)

  1. Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа, содержащая подсистему абсорбции, включающую входной патрубок вентилятора, подающего поток очищаемого воздуха, выходной патрубок системы вентиляции, распылительную форсунку подачи раствора поглотителя в поток очищаемого воздуха; емкость для сбора прореагировавшего раствора поглотителя, соединенную с подсистемой десорбции, трубопроводами с функцией принудительной циркуляции используемых реагентов, отличающаяся тем, что
  2. - подсистема абсорбции содержит в рабочем пространстве перфорированный трубопровод для подачи потока очищаемого воздуха на спиралевидную насадку, увеличивающую поверхность контакта воздух/абсорбент, с выходным патрубком системы вентиляции в верхней части рабочего пространства,
  3. - подсистема десорбции выполнена как электрохимический десорбер, состоящий из трехкамерных электрохимических ячеек, с двумя катионообменными мембранами, разделяющими рабочее пространство на катодную камеру, камеру декарбонизации и анодную камеру, с возможностью принудительной подачи прореагировавшего раствора поглотителя в катодную камеру и камеру декарбонизации,
  4. с выходами из катодной камеры водорода и раствора поглотителя в сепаратор фазового разделения и последующей подачей раствора поглотителя на распылительную форсунку абсорбера, а компримированного водорода по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в анодную камеру,
  5. с выходами из камеры декарбонизации углекислого газа и воды в сепаратор фазового разделения и последующей подачей воды в сборную емкость абсорбера, а компримированного углекислого газа по трубопроводу, содержащему клапан «до себя», в систему утилизации углекислого газа.
RU2017106349A 2017-02-28 2017-02-28 Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа RU2654755C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106349A RU2654755C1 (ru) 2017-02-28 2017-02-28 Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106349A RU2654755C1 (ru) 2017-02-28 2017-02-28 Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654755C1 true RU2654755C1 (ru) 2018-05-22

Family

ID=62202298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106349A RU2654755C1 (ru) 2017-02-28 2017-02-28 Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654755C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022050918A1 (en) * 2020-09-04 2022-03-10 Arcelik Anonim Sirketi An air purifier comprising a carbon dioxide adsorption unit
CN114190206A (zh) * 2021-11-19 2022-03-18 清华大学 分布式co2气体肥料发生装置及co2捕获方法
CN114214638A (zh) * 2021-12-16 2022-03-22 东北大学 一种富集二氧化碳联产氢气和氧气或氯气的方法及设备
US11471829B2 (en) * 2019-01-14 2022-10-18 Skyre, Inc. Electrochemical carbon dioxide recovery system
CN117883974A (zh) * 2024-03-15 2024-04-16 中南大学 模块化膜隔离碳解吸装置、碳捕集系统、方法及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2092232C1 (ru) * 1994-08-25 1997-10-10 Андрей Вениаминович Попов Способ электрохимического отделения кислых газов
RU2371238C2 (ru) * 2007-12-19 2009-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" Комплексный способ и устройство для очистки дымовых газов с утилизацией тепла, вредных примесей и диоксида углерода
RU98938U1 (ru) * 2010-03-17 2010-11-10 Леонид Александрович Жинжиков Установка для концентрирования диоксида углерода, извлекаемого из атмосферы (варианты)
WO2016055699A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Carbonreuse Finland Oy Arrangement and process for recovery of carbon dioxide from gas using an absorption tank housing an agitator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2092232C1 (ru) * 1994-08-25 1997-10-10 Андрей Вениаминович Попов Способ электрохимического отделения кислых газов
RU2371238C2 (ru) * 2007-12-19 2009-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" Комплексный способ и устройство для очистки дымовых газов с утилизацией тепла, вредных примесей и диоксида углерода
RU98938U1 (ru) * 2010-03-17 2010-11-10 Леонид Александрович Жинжиков Установка для концентрирования диоксида углерода, извлекаемого из атмосферы (варианты)
WO2016055699A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Carbonreuse Finland Oy Arrangement and process for recovery of carbon dioxide from gas using an absorption tank housing an agitator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11471829B2 (en) * 2019-01-14 2022-10-18 Skyre, Inc. Electrochemical carbon dioxide recovery system
WO2022050918A1 (en) * 2020-09-04 2022-03-10 Arcelik Anonim Sirketi An air purifier comprising a carbon dioxide adsorption unit
CN114190206A (zh) * 2021-11-19 2022-03-18 清华大学 分布式co2气体肥料发生装置及co2捕获方法
CN114214638A (zh) * 2021-12-16 2022-03-22 东北大学 一种富集二氧化碳联产氢气和氧气或氯气的方法及设备
CN117883974A (zh) * 2024-03-15 2024-04-16 中南大学 模块化膜隔离碳解吸装置、碳捕集系统、方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2654755C1 (ru) Установка абсорбции и электрохимической десорбции углекислого газа
EP4151303A1 (en) Carbon-dioxide capture and treatment system and carbon-dioxide negative emission plant
JP7305356B2 (ja) H2発生との統合による空気からのco2の省エネルギー除去
KR101767894B1 (ko) 질소 순환형 질소산화물 처리 시스템 및 방법
CN103861444A (zh) 一种基于水合物法的二氧化碳捕集和海水淡化联产装置及方法
CN103191633B (zh) 一种电动采集提纯二氧化碳的装置与方法
JP2020505218A5 (ru)
CN111924807A (zh) 一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置
US11857914B2 (en) Electrochemical apparatus for acid gas removal and hydrogen generation
CN112499651A (zh) 一种电化学捕集二氧化碳制备碳酸氢钠的方法及装置
RU2491109C1 (ru) Устройство для очистки воздуха в обитаемых герметичных объектах от вредных примесей
CN116390802A (zh) 电化学驱动的二氧化碳分离器
KR102032676B1 (ko) 이산화탄소 활용 시스템
JP2004174369A (ja) ガス処理方法とそのシステム
CN105000559A (zh) 一种二氧化碳吸收和纯化方法
WO2024169042A1 (zh) 一种锅炉烟气脱硫及二氧化碳资源化利用的系统和方法
CN210261116U (zh) 一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统
US11465925B1 (en) Carbon capture method and system
CN114411166B (zh) 一种用于膜法电解制氢联合二氧化碳捕集的装置及方法
RU98938U1 (ru) Установка для концентрирования диоксида углерода, извлекаемого из атмосферы (варианты)
CN118450933A (zh) 水泥制造设备用二氧化碳捕获以及碳资源化系统
KR100697681B1 (ko) 이산화탄소 제거용 전기투석장치 및 이를 이용한이산화탄소 제거시스템
KR20170049846A (ko) 방한처리 및 비상전원 연료전지 시스템을 구비한 극지 운용 해양구조물
US20240342641A1 (en) Energy-Saving System And Method For Direct Air Capture With Precise Ion Control
US20230048834A1 (en) Carbon capture method and system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190301

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210406