一种基于光-热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置及方法制造方法及图纸

一种基于光

【技术实现步骤摘要】
一种基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置及方法


[0001]本专利技术涉及燃烧烟气中CO2的捕集领域，具体涉及一种基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置及方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，化石燃料就作为一种不可替代的能源为人类提供源源不断的能量。在人类使用化石燃料的过程中不可避免地产生了温室气体，导致气候变暖、海平面上升、洪、旱、涝等自然灾害频发，严重地破坏了地球的生态平衡。因此，CO2捕集、利用和封存(CCUS)逐渐成为科学界和工业界的研究热点，积极研究开发燃烧烟气中CO2的减排技术具有重要的战略意义。
[0003]截至目前，国内外开发的主流CO2捕集技术主要有膜分离法、液相吸收法、吸附法、富氧燃烧法、低温分离法、化学链燃烧法、水热法和光/电化学法。
[0004]其中膜分离法具有过程简单和无废物产生等优点，是一种具有较好发展前景的CO2捕集技术，但目前存在膜寿命短和分离纯度较低的实际问题。低温分离法具有工艺简单环保和适合大规模处理等优势，但具有能耗高和高压运行的不足，且主要用于处理高浓度CO2的分离。液相吸收法主要是利用各种醇胺类有机溶剂/氨水/离子液体等实现对CO2的液相吸收捕集，然后通过加热解吸等工艺实现液相吸收剂的活化再生和CO2的分离，这种方法理论上可以实现吸收剂的循环使用，但实际应用中发现存在试剂损耗严重和再生能耗大等不足，部分试剂还存在腐蚀设备的问题。富氧燃烧法和化学链燃烧法主要是通过构建新型燃烧条件和燃烧方式来实现CO2的捕集分离，但会对现有燃烧装置和工况产生影响，也不适合处理现存保有量巨大的锅炉/窑炉等传统燃烧装置。水热法和光/电化学法等新兴碳减排技术仍然还处于实验室探索阶段，离工业应用尚有距离。吸附脱除法因吸附剂可再生利用和脱除过程无废液产生等优点受到了国内外学术界和工程界的积极关注，已成为目前最有发展前景的CO2捕集技术之一。吸附分离CO2技术应用最多的是采用活性炭作为吸附剂吸附烟气中的CO2，然后通过加热解吸实现吸附剂的再生和CO2的回收。但该技术存在活性炭消耗量十分巨大和应用成本高昂等不足，无法实现大规模工业应用，其中开发低成本的吸附剂是该技术实现应用的关键一环。
[0005]生物炭(Biochar)是一种来自于农林废物或者有机工业废弃物的裂解产物，具有原材料来源广﹑成本低廉和绿色环保等优势，但未经活化改性的原生物炭通常具有比表面积小和活性位点贫乏的不足，难以获得令人满意的CO2吸附能力。为了提高生物炭的CO2吸附性能，国内外学者通过各种物理化学活化/改性手段改善生物炭的孔隙结构或者在生物炭表面诱导产生活性位点，使其产生特殊的高活性表面。采用高温或者微波在特殊气氛下活化生物炭可有效提高生物炭的孔隙结构和比表面积，但对至关重要的活性位点的提升十分有限。目前大多研究工作主要集中在采用各种化学手段提高生物炭的表面活性位点上，且研究最多的思路主要包括：(1)采用有机醇铵类﹑氨气或者离子液体等试剂进行活化改性；
(2)采用各种金属或非金属元素进行掺杂改性；(3)采用强酸﹑强氧化剂进行氧化改性。尽管这些活化改性方法对生物炭的改性能够有效增加生物炭的比表面积或者表面活性位点，但都存在成本高昂﹑处理效果差、存在二次污染或能耗较高的问题。因此，积极探索开发新型高效绿色的生物炭改性方法具有重要的科学意义和现实意义。

技术实现思路

[0006]为了克服上述发展瓶颈，本专利技术公开了一种基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置及方法。本专利技术中使用的生物炭来源广泛，成本低，还能循环使用，可以有效解决其他方法中成本高昂的问题，其次该装置中的光化学
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热化学协同改性塔，其内部的气固喷嘴阵列能够有效提升活化改性生物炭的速率；位于混合反应塔顶部的悬吊式燃烧烟气喷嘴和底部的底部燃烧烟气喷嘴，能够加快气固传质速率，进而提升捕集CO2的效果，同时本专利技术使用干法脱除技术，无废水、废液产生，也无试剂泄露风险，因而没有二次污染。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案得以实现的：
[0008]一种基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置，其特征在于：包括生物炭给料装置、改性试剂容器、光化学
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热化学协同改性塔、改性后生物炭定量送料器、布袋分离器、混合反应塔、燃烧烟气调温器、燃烧装置；
[0009]所述生物炭给料装置与光化学
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热化学协同改性塔上部连通，改性试剂容器与光化学
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热化学协同改性塔下部连通，光化学
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热化学协同改性塔内设有位于底部的气固喷嘴阵列、吊装在顶部内壁上的多个重力热管和紫外灯管；所述光化学
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热化学协同改性塔侧边设有一端与气固喷嘴阵列连通、另一端由顶部通入光化学
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热化学协同改性塔的循环旁路；所述循环旁路上设有第一风机，所述循环旁路提供的循环方向是由上往下循环流动；光化学
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热化学协同改性塔的出口经过改性后生物炭定量送料器、第二风机与混合反应塔连通；
[0010]所述混合反应塔内设有吊装在顶部的悬吊式燃烧烟气喷嘴和位于底部的底部燃烧烟气喷嘴，燃烧装置中的烟气经过燃烧烟气调温器调温后分两路管道，分别与悬吊式燃烧烟气喷嘴和底部燃烧烟气喷嘴相连通，混合反应塔的出口与布袋分离器连通。
[0011]上述方案中，所述布袋分离器上设置第一出口、第二出口，所述第一出口与光化学
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热化学协同改性塔连通，第二出口通向大气，第二出口的管路上设有第四风机。
[0012]上述方案中，所述光化学
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热化学协同改性塔是一个矩形截面或者圆形截面的改性反应器，所述紫外灯管、重力热管、气固喷嘴阵列中各个喷嘴成矩形阵列或圆形阵列排布。
[0013]上述方案中，所述紫外灯管、重力热管均吊装在光化学
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热化学协同改性塔的顶部，且上下方向延伸、两者之间交替布置；所述紫外灯管、重力热管之间均等间距排列，相邻紫外灯管之间的间距是5cm
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80cm，重力热管布置在紫外灯管的中心处，紫外灯管和重力热管的中心线与光化学
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热化学协同改性塔的轴向中心线平行，紫外光有效波长为150nm
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290nm，紫外灯管的长度为40cm
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450cm，重力热管的长度与紫外灯管保持相同；所述气固喷嘴阵列中各个喷嘴之间的间距范围是5cm
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30cm。
[0014]上述方案中，所述底部燃烧烟气喷嘴之间的间距范围是10cm
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60cm，所述悬吊式燃烧烟气喷嘴的间距是底部燃烧烟气喷嘴间距的2倍，混合反应塔内悬吊式燃烧烟气喷嘴的立式悬吊管的长度范围在100cm
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1500cm，所述燃烧装置经过第三风机与燃烧烟气调温器连
通。
[0015]上述方案中，所述装置的吸附CO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置，其特征在于：包括生物炭给料装置(1)、改性试剂容器(5)、光化学
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热化学协同改性塔(6)、改性后生物炭定量送料器(9)、布袋分离器(10)、混合反应塔(12)、燃烧烟气调温器(14)、燃烧装置(15)；所述生物炭给料装置(1)与光化学
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热化学协同改性塔(6)上部连通，改性试剂容器(5)与光化学
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热化学协同改性塔(6)下部连通，光化学
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热化学协同改性塔(6)内设有位于底部的气固喷嘴阵列(4)、吊装在顶部内壁上的多个重力热管(7)和紫外灯管(8)；所述光化学
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热化学协同改性塔(6)侧边设有一端与气固喷嘴阵列(4)连通、另一端由顶部通入光化学
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热化学协同改性塔(6)的循环旁路(3)；所述循环旁路(3)上设有第一风机(2)，所述循环旁路(3)提供的循环方向是由上往下循环流动；光化学
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热化学协同改性塔(6)的出口经过改性后生物炭定量送料器(9)、第二风机(16)与混合反应塔(12)连通；所述混合反应塔(12)内设有吊装在顶部的悬吊式燃烧烟气喷嘴(11)和位于底部的底部燃烧烟气喷嘴(13)，燃烧装置(15)中的烟气经过燃烧烟气调温器(14)调温后分两路管道，分别与悬吊式燃烧烟气喷嘴(11)和底部燃烧烟气喷嘴(13)相连通，混合反应塔(12)的出口与布袋分离器(10)连通。2.根据权利要求1所述的基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置，其特征在于：所述布袋分离器(10)上设置第一出口(10
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1)、第二出口(10
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2)，所述第一出口(10
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1)与光化学
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热化学协同改性塔(6)连通，第二出口(10
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2)通向大气，第二出口(10
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2)的管路上设有第四风机(18)。3.根据权利要求1所述的基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置，其特征在于：所述光化学
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热化学协同改性塔(6)是一个矩形截面或者圆形截面的改性反应器，所述紫外灯管(8)、重力热管(7)、气固喷嘴阵列(4)中各个喷嘴成矩形阵列或圆形阵列排布；所述紫外灯管(8)、重力热管(7)均吊装在光化学
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热化学协同改性塔(6)的顶部，且上下方向延伸、两者之间交替布置；所述紫外灯管(8)、重力热管(7)之间均等间距排列，相邻紫外灯管(8)之间的间距是5cm
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80cm，重力热管(7)布置在紫外灯管(8)的中心处，紫外灯管(8)和重力热管(7)的中心线与光化学
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热化学协同改性塔(6)的轴向中心线平行，紫外光有效波长为150nm
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290nm，紫外灯管(8)的长度为40cm
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450cm，重力热管(7)的长度与紫外灯管(8)保持相同；所述气固喷嘴阵列(4)中各个喷嘴之间的间距范围是5cm
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30cm。4.根据权利要求1所述的基于光
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热协同低碳绿色改性生物炭吸附CO2的装置，其特征在于：所述底部燃烧烟气喷嘴(13)之间的间距范围是10cm
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60cm，所述悬吊式燃烧烟气喷嘴(11)的间距是底部燃烧烟气喷嘴(13)间距的2倍，混合反应塔(12)内悬吊式燃烧烟气喷嘴(11)的立式悬吊管的长度范围在100cm
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1500cm，所述燃烧装置(15)经过第三风机(17)与燃烧烟气调温器(14)连通。5.基于权利要求1
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4中的任一项所述装置的吸附CO2方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、利用烟气余热和紫外光协同诱导改性试剂，所述改性试剂中含有过氧化氢(H2O2)、过硫酸盐(S2O
82
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)、氨水(NH3·
H2O)中的一种或多种，改性试剂经紫外光诱导后产生包含的羟基自由基(
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OH)、硫酸根自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，王燕，张永春，张军，潘剑锋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：