一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集CO2系统

一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统
技术领域
1.本发明属于碳捕集技术领域，尤其涉及一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统。


背景技术：

2.我国以高碳化石燃料为主的能源结构决定了通过改变现有能源供给体系达到“双碳”目标难以在短时间内完成。发展高效捕碳新技术被认为是实现这一目标的有效途径。在众多碳捕集技术中，利用化学吸收剂与烟气中co2发生化学反应实现捕集，被认为是目前最有应用前景的方案。
3.碳捕集技术中氨法捕集co2因具有吸收能力强、再生能耗低和腐蚀性低等优点，成为目前主要的化学吸收碳捕集技术发展趋势。而鼓泡反应器具有液体持有量大和传质系数高的优点，是目前氨法碳捕集方案的主要选择，但其气液混合不充分且相间作用时间较短等问题，极大地限制了吸收效果。此外，高浓度氨水存在严重的氨逃逸问题，影响碳捕集效率并产生环境污染。因此寻求合适的鼓泡方式和设计新型的吸收方案是开发高效氨法捕碳技术亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明的一个方式的目的之一是提供一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，在鼓泡反应器的吸收塔中，通过施加外电场使co2气体在氨水中呈雾状模式分散，同时利用电场诱导流场产生的运动强化co2与氨水的混合与传质，提高了碳捕集效率，减少了氨逃逸现象。
5.注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
6.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
7.一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，包括鼓风机、换热器、吸收塔组、回收塔、高压电源和输送泵；
8.所述换热器一端与高浓度co2连接，另一端与吸收塔组连接；
9.所述鼓风机与换热器和吸收塔组之间的管路连接；
10.所述吸收塔组包括结构相同的一级吸收塔、二级吸收塔和洗涤塔；一级吸收塔、二级吸收塔和洗涤塔依次相连；所述一级吸收塔与高浓度氨水箱连接，所述二级吸收塔与低浓度氨水箱连接，所述洗涤塔与去离子水箱连接；
11.所述一级吸收塔内部设有若干高压电喷头，气体从高压电喷头喷出；所述高压电源与吸收塔组的高压电喷头连接；
12.所述高浓度氨水箱和低浓度氨水箱均通过输送泵与洗涤塔连接；
13.所述一级吸收塔和二级吸收塔通过输送泵与换热器连接；所述回收塔与高浓度co2和换热器连接。
14.上述方案中，所述吸收塔组结构包括壳体、反应液收集器、进液口、高压电喷头、出气口、环电极、出液口和安全阀；
15.所述进液口和出气口设于壳体顶部；高压电喷头一端设于壳体外部，另一端设于壳体内部；所述环电极设于壳体内壁，将壳体内部分为两部分，环电极接地；
16.所述出液口设于壳体底部；
17.所述安全阀设于出液口底部；
18.所述反应液收集器设于安全阀底部。
19.进一步的，所述壳体上段为圆柱体结构，下段为自上而下的渐缩型结构；所述环电极设于壳体上段与下段的连接处。
20.进一步的，所述高压电喷头内部设有金属电极，电极中空形成气体通道，电极侧面设有绝缘软管。
21.进一步的，所述高压电喷头底部与环电极的垂直距离在10～20mm。
22.进一步的，所述鼓风机和换热器通过管路与一级吸收塔的高压电喷头连接；所述一级吸收塔的出气口与二级吸收塔的高压电喷头连接；所述二级吸收塔的出气口与洗涤塔的高压电喷头连接。
23.进一步的，所述洗涤塔的反应液收集器与第一输送泵连接；第一输送泵与高浓度氨水箱和低浓度氨水箱连接；所述高浓度氨水箱与一级吸收塔的进液口连接；所述低浓度氨水箱与二级吸收塔的进液口连接。
24.进一步的，所述去离子水箱与洗涤塔的进液口连接。
25.进一步的，所述换热器设有第一进气口、第一出气口、第一进液口和第一出液口，所述第一进气口和第一出气口相连；所述第一进液口和第一出液口相连；
26.所述换热器的第一进气口与高浓度co2连接，换热器的第一出气口通过管路与吸收塔组连接。
27.进一步的，所述二级吸收塔的反应液收集器与一级吸收塔的反应液收集器连接，所述一级吸收塔的反应液收集器与第二输送泵连接，所述第二输送泵与换热器的第一进液口连接，所述换热器的第一出液口与回收塔连接。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.根据本发明的一个方式，通过施加外电场使co2气体在氨水中呈雾状模式分散，同时利用电场诱导流场产生的运动强化co2与氨水的混合与传质，提高了碳捕集效率，减少了氨逃逸现象。
30.根据本发明的一个方式，采用多级吸收塔，可以逐级降低氨水和co2浓度，针对不同浓度进行反应，可以有效提高二氧化碳捕集效率，降低氨逃逸率。
31.根据本发明的一个方式，多级吸收塔底部设置反应液收集器，最低浓度的吸收塔内反应完成的反应液可以根据浓度再由输送泵输出至高浓度吸收塔内，节省了氨水使用量，节约了co2捕集成本。
32.根据本发明的一个方式，采用换热器，使用初始的高温co2烟气对反应完成的反应液升温，可以同时完成高温co2降温和反应液升温，有效的节约了co2捕集成本。
33.注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不一定必须具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述
以外的效果。
附图说明
34.图1是本发明一实施方式的结构示意图。
35.图2是本发明一实施方式的吸收塔组结构示意图。
36.图中：1、鼓风机；2、换热器；3、一级吸收塔；4、高浓度氨水箱；5、二级吸收塔；6、低浓度氨水箱；7、洗涤塔；8、去离子水箱；9、高压电源；10、第一输送泵；11、第二输送泵；12、回收塔；13、反应液收集器；14、进液口；15、高压电喷头；16、出气口；17、微气泡；18、环电极；19、出液口；20、安全阀。
具体实施方式
37.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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.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”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.图1所示为所述基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统的一种较佳实施方式，包括鼓风机1、换热器2、吸收塔组、回收塔12、高压电源9和输送泵；
41.所述换热器2一端与高浓度co2连接，另一端与吸收塔组连接；
42.根据本实施例，优选的，所述换热器2为热管换热器，其主要作用是对高温co2烟气进行降温并回收余热，控制温度在38℃以下。
43.所述鼓风机1与换热器2和吸收塔组之间的管路连接；
44.根据本实施例，优选的，气体管路采用绝缘材质。
45.根据本实施例，优选的，所述鼓风机1与外界环境连通，将室温空气与降温后的高浓度co2烟气混合以降低co2浓度，促进喷雾塔中氨水对co2的吸收，提升碳捕集效率；鼓风机1的型号和气体流量可根据co2烟气的流量和浓度进行选择和调节；为兼顾碳捕集效率和设备成本，混合气体中co2浓度控制在10％左右。
46.所述吸收塔组包括结构相同的一级吸收塔3、二级吸收塔5和洗涤塔7；一级吸收塔
3、二级吸收塔5和洗涤塔7依次相连；所述一级吸收塔3与高浓度氨水箱4连接，所述二级吸收塔5与低浓度氨水箱6连接，所述洗涤塔7与去离子水箱8连接；
47.所述吸收塔组内部设有若干高压电喷头15，气体从高压电喷头15喷出；所述高压电源9与吸收塔组的高压电喷头15连接；
48.所述高浓度氨水箱4和低浓度氨水箱6均通过第一输送泵10与洗涤塔7连接；
49.根据本实施例，优选的，在高浓度氨水箱4与一级吸收塔3连接的管道上安装阀门控制水箱输送的液量，具体流量数值通过流量计监测。
50.根据本实施例，优选的，在低浓度氨水箱6与二级吸收塔5连接的管道上安装阀门控制水箱输送的液量，具体流量数值通过流量计监测。
51.所述一级吸收塔3和二级吸收塔5通过第二11输送泵与换热器2连接；所述回收塔12与高浓度co2和换热器2连接。
52.如图2所示，所述一级吸收塔3、二级吸收塔5和洗涤塔7结构相同，均包括壳体、反应液收集器13、进液口14、高压电喷头15、出气口16、环电极18、出液口19和安全阀20；
53.所述进液口14和出气口16设于壳体顶部；高压电喷头15一端设于壳体外部，另一端设于壳体内部；所述环电极18设于壳体内壁，将壳体内部分为两部分，环电极18接地；
54.所述出液口19设于壳体底部；
55.所述安全阀20设于出液口19底部；
56.所述反应液收集器13设于安全阀20底部。
57.所述壳体上段为圆柱体结构，下段为自上而下的渐缩型结构；所述环电极18设于壳体上段与下段的连接处。氨水吸收co2过程中有氨基盐固体产生，该壳体结构有利于氨基盐固体沉积至反应器底部，方便回收处理。氨水吸收co2过程中有氨基盐固体产生，该壳体结构有利于氨基盐固体沉积至反应器底部，方便回收处理。
58.根据本实施例，优选的，所述壳体整体由绝缘材质加工而成，顶部密封，塔的整体尺寸可根据实际工业需要进行调整。
59.所述高压电喷头15内部设有金属电极，电极中空形成气体通道，电极侧面设有绝缘软管。
60.根据本实施例，优选的，高压电喷头15的数量和布置方式可根据待处理烟气流量调节控制。
61.所述高压电喷头15底部与环电极18的垂直距离在10～20mm，通过高压电源9施加高电压可以在高压电喷头15喷头喷出烟气时产生小气泡，促进碳捕集，并减少氨逃逸现象。
62.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述鼓风机1和换热器2通过管路与一级吸收塔3的高压电喷头15连接；所述一级吸收塔3的出气口16与二级吸收塔5的高压电喷头15连接；所述二级吸收塔5的出气口16与洗涤塔7的高压电喷头15连接。
63.一级吸收塔3的进液口14与高浓度氨水箱4连接，一级吸收塔3中高浓度氨水与co2反应形成的氨基盐溶液经安全阀门20至反应液收集器13。在一级碳吸收塔3中未被吸收的co2烟气从出气口16流出一级吸收塔3，并经高压电喷头15进入二级吸收塔5。
64.二级吸收塔5的进液口14与低浓度氨水箱7连接，一级碳吸收塔3中未被吸收的co2烟气由电场强化产生微气泡17，分散在吸收塔中与低浓度氨水反应并被吸收，形成的低浓
度氨基盐溶液经安全阀门20至反应液收集器13。在二级碳吸收塔5中未被吸收的co2烟气从出气口16流出二级吸收塔5，并经高压电喷头15进入洗涤塔7。
65.洗涤塔7中的进液口14与去离子水箱8，二级碳吸收塔5中未被吸收的co2烟气此时co2烟气浓度已经很低。而由于氨水具有挥发性，在一级吸收塔3和二级吸收塔5中挥发的氨气会跟随烟气流动。烟气最终由高压电喷头15喷出，与去离子水充分混合，并被去离子水吸收，最终的反应液进入洗涤塔7的反应液收集器13中。而已经完全脱碳的烟气从洗涤塔7的出气口16流出，进入外界环境。
66.所述洗涤塔7的反应液收集器13与第一输送泵10连接；第一输送泵10与高浓度氨水箱4和低浓度氨水箱6连接；所述高浓度氨水箱4与一级吸收塔3的进液口14连接；所述低浓度氨水箱6与二级吸收塔5的进液口14连接。由洗涤塔7收集的氨溶液最终流入高浓度氨水箱4和低浓度氨水箱6，实现氨水的重复循环利用，可以节约碳捕集成本。
67.所述去离子水箱8与洗涤塔7的进液口14连接。
68.所述换热器2设有第一进气口、第一出气口、第一进液口和第一出液口，所述第一进气口和第一出气口相连；所述第一进液口和第一出液口相连；
69.所述换热器2的第一进气口与高浓度co2连接，换热器2的第一出气口通过管路与吸收塔组连接。
70.所述二级吸收塔5的反应液收集器13与一级吸收塔3的反应液收集器13连接，所述一级吸收塔3的反应液收集器13与第二输送泵11连接，所述第二输送泵11与换热器2的第一进液口连接，所述换热器2的第一出液口与回收塔12连接。
71.在一级吸收塔3和二级吸收塔5中的反应液收集器13收集的氨溶液经第二输送泵11在换热器2收集的余热作用下分离浓缩，进入回收塔12进行资源回收再利用，部分高浓度高温co2烟气通入回收塔12中与回收的氨液反应实现资源再利用，充分发挥氨的应用价值，节约碳捕集成本，氨回收塔12中未反应完全的co2随混合气体进入吸收塔组。
72.本发明的工作过程如下：
73.首先检查各个塔、水箱和安全阀的气密性，确保没有氨泄漏的前提下，接通各个塔与水箱的阀门，在各个塔中注入相应的液体，液面高度与塔顶保持一定距离。启动换热器和鼓风机，连通高浓度高温co2烟气，经换热器2降温后与鼓风机1通入的温室空气混合降低co2浓度。
74.待混合气体从高压电喷头15内部气体通道进入一级吸收塔3后，接通高压电源9，通过调节施加电压和烟气流量获得微气泡17群，与高浓度氨水快速发生反应，吸收后的富液经出液口19过安全阀20进入反应液收集器13进行收集。在一级碳吸收塔3中未被吸收的co2烟气从出气口16流出一级吸收塔3，并经高压电喷头15进入二级吸收塔5，以微气泡形式分散在低浓度氨水中并发生吸收反应，实现对烟气的深度脱碳，吸收后的富液经出液口19过安全阀20进入反应液收集器13进行收集。在二级碳吸收塔5中未被吸收的co2烟气和蒸发的氨气从出气口16流出二级吸收塔5，并经高压电喷头15进入洗涤塔7，在洗涤塔7中继续将烟气以微气泡形式分散在去离子水中，对逃逸的氨气进行吸收，产生的氨溶液经出液口19过安全阀20进入反应液收集器13进行收集，而脱碳的出气口c16排出至室外环境。
75.由洗涤塔7收集的氨溶液最终流入高浓度氨水箱4和低浓度氨水箱6，实现氨水的重复循环利用，可以节约碳捕集成本。在一级吸收塔3和二级吸收塔5中的反应液收集器13
收集的氨溶液经第二输送泵11在换热器2收集的余热作用下分离浓缩，进入回收塔12进行资源回收再利用，部分高浓度高温co2烟气通入回收塔12中与回收的氨液反应，氨回收塔12中未反应完全的co2随混合气体进入吸收塔组。本发明可以实现资源再利用，充分发挥氨的应用价值，节约碳捕集成本。并且通过电场强化co2烟气，一方面通过减小气泡尺寸、强化气泡分散促进烟气与氨水混合并延长相互作用时间，强化反应速率；另一方面反应产生的氨基盐溶液沉积流入收集器，有利于氨回收。
76.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
77.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，包括鼓风机(1)、换热器(2)、吸收塔组、回收塔(12)、高压电源(9)和输送泵；所述换热器(2)一端与高浓度co2连接，另一端与吸收塔组连接；所述鼓风机(1)与换热器(2)和吸收塔组之间的管路连接；所述吸收塔组包括结构相同的一级吸收塔(3)、二级吸收塔(5)和洗涤塔(7)；一级吸收塔(3)、二级吸收塔(5)和洗涤塔(7)依次相连；所述一级吸收塔(3)与高浓度氨水箱(4)连接，所述二级吸收塔(5)与低浓度氨水箱(6)连接，所述洗涤塔(7)与去离子水箱(8)连接；所述吸收塔组内部设有若干高压电喷头(15)，气体从高压电喷头(15)喷出；所述高压电源(9)与吸收塔组的高压电喷头(15)连接；所述高浓度氨水箱(4)和低浓度氨水箱(6)均通过输送泵与洗涤塔(7)连接；所述一级吸收塔(3)和二级吸收塔(5)通过输送泵与换热器(2)连接；所述回收塔(12)与高浓度co2和换热器(2)连接。2.根据权利要求1所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述一级吸收塔(3)包括壳体、反应液收集器(13)、进液口(14)、高压电喷头(15)、出气口(16)、环电极(18)、出液口(19)和安全阀(20)；所述进液口(14)和出气口(16)设于壳体顶部；高压电喷头(15)一端设于壳体外部，另一端设于壳体内部；所述环电极(18)设于壳体内壁，将壳体内部分为两部分，环电极(18)接地；所述出液口(19)设于壳体底部；所述安全阀(20)设于出液口(19)底部；所述反应液收集器(13)设于安全阀(20)底部。3.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述壳体上段为圆柱体结构，下段为自上而下的渐缩型结构；所述环电极(18)设于壳体上段与下段的连接处。4.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述高压电喷头(15)内部设有金属电极，电极中空形成气体通道，电极侧面设有绝缘软管。5.根据权利要求4所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述高压电喷头(15)底部与环电极(18)的垂直距离在10～20mm。6.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述鼓风机(1)和换热器(2)通过管路与一级吸收塔(3)的高压电喷头(15)连接；所述一级吸收塔(3)的出气口(16)与二级吸收塔(5)的高压电喷头(15)连接；所述二级吸收塔(5)的出气口(16)与洗涤塔(7)的高压电喷头(15)连接。7.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述洗涤塔(7)的反应液收集器(13)与第一输送泵(10)连接；第一输送泵(10)与高浓度氨水箱(4)和低浓度氨水箱(6)连接；所述高浓度氨水箱(4)与一级吸收塔(3)的进液口(14)连接；所述低浓度氨水箱(6)与二级吸收塔(5)的进液口(14)连接。8.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述去离子水箱(8)与洗涤塔(7)的进液口(14)连接。9.根据权利要求2所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述换热
器(2)设有第一进气口、第一出气口、第一进液口和第一出液口，所述第一进气口和第一出气口相连；所述第一进液口和第一出液口相连；所述换热器(2)的第一进气口与高浓度co2连接，换热器(2)的第一出气口通过管路与吸收塔组连接。10.根据权利要求9所述的基于电场强化的氨法鼓泡捕集co2系统，其特征在于，所述二级吸收塔(5)的反应液收集器(13)与一级吸收塔(3)的反应液收集器(13)连接，所述一级吸收塔(3)的反应液收集器(13)与第二输送泵(11)连接，所述第二输送泵(11)与换热器(2)的第一进液口连接，所述换热器(2)的第一出液口与回收塔(12)连接。

技术总结
本发明提供了一种基于电场强化的氨法鼓泡捕集CO2系统，包括鼓风机、换热器、吸收塔组、回收塔和高压电源；换热器和鼓风机与吸收塔组连接；吸收塔组包括一级吸收塔、二级吸收塔和洗涤塔；一级吸收塔、二级吸收塔和洗涤塔依次相连；一级吸收塔与高浓度氨水箱连接；二级吸收塔与低浓度氨水箱连接，洗涤塔与去离子水箱连接；吸收塔组内部设有若干高压电喷头；高压电源与高压电喷头连接；高浓度氨水箱和低浓度氨水箱均通过输送泵与洗涤塔连接；回收塔与高浓度CO2和换热器连接。在吸收塔中，通过施加外电场使CO2气体在氨水中呈雾状模式分散，同时利用电场诱导流场产生的运动强化CO2与氨水的混合与传质，提高了碳捕集效率，减少了氨逃逸现象。现象。现象。


技术研发人员：张伟 王军锋 苏巧玲 韩京锋
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/27