二氧化碳捕获装置

1.本发明属于及环保技术领域，具体涉及一种二氧化碳捕获装置。


背景技术：

2.二氧化碳捕获技术用于去除气流中的二氧化碳或者分离出二氧化碳作为气体产物。该技术发展已有几十年的历史。常用的捕获方法包括物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法，其中，物理吸收捕获是利用某些物理溶剂对二氧化碳的溶解度远大于烟气中其它组分的特性实现二氧化碳与其他组分的分离。化学吸收二氧化碳是利用化学试剂与二氧化碳之间的化学反应将二氧化碳从烟气中分离出来的方法，利用某些化学试剂能够与二氧化碳反应生成化合物的性质捕获二氧化碳。由于化学吸收法在二氧化碳吸附阶段不需要较高的温度，而吸附后的溶液需要热法再生，对于高温废气的余热的回收利用就成为了新的发展方向。
3.捕获是碳捕获与封存(carbon capture and storage，简称ccs技术)的第一步。二氧化碳在运输和封存时需要以较高的纯度存在，而在大多数情况下，工业尾气中二氧化碳的浓度达不到这个要求，所以必须从尾气中将二氧化碳分离出来，这一过程称为二氧化碳的捕获。现有成熟的二氧化碳捕获方法是化学吸收法，利用化学试剂与二氧化碳之间的化学反应将二氧化碳从烟气中分离出来的方法，但是该种方法装置规模小、吸收效率不高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种利用捕获剂与二氧化碳搅拌反应来捕获收集二氧化碳气体的二氧化碳捕获装置。
5.本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：二氧化碳捕获装置，包括壳体，壳体侧方开设有第一进料管，壳体顶面开设有第二进料管，壳体顶面设有循环管路，循环管路一端与壳体连通，另一端与第一进料管上方连通，壳体顶部中心设有第一电机，第一电机包括穿过壳体顶面的第一转轴，第一转轴上固定有混合组件，第一转轴上穿插有第一下料盘，第一下料盘位于混合组件上方，壳体底部通过螺纹连接有出料壳体，出料壳体与地面之间设有多个支脚，循环管路在管道的竖直端设有单向阀。二氧化碳捕获剂从第二加料口进入通过第一下料盘与二氧化碳反应，控制第一电机带动第一转轴带动混合组件旋转产生旋流，有利于空间范围内的捕获剂与二氧化碳充分接触反应，提升二氧化碳的捕获量，混合组件旋转带动二氧化碳与扰流板接触，未被捕获的二氧化碳气体上浮，经过循环管路回流到第一进料管再次与捕获剂反应，避免二氧化碳的流失浪费，以增加二氧化碳的捕获量，单向阀能避免气流直接从第一进料管经过循环管路进入壳体上方存留，造成二氧化碳资源浪费，第一下料盘一方面能够短暂地储存从第二下料管落下的二氧化碳捕获剂，有利于增加二氧化碳捕获剂下落时的横向覆盖面积，从而提升捕获剂与二氧化碳气体反应的几率从而增加二氧化碳捕获量，另一方面能减缓二氧化碳捕获剂下落的速率，避免二氧化碳捕获剂过快地从第二进料管下方落至底部，造成二氧化
碳捕获量过低，支脚保持出料壳体底部开口距离地面有一定高度，未反应的捕获剂能从底部的出料壳体开口顺利排出，以便回收利用，减少使用成本，避免资源浪费和环境污染。
6.优选地，第一进料管与壳体侧方延伸开口处连通，第一进料管位于壳体内部端口连接有导流管道，导流管道的管壁倾斜向下延伸，且导流管道下端口与壳体侧方延伸开口处的底面之间有间隙距离，导流管道内壁之间固定有分流件。进入第一进料管的二氧化碳能通过导流管道的倾斜壁体向下导流，避免气流反向冲击造成二氧化碳在管内反向流动造成二氧化碳在管道连接处外溢，二氧化碳气流从导流管道底部开口流出，与壳体侧方延伸处的内底面冲击并沿混合组件方向流动，使二氧化碳到达混合组件附近，增加二氧化碳与捕获剂接触率，以提升二氧化碳的捕获量，分流件一方面减缓二氧化碳在导流管道内的流动速度，进而减缓二氧化碳在混合组件附近的流速，有利于二氧化碳与捕获剂的接触几率以增加二氧化碳捕获量，另一方面对流入的二氧化碳分流，降低导流管道内风堵的可能性，有利于增加二氧化碳捕获效率。
7.优选地，混合组件包括三个在竖直方向上间隔布设的基环，相邻基环之间设有多个搅拌板，搅拌板在基环轴向方向上环绕布设，位于中间的基环的内壁设有固定板，固定板中心处开有通孔，第一转轴穿过该通孔与固定板形成连接。基环对搅拌板形成侧方防护和连接加固，第一转轴带动固定板转动，带动环绕设置的搅拌板旋转对周围二氧化碳气体形成搅拌扰动，从而促进二氧化碳与捕获剂的反应几率，以增加二氧化碳气体的捕获量，同时旋转的扰流板能带动周围二氧化碳形成向上和向下的螺旋气流，向上的螺旋气流有利于二氧化碳上移与捕获剂充分反应，以提升二氧化碳的捕获率，向下的螺旋气流能使下落的捕获剂呈螺旋状有序地移动，有利于捕获剂从底部的出料壳体排出，便于对捕获剂收集，避免捕获剂在出料壳体开口处堵塞。
8.优选地，壳体的内壁上环绕布设有扰流板，任一扰流板上阵列开设有扰流孔。旋转的混合组件形成的螺旋气流回撞击扰流板产生振动，振动使二氧化碳捕获剂分子结构间隙扩大，有利于二氧化碳与捕获剂充分反应，以提高二氧化碳的捕获量，同时扰流板对壳体内壁的旋流形成阻流，降低了气流上升的速度，进一步增加反应的时长，提升捕获几率，旋流能接触到扰流板的凸起位置，并向混合组件旋转轴心处聚拢，使气流再次被混合组件搅拌，有利于二氧化碳与捕获剂的再次反应，部分旋流能通过扰流孔形成不同流速的旋流，该部分旋流与较慢流速的旋流形成的流速差有利于扰动混合组件周围的气流流向，从而进一步提升二氧化碳与捕获剂的接触率。
9.优选地，第一下料盘的侧方与壳体内壁固定连接，第一下料盘中心处设有第一轴承，第一转轴穿插在第一轴承内圈，第一下料盘上环绕布设有尺寸小于二氧化碳捕获剂的第一通气孔，第一下料盘上还开设有多个第二通气孔，任一第二通气孔内均固定有第二轴承，任一第二轴承内壁固定有转动件，捕获剂能通过转动件与第二轴承之间的间隙。混合组件形成的旋流带动二氧化碳上移，向上移动的气流能够通过第一通气孔和第二通气孔到达第一下料盘上方，从而进入循环管道回流至第一进料管内，二氧化碳捕获剂从第二进料管向下排出至第一下料盘上方堆积，并能够通过第二轴承的内圈下落至混合组件附近，降低了捕获剂下落的速率，有利于增加二氧化碳与捕获剂的接触率，从而增加二氧化碳捕获量，同时第一转轴旋转带动第一轴承内圈转动，形成微弱旋转气流有利于二氧化碳捕获剂在第一下料盘上移动至第二通气孔并落下，降低二氧化碳捕获剂在上方堆积堵塞的可能性。
10.优选地，转动件包括转动套，转动套为空心圆筒，转动套侧壁环绕布设有旋转叶板，旋转叶板外侧边缘与第二轴承内圈固定，转动套中空位置穿插有固定转轴，固定转轴在下端面设有档杆，任一档杆与第一下料盘底面固定有连接柱。从第二进料管下落的一部分捕获剂直接从旋转叶板之间空隙落下，另一部分接触并撞击旋转叶板，受撞击的旋转叶板带动转动套在固定转轴上转动，从而使各个旋转叶板均发生旋转，使旋转叶板之间空隙不停地变化方位，有助于捕获剂被旋转的旋转叶板以不同水平方向向下排出，有利于捕获剂的均匀落料，从而提升捕获剂与二氧化碳的接触率，同时转动的旋转叶板撞击捕获剂产生振动，有利于增大捕获剂与二氧化碳的反应效果，从而增加二氧化碳捕获量，连接柱用于支撑连接档杆，避免第二轴承在第二通气孔内脱落，通过档杆能对下落的部分捕获剂形成一次拦截，减缓捕获剂的下落速率，以增加反应效果。
11.优选地，混合组件下方设有第二下料盘和第三下料盘，第二下料盘位于第三下料盘上方，第二下料盘上阵列布设有第二通孔，第三下料盘上设有与第二通孔位置重合且大小相等的第三通孔，第三下料盘下方设有第二电机，第二电机包括穿插在第三下料盘底部的第二转轴，第二电机与出料壳体内壁之间环绕布设有支撑杆。第二下料盘和第三下料盘与第一下料盘能使壳体内部的二氧化碳气体较为集中地停留在混合组件周围，增加了捕获剂与二氧化碳的反应几率，通过控制第二电机带动第二转轴旋转，进而控制第三下料盘的转动能使实现第三通孔与第二通孔的重合连通，从而控制二氧化碳捕获剂从下料壳体排出，同时第三下料盘的转动能控制壳体内部与出料壳体的连通，进而改变壳体内部气压，有助于捕获剂向下排出出料壳体，避免堵塞，第二电机带动第三下料盘转动的同时会产生振动，一方面通过振动来使第二下料盘上的捕获剂发生微小位移，有利于捕获剂通过第二通孔和第三通孔并排出，另一方面振动传递至出料壳体，能避免出料壳体上的捕获剂粘连。
12.优选地，壳体的壁体内填充有隔音棉。隔音棉隔绝第一电机和第二电机工作时发出的噪声，避免造成装置使用环境的噪声污染，同时隔音棉的材质能部分吸收传递至壳体上的震动能量，避免震动经过壳体传递至底部支脚造成地面震动，对其他地面上的设备造成外部干涉。
13.本发明由于采用了旋转的混合组件来混合捕获剂和二氧化碳，因而具有如下有益效果：导流管道对流入的二氧化碳向下引流，便于二氧化碳与捕获剂反应；混合组件能旋转来提升二氧化碳和捕获剂的反应几率；混合组件产生的气流能避免捕获剂下落时的堵塞；循环管路实现内部二氧化碳流动循环，避免资源堆积浪费；第二下料盘能增大下落的捕获剂与二氧化碳吸收接触的几率；底部的第二、第三下料盘实现控制吸收完二氧化碳的捕获剂的排出。因此，本发明是一种利用捕获剂与二氧化碳搅拌反应来捕获收集二氧化碳气体的二氧化碳捕获装置。
附图说明
14.图1为装置整体示意图；图2为装置半剖示意图；图3为第一下料盘示意图；图4为转动件示意图；图5为混合组件示意图；
图6为扰流板示意图；图7为第二下料盘与第三下料盘示意图。
15.附图标号：1、壳体；10、扰流板；11、扰流孔；12、隔音棉；2、第一进料管；20、导流管道；21、分流件；3、第二进料管；4、循环管路；41、单向阀；5、第一电机；51、第一转轴；52、混合组件；520、基环；521、搅动板；522、固定板；6、第一下料盘；60、第一轴承；61、第一通气孔；62、第二通气孔；63、第二轴承；64、转动件；640、转动套；641、旋转叶板；642、固定转轴；643、档杆；644、连接柱；7、第二下料盘；70、第二通孔；8、第三下料盘；80、第三通孔；81、第二电机；82、第二转轴；9、出料壳体；90、支撑杆；91、支脚。
具体实施方式
16.以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.二氧化碳捕获装置，包括壳体1，壳体1侧方的延伸台在竖直端面开设有第一进料管2，壳体1顶面穿插有第二进料管3，第二进料管3与壳体1内部连通，壳体1顶面在远离第二进料管3的一侧设有循环管路4，循环管路4在管道的竖直端设有单向阀41，循环管路4一端穿插在壳体1顶面并与壳体1内部连通，另一端穿插在壳体1侧方延伸台的上端面并与第一进料管2连通，壳体1顶部中心固定有第一电机5，第一电机5包括同步转动的第一转轴51，第一转轴51向下穿插过壳体1顶面并位于壳体1内，第一转轴51上固定有混合组件52以及第一下料盘6，混合组件52以及第一下料盘6均位于壳体1内，且第一下料盘6位于混合组件52制高点上方，壳体1底部通过螺纹连接有出料壳体91，出料壳体91与地面之间设有多个支脚91。
18.二氧化碳捕获剂从第二加料口进入通过第一下料盘6与二氧化碳反应，通过控制第一电机5带动第一转轴51同步转动，第一转轴51带动混合组件52旋转产生旋流，有利于空间范围内的捕获剂与壳体1内的二氧化碳充分接触反应，提升捕获剂对二氧化碳的捕获率，未与二氧化碳捕获剂接触反应的二氧化碳气体向上浮动，上移的气体穿过第一下料盘6到达壳体1顶部，此时顶部的气流经过循环管路4回流到第一进料管2，并从第一进料管2再次排出至壳体1内部与二氧化碳捕获剂反应，避免未发生反应的二氧化碳在壳体1顶部聚集造成资源浪费，有利于增加二氧化碳的捕获量，单向阀41只允许介质在循环管路4内向第一进料管2方向流动，能有效避免气流直接从第一进料管2经过循环管路4进入壳体1上方存留，造成二氧化碳资源浪费，从第二进料管3落下的二氧化碳捕获剂被第一下料盘6短暂地拦截和储存，使二氧化碳捕获剂能从第一下料盘6均匀且缓慢落下，增加了二氧化碳捕获剂下落时的横向覆盖面积，从而提升二氧化碳捕获剂与二氧化碳气体反应的几率，进而增加二氧化碳捕获量，同时第一下料盘6能减缓二氧化碳捕获剂下落的速率，避免二氧化碳捕获剂过快地从第二进料管3下方落至底部，造成二氧化碳捕获量过低，支脚91保持出料壳体91底部开口距离地面有一定高度，反应后的二氧化碳捕获剂能从底部的出料壳体91开口顺利排出，便于人员进行收集和取出。
19.第一进料管2与壳体1侧方延伸开口处连通，第一进料管2位于壳体1内部端口连接
有导流管道20，导流管道20靠近混合组件52一侧的管壁倾斜向下延伸，使导流管道20的内部开口向下逐渐缩小，且导流管道20下端口与壳体1侧方延伸台的水平底面之间存在间隙，导流管道20的对立竖直内壁之间固定有圆柱型的分流件21。
20.二氧化碳从第一进料管2进入导流管道20，进入导流管道20的二氧化碳被倾斜壁体向下导流，直至流出导流管道20底部开口，避免了气流反向冲击造成二氧化碳在管内反向流动，造成二氧化碳在管道连接处外溢，二氧化碳气流从导流管道20底部开口流出，与壳体1侧方延伸台的内底面冲击并朝着混合组件52方向流动，使二氧化碳较为集中排出到壳体1底部，有利于二氧化碳上浮并与下落的二氧化碳捕获剂反应，排出的二氧化碳到达混合组件52附近，便于混合组件52搅拌二氧化碳与二氧化碳增加二氧化碳与捕获剂接触率，以提升二氧化碳的捕获量，分流件21一方面减缓二氧化碳在导流管道20内的流动速度，进而减缓二氧化碳在混合组件52附近的流速，有利于二氧化碳与捕获剂的接触几率以增加二氧化碳捕获量，另一方面对流入的二氧化碳分流，降低导流管道20内风堵的可能性，有利于增加二氧化碳捕获效率。
21.混合组件52包括三个在竖直方向上间隔布设的基环520，相邻基环520的内壁之间竖直固定有多个搅拌板521，且多个搅拌板521在基环520轴向方向上环绕排布，位于中间的基环520的内壁设有固定板522，固定板522中心处开有通孔，第一转轴51穿过该通孔与固定板522形成连接。
22.基环520对搅拌板521形成侧方防护和连接加固，第一转轴51带动固定板522转动，带动环绕设置的搅拌板521旋转对周围二氧化碳气体形成搅拌扰动，从而促进二氧化碳与捕获剂的反应几率，以增加二氧化碳气体的捕获量，同时旋转的扰流板10能带动周围二氧化碳形成向上和向下的螺旋气流，向上的螺旋气流有利于二氧化碳上移与捕获剂充分反应，以提升二氧化碳的捕获率，向下的螺旋气流能使下落的捕获剂呈螺旋状有序地移动，有利于捕获剂从底部的出料壳体91排出，便于对捕获剂收集，避免捕获剂在出料壳体91开口处堵塞。
23.壳体1的内壁上环绕布设有扰流板10，任一扰流板10为扇形中空柱体，任一扰流板10的两个竖直端面上均阵列开设有矩形的扰流孔11，扰流孔11为通孔。
24.旋转的混合组件52形成的螺旋气流回撞击扰流板10产生振动，振动使二氧化碳捕获剂分子结构间隙扩大，有利于二氧化碳与捕获剂充分反应，以提高二氧化碳的捕获量，同时扰流板10对壳体1内壁的旋流形成阻流，降低了气流上升的速度，进一步增加反应的时长，提升捕获几率，旋流能接触到扰流板10的凸起位置，并向混合组件52旋转轴心处聚拢，使气流再次被混合组件52搅拌，有利于二氧化碳与捕获剂的再次反应，部分旋流能通过扰流孔11形成不同流速的旋流，该部分旋流与较慢流速的旋流形成的流速差有利于扰动混合组件52周围的气流流向，从而进一步提升二氧化碳与捕获剂的接触率。
25.第一下料盘6的侧方与壳体1内壁固定连接，第一下料盘6中心处设有第一轴承60，第一转轴51穿插在第一轴承60内圈，第一下料盘6上环绕布设有尺寸小于二氧化碳捕获剂的第一通气孔61，第一下料盘6上还开设有多个第二通气孔62，任一第二通气孔62内均固定有第二轴承63，任一第二轴承63内壁固定有转动件64，捕获剂能通过转动件64与第二轴承63之间的间隙。
26.混合组件52形成的旋流带动二氧化碳上移，向上移动的气流能够通过第一通气孔
61和第二通气孔62到达第一下料盘6上方，从而进入循环管道回流至第一进料管2内，二氧化碳捕获剂从第二进料管3向下排出至第一下料盘6上方堆积，并能够通过第二轴承63的内圈下落至混合组件52附近，降低了捕获剂下落的速率，有利于增加二氧化碳与捕获剂的接触率，从而增加二氧化碳捕获量，同时第一转轴51旋转带动第一轴承60内圈转动，形成微弱旋转气流有利于二氧化碳捕获剂在第一下料盘6上移动至第二通气孔62并落下，降低二氧化碳捕获剂在上方堆积堵塞的可能性。
27.转动件64包括转动套640，转动套640为空心圆筒，转动套640侧壁环绕布设有旋转叶板641，旋转叶板641外侧边缘与第二轴承63内圈固定，转动套640中空位置穿插有固定转轴642，固定转轴642在下端面设有档杆643，任一档杆643与第一下料盘6底面固定有连接柱644。
28.从第二进料管3下落的一部分捕获剂直接从旋转叶板641之间空隙落下，另一部分接触并撞击旋转叶板641，受撞击的旋转叶板641带动转动套640在固定转轴642上转动，从而使各个旋转叶板641均发生旋转，使旋转叶板641之间空隙不停地变化方位，有助于捕获剂被旋转的旋转叶板641以不同水平方向向下排出，有利于捕获剂的均匀落料，从而提升捕获剂与二氧化碳的接触率，同时转动的旋转叶板641撞击捕获剂产生振动，有利于增大捕获剂与二氧化碳的反应效果，从而增加二氧化碳捕获量，连接柱644用于支撑连接档杆643，避免第二轴承63在第二通气孔62内脱落，通过档杆643能对下落的部分捕获剂形成一次拦截，减缓捕获剂的下落速率，以增加反应效果。
29.混合组件52下方设有第二下料盘7和第三下料盘8，第二下料盘7位于第三下料盘8上方，第二下料盘7上阵列布设有第二通孔70，第三下料盘8上设有与第二通孔70位置重合且大小相等的第三通孔80，第三下料盘8下方设有第二电机81，第二电机81包括穿插在第三下料盘8底部的第二转轴82，第二电机81与出料壳体91内壁之间环绕布设有支撑杆90。
30.第二下料盘7和第三下料盘8与第一下料盘6能使壳体1内部的二氧化碳气体较为集中地停留在混合组件52周围，增加了捕获剂与二氧化碳的反应几率，通过控制第二电机81带动第二转轴82旋转，进而控制第三下料盘8的转动能使实现第三通孔80与第二通孔70的重合连通，从而控制二氧化碳捕获剂从下料壳体1排出，同时第三下料盘8的转动能控制壳体1内部与出料壳体91的连通，进而改变壳体1内部气压，有助于捕获剂向下排出出料壳体91，避免堵塞，第二电机81带动第三下料盘8转动的同时会产生振动，一方面通过振动来使第二下料盘7上的捕获剂发生微小位移，有利于捕获剂通过第二通孔70和第三通孔80并排出，另一方面振动传递至出料壳体91，能避免出料壳体91上的捕获剂粘连。
31.壳体1的壁体内填充有隔音棉12。隔音棉12隔绝第一电机5和第二电机81工作时发出的噪声，避免造成装置使用环境的噪声污染，同时隔音棉12的材质能部分吸收传递至壳体1上的震动能量，避免震动经过壳体1传递至底部支脚91造成地面震动，对其他地面上的设备造成外部干涉。
32.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。