[发明专利]一种电动采集提纯二氧化碳的装置与方法

权利要求书

1.一种电动采集提纯二氧化碳装置，其特征包括废气降温塔（1）、冷却水槽（2）、二氧化碳吸收塔（3）、电动浓缩提取装置（12）、阳极液储槽（15）、气液平衡室（16）、气液分离塔（17）、储水槽（18）、二氧化碳储存装置（19）、二氧化碳浓度在线监测装置（20）、加压装置（21）、碱度计（22）、流量计（23）、阀门（24）、泵（25）、鼓风机（26）；电动浓缩提取装置（12）包括阴极室（4）、阴离子交换树脂填充室（5）、浓室（6）、阳极室（7）、阴离子交换膜（8）、 阳离子交换膜（9）、阴极板（10）、阳极板（11）、电源（13）、阴离子交换树脂填料（14），电动浓缩提取装置（12）用两张阴离子交换膜（8）和一张阳离子交换膜（9）分隔成阴极室（4）、阴离子树脂填充室（5）、浓室（6）和阳极室（7），阴离子树脂填充室（5）内填充阴离子交换树脂填料（14），阴极室（4）内设有阴极板（10），阴极板（10）与直流电源（13）相连，阳极室（7）内设有阳极板（11），阳极板（11）与直流电源（13）相连；废气降温塔（1）的底部液体出口经泵（25）与冷却水槽（2）相连，冷却水槽（2）顶部液体出口经阀门（24）与废气降温塔（1）上部液体入口相连；废气降温塔（1）顶部气体出口经流量计（23）和阀门（24）与二氧化碳吸收塔（3）下部气体入口相连；二氧化碳吸收塔（3）下部液体出口经阀门（24）和泵（25）与电动浓缩提取装置（12）的阴极室（4）底部液体入口相连、阴极室（4）顶部液体出口经碱度计（22）与二氧化碳吸收塔（3）上部液体入口相连；阳极室（7）顶部液体出口与阳极液储槽（15）顶部液体入口相连，阳极液储槽（15）下部液体出口经泵（25）与阳极室（7）底部液体入口相连；浓室（6）顶部液体出口与气液平衡室（16）顶部液体入口相连、气液平衡室（16）底部液体出口经泵（25）与浓室（6）底部液体入口相连；气液平衡室（16）顶部气体出口与气液分离塔（17）下部气体入口相连，气液分离塔（17）底部液体出口经阀门（24）与储水槽（18）顶部液体入口相连，气液分离塔（17）顶部气体出口经鼓风机（26）、二氧化碳浓度在线监测计（20）、 加压装置（21）与二氧化碳储存装置（19）相连。

2.根据权利要求1所述的一种电动采集提纯二氧化碳装置，其特征所述的阴极板（10）的材料为不锈钢，阳极板（11）的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种的导电金属。

3.根据权利要求1所述的一种电动采集提纯二氧化碳装置，其特征所述的阴极板（10）和阳极板（11）的形状为网状、板状或孔状。

4.根据权利要求1所述的一种电动采集提纯二氧化碳装置，其特征所述的二氧化碳吸收塔（3）分成上下等体积的两部分，上部为喷淋装置，下部为液体吸收装置，液体吸收装置由倒Z型溢流隔板分成等体积的两部分。

5.根据权利要求1所述的一种电动采集提纯二氧化碳装置，其特征所述的气液分离塔（17）为螺旋上升结构，在螺旋上升气道中设置长板和短板两种隔板上下交替排列。

6.一种使用如权利要求1所述装置的电动采集提纯二氧化碳的方法，其特征在于所述的废气降温塔（1）和冷却水槽（2）用于降低废气的温度，废气被降温后进入二氧化碳吸收塔（3），由阴极室（4）电动产生的pH大于12的碱性吸收液吸收后形成碳酸根和碳酸氢根溶液，循环流动进入阴极室（4），剩余气体由二氧化碳吸收塔（3）顶端排出；阴极板（10）和阳极板（11）在电源（13）的作用下，在电动浓缩提取装置（12）中产生电势，阴极室（4）中的碳酸根和碳酸氢根阴离子透过阴离子交换树脂填充室（5）选择性迁移到浓室（6）中，在电场的作用下，阴极室（4）和阳极室（7）分别发生如下电极反应：4H₂O+4e→2H₂+4OH^-，2H₂O-4e→O₂+4H⁺，分别产生氢氧根离子和氢离子，氢离子透过阳离子交换树脂膜（9）迁移到浓室（6）中与碳酸根和碳酸氢根结合形成碳酸和二氧化碳，并与气液平衡室（16）循环，氢氧根离子则实现阴离子交换树脂填充室（5）中树脂的再生，并碱化吸收液，实现吸收液的回用；气液平衡室（16）中的二氧化碳进入气液分离塔（17）干燥，在重力分离、折流分离和旋风分离三种力的作用下阻挡水分子上升，获得纯净二氧化碳气体，获得的二氧化碳经在线监测计（20）检测、加压装置（21）加压后进入二氧化碳储存装置（19）进行储存。