用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，所述反应器至少包括：反应器壳体以及位于反应器壳体内底部呈空间网状分布的多个气泡发生器，气泡发生器包括管道和开有微孔的中空球体，管道的第一端与中空球体的中空空间连通，管道的第二端用于接受空气；本发明专利技术简化了反应器结构，提高了CO2吸收效率，降低了运行能耗，减小了因风(扇)机等送气机械导致的强噪音。等送气机械导致的强噪音。等送气机械导致的强噪音。

【技术实现步骤摘要】
用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统


[0001]本专利技术涉及碳捕集、利用和封存
，特别涉及一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]由于化石燃料燃烧和水泥生产等人类活动，大气中CO2含量已达到了工业革命前水平的149％，浓度现已超过417ppm。作为主要的温室气体，CO2浓度的不断升高会加剧温室效应，导致全球气候变暖，进而引发一系列重大灾难，如冰川融化、海平面上升、海洋酸化和干旱等。鉴于此，实现经济、社会的绿色能源转型并大力减小CO2排放水平，努力达成“净零”(Net
‑
Zero)排放甚至“负碳”(Negative)排放尤为重要。
[0004]碳捕集、利用和封存(Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS)技术被认为是减少CO2排放、控制大气CO2浓度、减缓全球变暖的重要人工碳汇方法。特别是直接空气捕集(Direct Air Capture，DAC)技术，近年来逐渐受到广泛关注。DAC技术一般指的是利用吸收剂(或吸附剂)直接从空气中吸收并捕集二氧化碳，其系统一般由CO2捕集、CO2解吸、吸收(附)剂再生及CO2储存部分等组成。
[0005]不同于传统CCUS技术，DAC技术的应用位置分布较为灵活，可针对广泛的“分散”碳源进行布置，通过直接从环境空气中捕集二氧化碳，DAC不仅能在中短期内帮助控制大气CO2浓度的快速上升，理论上也可帮助实现真正的“负碳”排放。
[0006]然而，目前DAC系统中用于CO2捕集的反应器普遍存在运行能耗高、噪声大、CO2吸收效率低、结构复杂等问题，无法实现真正的“负碳”排放。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，简化了反应器结构，提高了CO2吸收效率，降低了运行能耗，减小了因风(扇)机等送气机械导致的强噪音。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器。
[0010]一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，至少包括：反应器壳体以及位于反应器壳体内底部呈空间网状分布的多个气泡发生器，气泡发生器包括管道和开有微孔的中空球体，管道的第一端与中空球体的中空空间连通，管道的第二端用于接受空气。
[0011]作为本专利技术第一方面进一步的限定，管道的底部设有空气缓冲气腔，空气缓冲气腔与各个气泡发生器的管道第二端连通，空气缓冲气腔与气体入口连通。
[0012]作为本专利技术第一方面更进一步的限定，气体入口处设有流量传感器。
[0013]作为本专利技术第一方面进一步的限定，反应器壳体的底部连接有与反应器壳体内部空间连通的吸收剂或者吸附剂出口。
[0014]作为本专利技术第一方面进一步的限定，反应器壳体的顶部连接有反应器端盖，反应器端盖上连接有与反应器壳体内部空间连通的吸收剂或吸附剂入口以及气体出口。
[0015]作为本专利技术第一方面更进一步的限定，反应器端盖与反应器壳体活动连接。
[0016]作为本专利技术第一方面进一步的限定，反应器壳体内连接有液位传感器和温度传感器。
[0017]作为本专利技术第一方面进一步的限定，气泡发生器制造微小空气泡越小，反应器高度越低，气泡发生器制造微小空气泡越大，反应器高度越高。
[0018]本专利技术第二方面提供了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器的工作方法。
[0019]一种本专利技术第一方面所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器的工作方法，包括以下过程：
[0020]通过反应器端盖的吸收剂或吸附剂入口注入CO2吸收剂或者吸附剂，观察液位传感器传达的液面高度信息，当CO2吸收剂或吸附剂达到目标用量时，停止注入CO2吸收剂或吸附剂，关闭吸收剂或吸附剂入口；
[0021]通过反应器壳体底部的气体入口泵送空气，空气在空气缓冲气腔内均匀分散并进而到达气泡发生器，空气经过气泡发生器的微孔以微小气泡的形式进入反应器内部，微小气泡在浮力作用下自下而上运动，随着气泡内CO2不断被吸收剂或者吸附剂吸收，气泡体积和直径有所减小，此时气泡的上升速度亦可能有所降低，为剩余CO2与吸收剂或者吸附剂的充分反应提供时间；
[0022]气泡直径的不断减小还会增大气泡的比表面积，不断强化气泡与吸收剂或吸附剂的传质过程，剩余气体通过反应器端盖的气体出口排出，反应完全后，停止泵送空气，关闭气体入口，打开吸收剂或吸附剂出口，负载CO2的吸收剂或吸附剂通过吸收剂或吸附剂出口排出至后续的CO2解吸设备和吸收剂或吸附剂再生设备。
[0023]本专利技术第三方面提供了一种直接空气捕集系统。
[0024]一种直接空气捕集系统，包括本专利技术第一方面所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术创新性地提出了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，简化了反应器结构，提高了CO2吸收效率，降低了运行能耗，减小了因风(扇)机等送气机械导致的强噪音。
[0027]2、本专利技术创新性地提出了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，气泡发生器呈空间网状分布，通过合理设计气泡发生器排布，根据具体应用条件，实现了气泡数量的最优化，获得了更高的CO2吸收效率。
[0028]3、本专利技术创新性地提出了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，利用微气泡在气液传质中的优点，强化了CO2捕集效果，微气泡的比表面积(表面积/体积，S/V)较高，通过增加与吸收(附)剂的接触机会，强化了气泡内气体组分与吸收(附)剂的传质过程。
[0029]4、本专利技术创新性地提出了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，微气泡尺寸较小(一般为微米到厘米尺度)，减小了微空气泡中CO2分子向气
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液界面
的传质距离，可帮助其快速到达吸收界面；微气泡密度小于吸收(附)剂，气泡可在浮力作用下自下而上地浮动，实现了与吸收(附)剂的相对运动，有望帮助降低运行能耗。
[0030]5、本专利技术创新性地提出了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，微气泡与吸收(附)剂的相对运动可导致气泡内部产生动态变化的流场，间接增强了对流(convection)耦合扩散(diffusion)的传质过程，帮助提高CO2分子的吸收效率。
[0031]6、本专利技术创新性地提出了一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器、方法及系统，反应器分为壳体部分和顶部端盖部分，结构简单可靠，便于安装、检修反应器内部结构。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，至少包括：反应器壳体以及位于反应器壳体内底部呈空间网状分布的多个气泡发生器，气泡发生器包括管道和开有微孔的中空球体，管道的第一端与中空球体的中空空间连通，管道的第二端用于接受空气。2.如权利要求1所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，管道的底部设有空气缓冲气腔，空气缓冲气腔与各个气泡发生器的管道第二端连通，空气缓冲气腔与气体入口连通。3.如权利要求2所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，气体入口处设有流量传感器。4.如权利要求1所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，反应器壳体的底部连接有与反应器壳体内部空间连通的吸收剂或者吸附剂出口。5.如权利要求1所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，反应器壳体的顶部连接有反应器端盖，反应器端盖上连接有与反应器壳体内部空间连通的吸收剂或吸附剂入口以及气体出口。6.如权利要求5所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，反应器端盖与反应器壳体活动连接。7.如权利要求1所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，反应器壳体内连接有液位传感器和温度传感器。8.如权利要求1
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7任一项所述的用于直接空气碳捕集的微气泡塔式反应器，其特征在于，气...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦宁，张颖龙，胡杰，赵培，陈庆霖，郑俊杰，魏剑锋，张博森，解元昊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：