本发明专利技术提供一种烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法，涉及废气处理技术领域。在烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置中，进气管用于输入带二氧化碳的烟道废气，进气管缠绕在外筒反应器的高温区上，进气管、冷凝水收集器、废气存储器、注射泵、外筒反应器的高温区依次连通，排气阀安装在外筒反应器上；内筒反应器设置在外筒反应器的低温区内，转动底盘可转动地设置在内筒反应器的底部，冷凝水滴落头滴落的冷凝水依次经过高温区和低温区、到达转动底盘上的金属网上，金属网上载有催化剂粉末，阴极电解液、阳极电解液和固态的二氧化碳水合物在金属网上的催化剂粉末作用下发生电催化反应，生成工业原料。生成工业原料。生成工业原料。
【技术实现步骤摘要】
烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法
[0001]本专利技术涉及废气处理
，具体而言，涉及一种烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法。
技术介绍
[0002]二氧化碳是引起温室效应的重要物质，在未来数十年内，化石燃料仍将在世界能源供应中占据主导地位，碳减排仍然面临着巨大的挑战，目前国际社会根据环境领域的相关要求，广泛认为二氧化碳捕获与封存（carbon dioxide capture and sequestration，CCS）技术的深入开展对缓解全球气候变暖具有重要意义，如何将二氧化碳从混合气体中捕集并分离是减少二氧化碳排放的前提和基础。
[0003]传统的碳捕集方法有吸收法、吸附法、低温分离法、金属氧化物法、膜分离法等，其中化学吸收法较为成熟，并且适用于二氧化碳浓度不高且常压的状态，但是吸收剂用量大，循环过程中需进行补充，试剂要求高，且其再生过程能耗高。而膜分离法虽然工艺过程简单，操作简便，但其对原料气要求高，要进行前处理、脱水和过滤，且得到的产物纯度不高。因此，亟需高捕集效率及低捕集成本的方法和设备。
[0004]由于水合物结构物化性质和储气特性，近年来利用气体水合物法回收和储存二氧化碳技术成为一个新兴的研究热点。利用水合物法进行烟气中二氧化碳气体的分离，与传统分离方法相比，能够在有效地提高分离效率的前提下大大降低分离成本。利用水合物法进行混合气体分离的原理是二元及多元气体生成水合物时的相平衡差距较大，故较易形成气体水合物的气体进入水合物相中，难形成气体水合物的气体则保留在气相中，从而实现混合气体分离。
[0005]水合物法碳捕集技术中，二氧化碳水合物形成所需的条件相对于氮气水合物更加温和，如273.15K时，二氧化碳水合物形成所需压力为1.24MPa，而氮气水合物形成所需压力为16.3MPa。因此，水合物法可应用于二氧化碳等温室气体的捕集。另外，气体水合物的能量密度很高，1体积的水合物在标准条件下可以释放约170体积气体。但是，水合物成核过程具有随机性特征，且成核前会伴随一个长时间的诱导期。且水合物形成释放热量，若生成热量不能被及时移走，会抑制水合物进一步生成。这意味着，一般情况下水合物的形成效率较低。当水合物形成后，水
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气界面处形成的水合物层会明显降低气体的渗透性，因此在水合物成核后的生长阶段，气体的物质传输能力会逐渐显著下降。这意味着，一般情况下水合物最终的能量存储能力较低。而且现有技术下生成的水合物多为疏松雪花状或者形成水合物浆，这占据了大部分生长空间且不利于反应高效连续进行。因此，虽然气体水合物在二氧化碳的捕集和封存方面具有巨大潜力，但是采用一般水合物法碳捕集过程中，存在的相对较低的捕集速率、较低的气体捕获能力等问题，限制了水合物法碳捕集技术的商业应用规模。
[0006]为此，众多研究者在水合物法碳捕集技术方面开展了基础性实验研究，所用介质主要为纯水或溶液体系。所采用的强化方法包括机械强化和化学物理强化两种类型。常用的机械强化过程主要是通过增大气液接触面积来实现，如搅拌，鼓泡，喷淋、喷雾等。通过一
系列外部环境扰动，可增加水合物的传质与传热效率，进而提高水合物生成速率。在纯水或溶液搅拌体系，气液接触面积有所提高，但传质与传热效率均低于喷雾体系。化学物理强化途径是通过在水中加入化学添加剂（如表面活性剂），从纳米尺度和分子尺度的层面上强化气液接触，促进水合物的成核生长过程。
[0007]目前已有的水合物法碳捕集技术，无论是在纯水或溶液中形成水合物，还是多孔介质内形成，均是通过持续扰动液体相来增大气/液接触面积（如搅拌、喷淋、鼓泡等），或者液体稳定存在于多孔介质内以持续获得巨大的气/液接触面。
[0008]此外，大部分的水合物形成方法研究均是定量化间歇供水，没有一个持续性补水措施。水合物法碳捕集二氧化碳应用技术的可行性，不仅取决于相关的相平衡问题而且取决于水合物的快速形成是否可行。较为广泛关注的水合物法碳捕集技术如水合物膜法和TBAB/THF水合物法和外加场水合物法等，其水合物的形成时间均在60min以上，反应时间较长。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的包括提供了一种烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法，其能够利用水合物法对烟道废气中二氧化碳的高效捕集与分离，并将生成的固态的二氧化碳水合物原位转化为工业原料。
[0010]本专利技术的实施例可以这样实现：第一方面，本专利技术提供一种烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置，烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置包括进气管、冷凝水收集器、冷凝水滴落头、废气存储器、注射泵、外筒反应器、内筒反应器、转动底盘、排气阀、阴极储液器、输液泵、注入导管、金属网、阳极导线、阳极储液器和电源，其中，外筒反应器包括上下设置的高温区和低温区；进气管用于输入带二氧化碳的烟道废气，进气管缠绕在外筒反应器的高温区上，进气管、冷凝水收集器、废气存储器、注射泵、外筒反应器的高温区依次连通，排气阀安装在外筒反应器上；冷凝水收集器用于将烟道废气中水汽转化为冷凝水、并收集，废气存储器用于存储去除水汽后的烟道废气，烟道废气经注射泵注入外筒反应器，在外筒反应器内去除二氧化碳后经排气阀排出；冷凝水滴落头安装在冷凝水收集器的底部、且插入外筒反应器的高温区内；内筒反应器设置在外筒反应器的低温区内，转动底盘可转动地设置在内筒反应器的底部，金属网设置在转动底盘上，金属网上载有催化剂粉末，冷凝水滴落头滴落的冷凝水依次经过高温区和低温区、到达转动底盘上的金属网上，形成固态的二氧化碳水合物；阴极储液器内存储有阴极电解液，阳极储液器内存储有阳极电解液，阴极储液器、输液泵、注入导管依次连通，注入导管从上至下依次插入外筒反应器、内筒反应器、金属网，金属网、电源、阳极储液器、阳极导线依次连接，阳极导线连接到内筒反应器的内壁上、且连接位置高于金属网的位置；其中，阴极电解液、阳极电解液和固态的二氧化碳水合物在金属网上的催化剂粉末作用下发生电催化反应，生成工业原料。
[0011]在可选的实施例中，烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置还包括散热翅片，散
热翅片设置在外筒反应器的低温区的外部。
[0012]在可选的实施例中，烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置还包括电动旋转机和联动轴，电动旋转机设置在外筒反应器的下方，电动旋转机通过联动轴连接到转动底盘，以驱动转动底盘转动。
[0013]在可选的实施例中，联动轴内设置有导电部件，金属网通过导电部件、导线连接到电源。
[0014]在可选的实施例中，烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置还包括电动阀，电动阀连接在冷凝水滴落头上，电动阀用于控制冷凝水滴落头滴落冷凝水的速度。
[0015]在可选的实施例中，烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置还包括开关，开关设置在电源与阳极储液器之间。
[0016]在可选的实施例中，冷凝水收集器、冷凝水滴落头、外筒反应器、内筒反应器和转动底盘位于同一中心线上。
[0017]在可选的实施例中，注射泵和排气阀均连接在外筒反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置，其特征在于，所述烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置包括进气管（1）、冷凝水收集器（2）、冷凝水滴落头（3）、废气存储器（4）、注射泵（5）、外筒反应器（6）、内筒反应器（7）、转动底盘（8）、排气阀（9）、阴极储液器（15）、输液泵（16）、注入导管（17）、金属网（18）、阳极导线（19）、阳极储液器（20）和电源（21），其中，所述外筒反应器（6）包括上下设置的高温区和低温区；所述进气管（1）用于输入带二氧化碳的烟道废气，所述进气管（1）缠绕在所述外筒反应器（6）的所述高温区上，所述进气管（1）、所述冷凝水收集器（2）、所述废气存储器（4）、所述注射泵（5）、所述外筒反应器（6）的所述高温区依次连通，所述排气阀（9）安装在所述外筒反应器（6）上；所述冷凝水收集器（2）用于将烟道废气中水汽转化为冷凝水、并收集，所述废气存储器（4）用于存储去除所述水汽后的烟道废气，烟道废气经所述注射泵（5）注入所述外筒反应器（6），在所述外筒反应器（6）内去除二氧化碳后经所述排气阀（9）排出；所述冷凝水滴落头（3）安装在所述冷凝水收集器（2）的底部、且插入所述外筒反应器（6）的所述高温区内；所述内筒反应器（7）设置在所述外筒反应器（6）的所述低温区内，所述转动底盘（8）可转动地设置在所述内筒反应器（7）的底部，所述金属网（18）设置在所述转动底盘（8）上，所述金属网（18）上载有催化剂粉末，所述冷凝水滴落头（3）滴落的所述冷凝水依次经过所述高温区和所述低温区、到达所述转动底盘（8）上的所述金属网（18）上，形成固态的二氧化碳水合物；所述阴极储液器（15）内存储有阴极电解液，所述阳极储液器（20）内存储有阳极电解液，所述阴极储液器（15）、所述输液泵（16）、所述注入导管（17）依次连通，所述注入导管（17）从上至下依次插入所述外筒反应器（6）、所述内筒反应器（7）、所述金属网（18），所述金属网（18）、所述电源（21）、所述阳极储液器（20）、所述阳极导线（19）依次连接，所述阳极导线（19）连接到所述内筒反应器（7）的内壁上、且连接位置高于所述金属网（18）的位置；其中，所述阴极电解液、所述阳极电解液和固态的所述二氧化碳水合物在所述金属网（18）上的所述催化剂粉末作用下发生电催化反应，生成工业原料。2.根据权利要求1所述的烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置，其特征在于，所述烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置还包括散热翅片（10），所述散热翅片（10）设置在所述外筒反应器（6）的所述低温区的外部。3.根据权利要求1所述的烟道废气中二氧化碳捕集...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，陈文婷，马旭，陈雪萍，吴青柏，张莲海，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
国别省市：
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