CN113828104A - 一种碳中和工业废气处理方法 - Google Patents

一种碳中和工业废气处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳中和工业废气处理方法，包括：将工业废气通入吸附塔下端的废气入口；其中，吸附塔包括二氧化碳吸附剂和螺旋向上的废气导槽，废气导槽与废气入口相连接，废气导槽在不同高度的导槽壁外设置增压进气口；获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强；根据吸附压强，确定增压进气口通入的第一气体的进气压强；从各个增压进气口通入对应的进气压强的第一气体；响应于工业废气完全从吸附塔上端的废气出口排出，关闭废气出口并降低吸附塔内压强，以使二氧化碳从二氧化碳吸附剂中解吸从吸附塔下方的二氧化碳收集口排出。本发明可以使二氧化碳的脱除更加完全，达到更好的二氧化碳去除效果，减少温室气体的排放。

Description

一种碳中和工业废气处理方法
技术领域
本发明涉及碳中和领域，特别是涉及一种碳中和工业废气处理方法。
背景技术
碳中和(carbon neutrality)，是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。在很多工业生产中会产生大量含有二氧化碳的废气，直接排放会造成温室效应。因此需要对工业废气中的二氧化碳进行脱除，这也是实现碳中和的重要手段。
目前工业上采用的二氧化碳脱除方法主要有：溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离法等。这些方法在经济性、选择性以及适用性等方面都存在各自的特点，现在工业上应用最为广泛的脱碳方法是溶剂吸收法和变压吸附法。变压吸附法的原理为二氧化碳在不同压强环境下在二氧化碳吸附剂中的吸附量不同，可以通过改变压强达到使二氧化碳吸附或者解吸的效果。当前的变压吸附法由于二氧化碳接触二氧化碳吸附剂时间少、整个吸附塔内压强基本一致导致最后浓度越来越少的二氧化碳因为压强不够无法吸收等原因，造成了现有的变压吸附法脱除的二氧化碳不完全。
发明内容
有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种碳中和工业废气处理方法，旨在使二氧化碳的脱除更加完全，达到更好的二氧化碳去除效果，减少温室气体的排放。
为实现上述目的，本发明提供了一种碳中和工业废气处理方法，所述方法包括：
将工业废气通入吸附塔下端的废气入口；其中，所述吸附塔包括二氧化碳吸附剂和螺旋向上的废气导槽，所述废气导槽与所述废气入口相连接，所述废气导槽在不同高度的导槽壁外设置增压进气口；
获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置所需的吸附压强；
根据所述吸附压强，确定所述增压进气口通入的第一气体的进气压强；
从各个所述增压进气口通入对应的所述进气压强的第一气体；
响应于所述工业废气完全从所述吸附塔上端的废气出口排出，关闭所述废气出口并降低所述吸附塔内压强，以使二氧化碳从所述二氧化碳吸附剂中解吸从所述吸附塔下方的二氧化碳收集口排出。
可选的，所述获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置所需的吸附压强，包括：
根据所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度、二氧化碳初始浓度以及所述二氧化碳初始浓度相对应的标准压强，获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置所需的吸附压强；其中，
Figure BDA0003322962730000021
Pi为所述吸附压强，ρi为所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度，ρs为所述二氧化碳初始浓度，Ps为所述的标准压强，i为所述增压进气口的编号。
可选的，所述方法还包括：
获得所述工业废气的体积与所述工业废气在吸附塔中的上升速度；
根据所述体积、所述上升速度、所述二氧化碳初始浓度、各个所述增压进气口与所述废气入口之间的高度差和所述二氧化碳吸附剂的吸收速度，获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度；其中，
Figure BDA0003322962730000031
ρi为所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度，ρs为所述二氧化碳初始浓度，V为所述体积，v1为所述吸收速度，v2为所述上升速度，h为各个所述增压进气口与所述废气入口之间的高度差，i为所述增压进气口的编号。
可选的，所述根据所述吸附压强，确定所述增压进气口通入的第一气体的进气压强之前，包括：
根据所述吸附压强与所述增压进气口的实时压强，确定所述增压进气口通入的第一气体的进气压强之前。
可选的，所述方法还包括：
对所述废气出口排出的所述工业废气进行净化处理。
可选的，所述二氧化碳吸附剂为分子筛、活性炭、硅胶、以及其它能选择性吸附二氧化碳的吸附剂中一种或多种。
可选的，所述第一气体为氮气。
本发明的有益效果：1、本发明将工业废气通入吸附塔下端的废气入口；获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强；根据吸附压强，确定增压进气口通入的第一气体的进气压强；从各个增压进气口通入对应的进气压强的第一气体。根据二氧化碳从下至上被吸收的浓度越来越低，越靠近上方需要越大的压强使浓度越来越低的二氧化碳被吸收完全，本发明从不同高度通入不同压强的第一气体以使吸附塔内的压强从下至上依次增大，从而使浓度越来越低的二氧化碳能够吸收完全，相对于现有技术可以达到更好的二氧化碳去除效果，减少温室气体的排放。2、本发明适用的吸附塔包括二氧化碳吸附剂和螺旋向上的废气导槽，废气导槽与废气入口相连接，废气导槽在不同高度的导槽壁外设置增压进气口。本发明通过将螺旋向上的废气导槽引导工业废气螺旋向上攀升，增加废气与二氧化碳吸附剂的接触时间，使二氧化碳能够被吸收的更加完全，现有技术的吸附塔要到达相同的接触时间则需要更大的体积与占地空间。3、本发明根据工业废气在各个增压进气口位置的二氧化碳浓度、二氧化碳初始浓度以及二氧化碳初始浓度相对应的标准压强，获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强。本发明据此获得准确的吸附压强，以保证通入第一气体的压强不会过大造成资源浪费，过小导致二氧化碳吸收不完全。4、本发明对废气出口排出的工业废气进行净化处理。废气出口排出的工业废气中还含有有害气体，需要净化后排出，可以有效减少环境污染。5、本发明提供的第一气体可以为氮气，氮气易于获得且化学性质稳定，对人体也是无毒无害。综上，本发明通过在吸附塔不同高度通入不同压强使得吸附塔内压强由下至上逐渐增加以及吸附塔内的螺旋结构的废气导槽使得工业废气与二氧化碳吸附剂接触时间增长，使二氧化碳的脱除更加完全，达到更好的二氧化碳去除效果，减少温室气体的排放。
附图说明
图1是本发明一具体实施例提供的一种碳中和工业废气处理方法的流程示意图；
图2是本发明一具体实施例提供的一种吸附塔的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种碳中和工业废气处理方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
经申请人研究发现：现有的变压吸附脱除二氧化碳技术，因为统一对整个吸附塔进行压强改变从而来吸收二氧化碳，导致吸附塔上方二氧化碳浓度较低的工业废气可能会因为压强不足导致无法完全吸收。而且现有的吸附塔一般为直筒结构，工业废气一般直接由下至上通过吸附塔，接触吸附剂时间短，很可能无法完全吸收二氧化碳。
因此，本发明实施例提供了一种碳中和工业废气处理方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S101：将工业废气通入吸附塔下端的废气入口。
其中，吸附塔包括二氧化碳吸附剂和螺旋向上的废气导槽，废气导槽与废气入口相连接，废气导槽在不同高度的导槽壁外设置增压进气口。
在一具体实施例中，吸附塔的结构可以如图2所示，废气入口201设置于吸附塔主体下方，废气导槽202环绕着二氧化碳吸附剂203进行设置，废气导槽202在不同高度的导槽壁外设置增压进气口204，二氧化碳收集口206设置于吸附塔主体下方。图2中的箭头为工业废气的在吸附塔中的流动方向。工业废气在废气导槽202中螺旋向上流动接触二氧化碳吸附剂203，使工业废气中的二氧化碳被吸收。同时增压进气口通入第一气体对工业废气进行增压，使得二氧化碳吸收完全。
需要说明的是，本发明实施例中的工业废气一般多为燃烧、加热等作业产生的废气，该工业废气中至少含有二氧化碳。二氧化碳吸附剂只会吸收二氧化碳不会对工业废气中其它成分进行吸收。
步骤S102：获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强。
需要说明的是，吸附压强对应的是该增压进气口位置高度下二氧化碳能够正常被吸收的压强。其中，增压进气口位置的高度越高，被吸收的二氧化碳越多，工业废气中的二氧化碳浓度越低，因此需要的吸附压强也越大。
可选的，获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强，包括：
根据工业废气在各个增压进气口位置的二氧化碳浓度、二氧化碳初始浓度以及二氧化碳初始浓度相对应的标准压强，获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强；其中，
Figure BDA0003322962730000061
Pi为吸附压强，ρi为工业废气在各个增压进气口位置的二氧化碳浓度，ρs为二氧化碳初始浓度，Ps为的标准压强，i为增压进气口的编号。
标准压强为二氧化碳初始浓度对应能够被二氧化碳吸附剂正常吸收的压强。二氧化碳初始浓度为工业废气刚进入吸附塔时的浓度。
在一具体实施例中，可以将工业废气调整为标准压强后通入吸附塔。
可选的，方法还包括：
获得工业废气的体积与工业废气在吸附塔中的上升速度；
根据体积、上升速度、二氧化碳初始浓度、各个增压进气口与废气入口之间的高度差和二氧化碳吸附剂的吸收速度，获得工业废气在各个增压进气口位置的二氧化碳浓度；其中，
Figure BDA0003322962730000062
ρi为工业废气在各个增压进气口位置的二氧化碳浓度，ρs为二氧化碳初始浓度，V为体积，v1为吸收速度，v2为上升速度，h为各个增压进气口与废气入口之间的高度差，i为增压进气口的编号。
需要说明的是可以通过上述方式获得各个增压进气口位置的二氧化碳浓度，也可以直接在各个增压进气口位置安放二氧化碳浓度检测器获得各个增压进气口位置的二氧化碳浓度。
步骤S103：根据吸附压强，确定增压进气口通入的第一气体的进气压强。
可选的，根据吸附压强，确定增压进气口通入的第一气体的进气压强之前，包括：
根据吸附压强与增压进气口的实时压强，确定增压进气口通入的第一气体的进气压强之前。
需要说明的是，增压进气口通入的第一气体的进气压强与实时压强混合需要达到吸附压强，以保证工业废气中的二氧化碳能够被正常吸收。
步骤S104：从各个增压进气口通入对应的进气压强的第一气体。
可选的，第一气体可以为氮气。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一气体最佳为无毒无害且不会被二氧化碳吸附剂吸收的惰性气体。
步骤S105：响应于工业废气完全从吸附塔上端的废气出口排出，关闭废气出口并降低吸附塔内压强，以使二氧化碳从二氧化碳吸附剂中解吸从吸附塔下方的二氧化碳收集口排出。
二氧化碳收集口排出的二氧化碳均为高纯度二氧化碳，对这些二氧化碳进行收集用于作为工业原料。
可选的，二氧化碳收集口与二氧化碳收集罐进行连接，对二氧化碳进行回收利用。
可选的，方法还包括：
对废气出口排出的工业废气进行净化处理。
需要说明的是，工业废气中可能还含有其它有毒有害气体会对环境造成污染，需要对其进气净化后排放以减少环境污染。
可选的，二氧化碳吸附剂为分子筛、活性炭、硅胶、以及其它能选择性吸附二氧化碳的吸附剂中一种或多种。
本发明实施例将工业废气通入吸附塔下端的废气入口；获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强；根据吸附压强，确定增压进气口通入的第一气体的进气压强；从各个增压进气口通入对应的进气压强的第一气体。根据二氧化碳从下至上被吸收的浓度越来越低，越靠近上方需要越大的压强使浓度越来越低的二氧化碳被吸收完全，本发明实施例从不同高度通入不同压强的第一气体以使吸附塔内的压强从下至上依次增大，从而使浓度越来越低的二氧化碳能够吸收完全，相对于现有技术可以达到更好的二氧化碳去除效果，减少温室气体的排放。本发明实施例适用的吸附塔包括二氧化碳吸附剂和螺旋向上的废气导槽，废气导槽与废气入口相连接，废气导槽在不同高度的导槽壁外设置增压进气口。本发明实施例通过将螺旋向上的废气导槽引导工业废气螺旋向上攀升，增加废气与二氧化碳吸附剂的接触时间，使二氧化碳能够被吸收的更加完全，现有技术的吸附塔要到达相同的接触时间则需要更大的体积与占地空间。本发明实施例根据工业废气在各个增压进气口位置的二氧化碳浓度、二氧化碳初始浓度以及二氧化碳初始浓度相对应的标准压强，获得工业废气在各个增压进气口位置所需的吸附压强。本发明实施例据此获得准确的吸附压强，以保证通入第一气体的压强不会过大造成资源浪费，过小导致二氧化碳吸收不完全。
本发明实施例对废气出口排出的工业废气进行净化处理。废气出口排出的工业废气中还含有有害气体，需要净化后排出，可以有效减少环境污染。本发明实施例提供的第一气体可以为氮气，氮气易于获得且化学性质稳定，对人体也是无毒无害。综上，本发明实施例通过在吸附塔不同高度通入不同压强使得吸附塔内压强由下至上逐渐增加以及吸附塔内的螺旋结构的废气导槽使得工业废气与二氧化碳吸附剂接触时间增长，使二氧化碳的脱除更加完全，达到更好的二氧化碳去除效果，减少温室气体的排放。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种碳中和工业废气处理方法，其特征在于，所述方法包括：
将工业废气通入吸附塔下端的废气入口；其中，所述吸附塔包括二氧化碳吸附剂和螺旋向上的废气导槽，所述废气导槽与所述废气入口相连接，所述废气导槽在不同高度的导槽壁外设置增压进气口；
获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置所需的吸附压强；
根据所述吸附压强，确定所述增压进气口通入的第一气体的进气压强；
从各个所述增压进气口通入对应的所述进气压强的所述第一气体；
响应于所述工业废气完全从所述吸附塔上端的废气出口排出，关闭所述废气出口并降低所述吸附塔内压强，以使二氧化碳从所述二氧化碳吸附剂中解吸从所述吸附塔下方的二氧化碳收集口排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置所需的吸附压强，包括：
根据所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度、二氧化碳初始浓度以及所述二氧化碳初始浓度相对应的标准压强，获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置所需的吸附压强；其中，
Figure FDA0003322962720000011
Pi为所述吸附压强，ρi为所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度，ρs为所述二氧化碳初始浓度，Ps为所述的标准压强，i为所述增压进气口的编号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获得所述工业废气的体积与所述工业废气在吸附塔中的上升速度；
根据所述体积、所述上升速度、所述二氧化碳初始浓度、各个所述增压进气口与所述废气入口之间的高度差和所述二氧化碳吸附剂的吸收速度，获得所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度；其中，
Figure FDA0003322962720000021
ρi为所述工业废气在各个所述增压进气口位置的二氧化碳浓度，ρs为所述二氧化碳初始浓度，V为所述体积，v1为所述吸收速度，v2为所述上升速度，h为各个所述增压进气口与所述废气入口之间的高度差，i为所述增压进气口的编号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述吸附压强，确定所述增压进气口通入的第一气体的进气压强之前，包括：
根据所述吸附压强与所述增压进气口的实时压强，确定所述增压进气口通入的第一气体的进气压强之前。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述废气出口排出的所述工业废气进行净化处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳吸附剂为分子筛、活性炭、硅胶、以及其它能选择性吸附二氧化碳的吸附剂中一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一气体为氮气。
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