CN117819550A - 二氧化碳捕集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二氧化碳捕集方法。二氧化碳捕集方法包括：通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，以吸收二氧化碳气体；通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在缓存结构内的溶液通过喷淋结构流出；实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据氢氧根浓度和碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水；若检测到氢氧根浓度小于等于m且碳酸根浓度为n时，控制循环泵停止运行，以使缓存在缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。本发明有效地解决了现有技术中二氧化碳捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题。

Description

二氧化碳捕集方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳收集技术领域，具体而言，涉及一种二氧化碳捕集方法。

背景技术

目前，国内外主流的CO2捕集方法主要有液态胺吸附法、固态膜吸附法等。然而，上述捕集方法仅能够捕集高浓度的CO2，无法捕集到宽浓度范围的CO2，如无法捕集空气中的低浓度CO2。

在现有技术中，为了解决上述问题，采用以氢氧化钾等无机碱等为液态吸收剂的方法同时对空气及烟气等宽浓度范围碳源进行捕捉，捕集后的无机碱液转换为碳酸盐水溶液且可通过电解的方法进行碱液再生。

然而，在电解过程中，碳酸盐浓度过高或过低均会导致电解槽电压升高，增加了系统能耗。对于剩余无机碱，若剩余碱液浓度过高则需要先将无机碱中的氢氧根全部消耗完毕才能电解碳酸盐，造成大量电耗消耗；若剩余碱液浓度过低则无法有效保证捕集过程中二氧化碳气体的捕集效率。因此，现有技术中的二氧化碳气体捕集系统较难把控二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳捕集方法，以解决现有技术中二氧化碳气体捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种二氧化碳捕集方法，包括：通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，以吸收二氧化碳气体；通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在缓存结构内的溶液通过喷淋结构流出；其中，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据氢氧根浓度和碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水；在实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度的过程中，若检测到氢氧根浓度小于等于m且碳酸根浓度为n时，控制循环泵停止运行，以使缓存在缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

进一步地，缓存在缓存结构内的溶液通过喷淋结构流出的方法包括：启动循环泵，以通过循环泵将缓存在缓存结构内的溶液经由管路泵送至喷淋结构内。

进一步地，根据氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水的方法包括：若检测到氢氧根浓度小于m且碳酸根浓度小于n，向缓存结构内补充碱性溶液；若检测到氢氧根浓度小于等于m且碳酸根浓度大于n，向缓存结构内补充水。

进一步地，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度的方法包括：将溶液送入电位滴定仪，将已标定H+浓度的标准酸滴入溶液中，在滴定过程不断搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第一个峰值，采用此时消耗的标准酸体积计算得到溶液的氢氧根浓度。

进一步地，实时检测缓存结构内溶液中碳酸根浓度的方法包括：将已标定H+浓度的标准酸滴入溶液中，在滴定过程不断搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第一个峰值，记录此时消耗的标准酸体积为V1，将已标定H+浓度的标准酸继续滴入溶液中，在滴定过程继续搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第二个峰值，记录此时消耗的标准酸体积为V2，采用V2与V1的差值计算溶液的碳酸根浓度。

进一步地，m大于等于0.1mol/L且小于等于5mol/L；和/或，n大于等于1mol/L且小于等于6mol/L。

进一步地，m大于等于0.3mol/L且小于等于2mol/L；和/或，n大于等于2mol/L且小于等于5.5mol/L。

进一步地，缓存在缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解的过程中，二氧化碳捕集方法还包括：调整向电解设备内施加的电量，以控制电解设备中单位时间内二氧化碳气体和氢气的产出比例和/或产量。

进一步地，调整向电解设备内施加的电量的方法包括：获取二氧化碳气体和氢气的产出比例为1时向电解设备内施加的预设电量值Q，在预设电量值Q的基础上增加nQ，以调整二氧化碳气体和氢气的产出比例；其中，n＝1,2,3,…,N(N≤n)。

进一步地，在调整二氧化碳气体和氢气的产出比例的过程中，二氧化碳捕集方法还包括：实时检测电解设备内的电解质的含量，若电解质的含量小于预设值，向电解设备内添加电解质；其中，电解质为碱金属硫酸盐、或碱金属硝酸盐或碱金属磷酸盐。

进一步地，通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存的方法包括：设置至少两个缓存结构进行切换运行，各所述缓存结构可选择性地对与所述二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存；其中，若一个所述缓存结构内的碳酸根浓度达到预设浓度值，则停用此缓冲结构，启用其余缓存结构。

应用本发明的技术方案，通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，进而对二氧化碳气体进行吸收。在上述过程中，通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在缓存结构内的溶液再次通过喷淋结构流出，以实现溶液的循环使用。在对二氧化碳气体进行捕集的过程中，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据氢氧根浓度和碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水，通过碱液补充或者加水的方式精准控制终态时溶液中氢氧根和碳酸根的浓度，进而满足后续电解工序需求，降低了整个系统能耗，进而解决了现有技术中二氧化碳捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题，提升了二氧化碳捕集系统的捕集效率。其中，在实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度的过程中，若检测到所述氢氧根浓度小于等于m且所述碳酸根浓度为n时，则控制循环泵停止运行，以使缓存在所述缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的二氧化碳捕集方法的实施例的流程图；

图2示出了图1中的二氧化碳捕集方法中针对缓存结构内溶液中不同浓度的氢氧根和碳酸根的处理方法。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中二氧化碳捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题，本申请提供了一种二氧化碳捕集方法。

实施例一

如图1和图2所示，二氧化碳捕集方法包括：

通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，以吸收二氧化碳气体；

通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在缓存结构内的溶液通过喷淋结构流出；

其中，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据氢氧根浓度和碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水；

在实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度的过程中，若检测到氢氧根浓度小于等于m且碳酸根浓度为n时，控制循环泵停止运行，以使缓存在缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

应用本实施例的技术方案，通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，进而对二氧化碳气体进行吸收。在上述过程中，通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在缓存结构内的溶液再次通过喷淋结构流出，以实现溶液的循环使用。在对二氧化碳气体进行捕集的过程中，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据氢氧根浓度和碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水，通过碱液补充或者加水的方式精准控制终态时溶液中氢氧根和碳酸根的浓度，进而满足后续电解工序需求，降低了整个系统能耗，进而解决了现有技术中二氧化碳捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题，提升了二氧化碳捕集系统的捕集效率。其中，在实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度的过程中，若检测到所述氢氧根浓度小于等于m且所述碳酸根浓度为n时，则控制循环泵停止运行，以使缓存在所述缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

在本实施例中，缓存在缓存结构内的溶液通过喷淋结构流出的方法包括：

启动循环泵，以通过循环泵将缓存在缓存结构内的溶液经由管路泵送至喷淋结构内。

具体地，在二氧化碳捕集系统对二氧化碳气体进行捕集的过程中，通过循环泵将缓存在缓存结构内的溶液经由管路泵送至喷淋结构内，以对上述溶液再次使用，实现了溶液的循环使用，避免资源浪费。同时，通过循环泵将溶液泵送至喷淋结构内，以确保喷淋结构能够喷淋出碱性溶液与CO2进行反应，进而提升了喷淋结构的喷淋可靠性，提升了二氧化碳捕集系统的运行可靠性。

在本实施例中，根据氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水的方法包括：

若检测到氢氧根浓度小于m且碳酸根浓度小于n，向缓存结构内补充碱性溶液；

若检测到氢氧根浓度小于等于m且碳酸根浓度大于n，向缓存结构内补充水。

具体地，在位于二氧化碳捕集系统底部的缓存结构中放置初始碱液，并启动循环泵，进行二氧化碳气体捕捉，实时检测缓存结构内氢氧根浓度和碳酸根浓度。当缓存结构中溶液的氢氧根浓度≥m且碳酸根浓度＜n或氢氧根浓度＞m且碳酸根浓度≥n时，循环泵持续运行，不采取相关措施；当缓存结构中溶液的氢氧根浓度＜m且碳酸根浓度＜n时，启动碱液补充装置并向缓存结构内补充碱性溶液，继续检测缓存结构内氢氧根和碳酸根浓度；当缓存结构中溶液的氢氧根浓度≤m且碳酸根浓度＞n时，启动补水系统并向缓存结构内补充水，继续检测缓存结构内氢氧根和碳酸根浓度。

可选地，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度的方法包括：

将溶液送入电位滴定仪，将已标定H+浓度的标准酸滴入溶液中，在滴定过程不断搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第一个峰值，采用此时消耗的标准酸体积计算得到溶液的氢氧根浓度。

在本实施例中，使用经标定的HCl溶液，实际浓度为0.2404mol/L作为滴定剂缓慢滴入溶液中，滴定至pH达到2以下，记录标准酸加入体积和溶液pH的变化并将记录的标准酸加入体积和pH绘制成pH-V曲线，根据所记录曲线计算并绘制ΔpH/ΔV-V一阶数值微分曲线，以上述一阶数值微分的最大值作为等当点，通过一阶数值微分的得到滴定等当点体积，相应的等当点为标准酸体积pH-V变化图中所示的EP1，等当点体积与浓度进行计算得到溶液的OH-浓度。滴定从开始到结束约为10分钟。

在附图中未示出的其他实施方式中，采用中性浸出过程溶液的碱化度测定，使用经标定出浓度的HCl溶液，标定的H+浓度为0.1107mol/L作为滴定剂缓慢滴入溶液中，滴定至pH约为3，记录标准酸消耗体积和溶液pH的变化并将记录的滴定体积和pH绘制成pH-V图，根据所记录曲线计算并绘制ΔpH/ΔV-V一阶数值微分曲线，以上述一阶数值微分的最大值对应的标准酸体积作为等当点，通过一阶数值微分的得到滴定等当点体积，相应的等当点的pH为5.02，等当点体积与浓度进行计算得到溶液的OH-浓度。滴定从开始到结束约为10分钟。

在附图中未示出的其他实施方式中，采用一段后液调酸后的碱化度测定，使用经标定的HCl溶液，实际浓度为0.1107mol/L作为滴定剂缓慢滴入溶液中，滴定至约pH为3.8，记录标准酸消耗体积和溶液pH的变化并将记录的滴定体积和pH绘制成pH-V图，根据所记录曲线计算并绘制ΔpH/ΔV-V一阶数值微分曲线，以上述一阶数值微分的最大值对应的标准酸体积即为等当点，通过一阶数值微分得到滴定等当点体积，相应的等当点的pH为4.42，等当点体积与浓度进行计算得到溶液的OH-浓度。滴定从开始到结束约为10分钟。

在附图中未示出的其他实施方式中，采用标定实验中使用的标准酸(即公知的方法对所配制的盐酸水溶液的H+浓度进行标定)，参考国标GB/T601-2003实施。本方法采用两次标定，第一次先标定标准碱的浓度，再使用标定的已知浓度的碱标准液用于标定的标准酸。碱液的标定的一个实施例为：将基准级邻苯二甲酸氢钾标准物质在105～110℃下烘干至恒重，将110g氢氧化钠溶于100ml无二氧化碳的水，置于密闭聚乙烯容器中放置至溶液清亮，取上层清亮溶液10.8ml，加水稀释至1000ml配制氢氧化钠滴定液。称取0.1377g经上述烘干至恒重的邻苯二甲酸氢钾标准物质，加水至50～60ml，搅拌至完全溶解，使用同上述实施例的终点判定原理由自动电位滴定仪滴定并绘图，以通过上述图的一阶数值微分的得到滴定等当点体积，等当点pH为8.81，据此计算得氢氧化钠滴定液浓度。滴定从开始至结束约5分钟。使用该经标准标定浓度的滴定液，对盐酸滴定液进行标定。将27ml盐酸加水稀释至1000ml，配制成盐酸滴定液。将3.0000ml该盐酸滴定液加入烧杯，加水至50～60ml，搅拌90秒后使用同实施例1～3的终点判定原理由自动电位滴定仪滴定并绘图，通过上述绘制图的一阶数值微分得到滴定等当点体积，等当点pH为7.45。以氢氧化钠滴定液浓度与盐酸加入体积计算，得出盐酸标准酸H+浓度。滴定从开始至结束约5分钟。

在本实施例中，实时检测缓存结构内溶液中碳酸根浓度的方法包括：

将已标定H+浓度的标准酸滴入溶液中，在滴定过程不断搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第一个峰值，记录此时消耗的标准酸体积为V1，将已标定H+浓度的标准酸继续滴入溶液中，在滴定过程继续搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第二个峰值，记录此时消耗的标准酸体积为V2，采用V2与V1的差值计算溶液的碳酸根浓度。

可选地，m大于等于0.1mol/L且小于等于5mol/L；和/或，n大于等于1mol/L且小于等于6mol/L。这样，上述设置使得m和n的取值更加灵活，以满足不同的使用需求和工况。

可选地，m大于等于0.3mol/L且小于等于2mol/L；和/或，n大于等于2mol/L且小于等于5.5mol/L。这样，上述设置使得m和n的取值更加灵活，以满足不同的使用需求和工况。

在本实施例中，m为0.1mol/L，且n为6mol/L。通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从所述喷淋结构流出的所述碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，在补集二氧化碳气体的过程中，实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度和碳酸根浓度，当缓存结构中溶液的氢氧根浓度≥0.1mol/且碳酸根浓度＜6mol/L或氢氧根浓度＞0.1mol/且碳酸根浓度≥6mol/L时，循环泵持续运行，不采取相关措施；当缓存结构中溶液的氢氧根浓度＜0.1mol/且碳酸根浓度＜6mol/L时，启动碱液补充装置并向缓存结构内补充碱性溶液，继续检测缓存结构内氢氧根和碳酸根浓度；当缓存结构中溶液的氢氧根浓度≤0.1mol/且碳酸根浓度＞6mol/L时，启动补水系统并向缓存结构内补充水，继续检测缓存结构内氢氧根和碳酸根浓度。若检测到氢氧根浓度小于等于0.1mol/L且碳酸根浓度为6mol/L时，控制循环泵停止运行，以使缓存在缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

需要说明的是，m和n的取值不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。

需要说明的是，单位kWh/kgCO2表示：电解过程中，电解设备每电解产生1kgCO2所消耗的电能(kWh)。

在本实施例中，缓存在缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解的过程中，二氧化碳捕集方法还包括：

调整向电解设备内施加的电量，以控制电解设备中单位时间内二氧化碳气体和氢气的产出比例和/或产量。

具体地，在电解再生碱过程中，会将吸收的二氧化碳气体释放出来，同时产生高附加值氢气，二氧化碳气体加氢可以合成多种化学品，为二氧化碳气体的综合利用提供了良好的解决基础，但不同的化学品，所需的二氧化碳气体和氢气的比例是不同的，如何通过电解在再生无机碱的过程中，同时控制二氧化碳气体和氢气的输出比例是也十分必要的。而在电解设备添加电解质组分以增强导电性，进而降低电解能耗，当碳酸盐电解完后还可以电解水进一步产生氢气，因此可以通过改变施加的电量，控制电解设备单位时间内二氧化碳气体和氢气的产出比例，较大程度地提高了系统的适用范围。

在本实施例中，调整向电解设备内施加的电量的方法包括：

获取二氧化碳气体和氢气的产出比例为1时向电解设备内施加的预设电量值Q，在预设电量值Q的基础上增加nQ，以调整二氧化碳气体和氢气的产出比例；其中，n＝1,2,3,…,N(N≤n)。

具体地，以单位时间内处理含1mol碳酸根的溶液为例，向电解设备内添加的电解质为硫酸钾，设置硫酸钾在阳极的浓度为0.5mol/L，控制电解设备施加的电量，使1mol的碳酸根溶液获得的电量为53.6A·h，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:1。在此基础上所施加的电量每增加53.6A·h，则二氧化碳气体的产出量为0，氢气则多产出1mol，即单位时间内CO2及H2的产出比例变为1:2，以此实现二氧化碳气体及氢气输出比例可调。本实施例控制电解设备施加的电量，使含1mol碳酸根溶液获得的电量为54.0A·h，测得电解设备的电耗为3.30kWh/kgCO₂，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:1.01。

在本实施例中，在调整二氧化碳气体和氢气的产出比例的过程中，二氧化碳捕集方法还包括：

实时检测电解设备内的电解质的含量，若电解质的含量小于预设值，向电解设备内添加电解质；其中，电解质为碱金属硫酸盐、或碱金属硝酸盐或碱金属磷酸盐。

可选地，预设值为0。具体地，在调整二氧化碳气体和氢气的产出比例的过程中，若电解质的含量小于预设值，在电解设备阳极中添加电解质，通过改变施加的电量，控制电解设备单位时间内二氧化碳气体和氢气的产出比例，在保证二氧化碳捕集效率的同时较大程度地降低了系统整体能耗，以便于二氧化碳捕集系统对二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗进行把控。

可选地，碱金属硫酸盐为硫酸钾或硫酸钠。

可选地，碱金属硝酸盐为硝酸钾或硝酸钠。

可选地，碱金属磷酸盐为磷酸钾或磷酸钠。

可选地，碱性溶液为碱金属氢氧化物。

可选地，通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存的方法包括：

设置至少两个缓存结构进行切换运行，各所述缓存结构可选择性地对与所述二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存；其中，若一个所述缓存结构内的碳酸根浓度达到预设浓度值，则停用此缓冲结构，启用其余缓存结构。

在本实施例中，缓存结构为两个，在第一个缓存结构内的碳酸根浓度达到预设浓度值时，启用第二个缓存结构，以通过该缓存结构内的碱液进行CO2捕获，并将第一个缓存结构中的碳酸盐溶液排空，随后重新补充新鲜碱液，等待第二个缓存结构中的碳酸根浓度达到预设浓度值后，重新启用第一个缓存结构，如此交替往复进行。

可选地，碱金属氢氧化物为氧氧化钾或者氢氧化钠。

在本实施例中，二氧化碳捕集方法适用于气体吸收系统，气体吸收系统用于吸收二氧化碳气体。其中，气体吸收系统包括机壳和气体吸收组件，具有进气口和排气口，进气口与排气口相对设置。气体吸收组件设置在机壳内且位于气体预处理装置的下游处，气体吸收组件包括相互连通的供液装置和喷淋结构，以用于提供碱性溶液；从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，以吸收二氧化碳气体。

可选地，气体吸收系统为横流式吸收系统或者逆流式吸收系统。其中，横流式吸收系统为空气或烟气的进气方向与排气方向一致。逆流式吸收系统为空气或烟气的进气方向与排气方向之间呈夹角设置。

可选地，喷淋结构为喷头。

可选地，气体吸收组件包括填料和收水器。填料位于喷淋结构的下方。收水器与填料相对设置。这样，通过填料为CO2和碱性溶液提供充分的接触面，以使空气或烟气中的CO2与碱性溶液进行充分的反应，进一步提升了气体吸收组件对CO2的捕集、吸收效率。收水器用于对气体吸收组件内的吸收液进行回收，以减少从气体吸收组件排出的气体中夹藏的纤细水滴漂移物。同时，上述设置使得收水器的设置位置更加灵活，以满足不同的使用需求和工况，也提升了工作人员的加工灵活性。

具体地，碱性溶液以液滴形式从喷淋结构下落至填料内，并在填料内以液膜形式流动，经过填料后再以液滴的形式下落至缓存结构内。经过预处理的气体在气体吸收组件的淋水区及填料内与碱性溶液充分接触，使得空气或烟气中的CO2与碱性溶液发生化学反应，从而将CO2捕获，捕获的CO2以碳酸根和碳酸氢根离子形式存在于缓存结构内，通过循环泵将反应后的溶液输送到后续工艺系统中进行处理。同时，缓存结构配套有第一供液装置，以补充溶液中消耗的水和氢氧根。

可选地，填料为薄膜型淋水填料。

可选地，收水器为PVC收水器，且收水器的支撑方式为支架式。

在本实施例中，气体吸收组件还包括缓存结构。缓存结构位于填料的下方，以用于对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存。这样，通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行存储，一方面便于对上述溶液进行后处理；另一方面可实现溶液的循环使用，以避免资源浪费。

在本实施例中，缓存结构和供液装置为同一结构，在气体吸收系统运行初期，在缓存结构内放置碱性溶液，碱性溶液通过喷淋结构喷向填料，以对空气或烟气中的CO2进行反应，完成反应后的溶液缓存在缓存结构内，以便再次进入喷淋结构内继续喷淋，以实现碱性溶液的循环使用，直至碱性溶液内的碳酸根达到预设浓度值，此时停止对CO2的捕集、吸收，并将缓存结构内的溶液更换为碱性溶液。

需要说明的是，缓存结构和供液装置的关系不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，缓存结构和供液装置连通，以通过供液装置向喷淋结构内提供碱性溶液，与CO2反应后的溶液缓存在缓存结构内，以便再次进入喷淋结构内继续喷淋。

可选地，缓存结构为一个；或者，缓存结构为多个，多个缓存结构可选择性地投入使用。这样，在气体吸收系统运行过程中，可根据缓存结构内碳酸根浓度对该缓存结构的使用状态(投入使用或者未投入使用)进行调整，以对喷淋结构内补充新鲜碱性溶液，实现气体吸收系统对CO2快速、高效的捕集。

可选地，缓存结构为多个，气体吸收组件还包括总管路、多个支管路及多个控制阀。总管路的第一端与喷淋结构连通。多个支管路与多个缓存结构一一对应地设置，各支管路的两端分别与其相对应的缓存结构和总管路的第二端连通。多个控制阀与多个支管路一一对应地设置，各控制阀控制与其相对应的支管路的通断状态。其中，在任意时刻，至少一个控制阀处于打开状态。这样，通过控制阀控制与其相对应的支管路的通断状态，以控制与该支管路连通的缓存结构的使用状态，进而使得工作人员对缓存结构的使用状态的控制更加容易、简便，降低了控制难度。同时，上述设置使得多个缓存结构之间并联设置，在任意时刻，控制至少一个缓存结构投入使用，以为喷淋结构提供碱性溶液。

在本实施例中，气体吸收组件还包括循环泵。其中，循环泵设置在总管路或者支管路上，以用于将进入缓存结构内的溶液泵送至喷淋结构内。这样，通过循环泵将溶液泵送至喷淋结构内，以确保喷淋结构能够喷淋出碱性溶液与CO2进行反应，进而提升了喷淋结构的喷淋可靠性，提升了气体吸收系统的运行可靠性。

实施例二

实施例二中的二氧化碳捕集方法与实施例一的区别在于：m和n的取值以及控制电解设备施加的电量不同。

在本实施例中，m为0.3mol/L，n为5.5mol/L，控制电解设备施加的电量，使含1mol碳酸根溶液获得的电量为55.1A·h，测得电解设备的电耗为3.36kWh/kgCO₂，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:1.03。

实施例三

实施例三中的二氧化碳捕集方法与实施例一的区别在于：m和n的取值以及控制电解设备施加的电量不同。

在本实施例中，m为5mol/L，n为1mol/L，测得电解设备的电耗为11.46kWh/kgCO₂，控制电解设备施加的电量，使含1mol碳酸根溶液获得的电量为187.6A·h，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:3.5。

实施例四

实施例四中的二氧化碳捕集方法与实施例一的区别在于：m和n的取值以及控制电解设备施加的电量不同。

在本实施例中，m为0.1mol/L，n为5.3mol/L，控制电解设备施加的电量，使含1mol碳酸根溶液获得的电量为54.1A·h，测得电解设备的电耗为3.29kWh/kgCO₂，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:1。

实施例五

实施例五中的二氧化碳捕集方法与实施例一的区别在于：m和n的取值以及控制电解设备施加的电量不同。

在本实施例中，m为2.5mol/L，n为0.5mol/L，控制电解设备施加的电量，使含1mol碳酸根溶液获得的电量为187.6A·h，测得电解设备的电耗为11.83kWh/kgCO₂，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:3.5。

实施例六

实施例六中的二氧化碳捕集方法与实施例一的区别在于：控制电解设备施加的电量不同。

在本实施例中，控制电解设备施加的电量，使含1mol碳酸根溶液获得的电量为107.2A·h，测得电解设备电耗为6.63kWh/kgCO₂，二氧化碳气体和氢气的产出比例为1:2.01。

上述全部实施例中分别测得的电解设备的电耗以及二氧化碳气体和氢气的产出比例结果对比详见表1。

表1各实施例中电解设备的电耗以及二氧化碳气体和氢气的产出比例的结果比对表

	电解设备的电耗(kWh/kgCO2)	二氧化碳气体和氢气的产出比例(vol％)
			实施例1	3.30	1:1.01
实施例2	3.36	1:1.03
			实施例3	11.46	1:3.5
实施例4	3.29	1:1
			实施例5	11.83	1:3.5
实施例6	6.63	1:2.01

经上述对比，能够得出以下结论：

1.比较实施例3与5可知，通过本申请所述的二氧化碳捕集方法，可以精准控制缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，缓存结构内的溶液送入电解设备进行电解时，溶液中的氢氧根和碳酸根浓度范围，包括但不限于本申请优选范围，将其限定在本申请优选范围内有利于降低电解设备的能耗，进而降低二氧化碳捕集系统的工艺成本，有效地解决了现有技术中二氧化碳捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题。

2.比较实施例1至6可知，通过本申请所述的二氧化碳捕集方法，实现了电解过程二氧化碳气体和氢气的产出比例可调，可以根据下游二氧化碳气体利用装置的实际需求，灵活调整系统中二氧化碳气体和氢气的产出比例，大大提高了系统的适用范围。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从喷淋结构流出的碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，进而对二氧化碳气体进行吸收。在上述过程中，通过缓存结构对与二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在缓存结构内的溶液再次通过喷淋结构流出，以实现溶液的循环使用。在对二氧化碳气体进行捕集的过程中，实时检测缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据氢氧根浓度和碳酸根浓度，向缓存结构内补充碱性溶液或者水，通过碱液补充或者加水的方式精准控制终态时溶液中氢氧根和碳酸根的浓度，进而满足后续电解工序需求，降低了整个系统能耗，进而解决了现有技术中二氧化碳捕集系统的二氧化碳气体的捕集效率和整体能耗较难把控的问题，提升了二氧化碳捕集系统的捕集效率。其中，在实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度的过程中，若检测到所述氢氧根浓度小于等于m且所述碳酸根浓度为n时，则控制循环泵停止运行，以使缓存在所述缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种二氧化碳捕集方法，其特征在于，包括：

通过喷淋结构喷淋碱性溶液，以使从所述喷淋结构流出的所述碱性溶液与气体中的二氧化碳气体进行化学反应，以吸收所述二氧化碳气体；

通过缓存结构对与所述二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存，缓存在所述缓存结构内的溶液通过所述喷淋结构流出；

其中，实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度，以根据所述氢氧根浓度和所述碳酸根浓度，向所述缓存结构内补充碱性溶液或者水；

在实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度和/或碳酸根浓度的过程中，若检测到所述氢氧根浓度小于等于m且所述碳酸根浓度为n时，控制循环泵停止运行，以使缓存在所述缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，缓存在所述缓存结构内的溶液通过所述喷淋结构流出的方法包括：

启动所述循环泵，以通过所述循环泵将缓存在所述缓存结构内的溶液经由管路泵送至所述喷淋结构内。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，根据所述氢氧根浓度和/或所述碳酸根浓度，向所述缓存结构内补充碱性溶液或者水的方法包括：

若检测到所述氢氧根浓度小于m且所述碳酸根浓度小于n，向所述缓存结构内补充碱性溶液；

若检测到所述氢氧根浓度小于等于m且所述碳酸根浓度大于n，向所述缓存结构内补充水。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，实时检测所述缓存结构内溶液中氢氧根浓度的方法包括：

将所述溶液送入电位滴定仪，将已标定H+浓度的标准酸滴入所述溶液中，在滴定过程不断搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第一个峰值，采用此时消耗的所述标准酸体积计算得到所述溶液的氢氧根浓度。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，实时检测所述缓存结构内溶液中碳酸根浓度的方法包括：

将所述溶液送入电位滴定仪，将已标定H+浓度的标准酸滴入所述溶液中，在滴定过程不断搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第一个峰值，记录此时消耗的所述标准酸体积为V1，将已标定H+浓度的标准酸继续滴入所述溶液中，在滴定过程继续搅拌并记录加入标准酸体积和溶液电位的一阶微分曲线，直至溶液电位的一阶微分曲线达到第二个峰值，记录此时消耗的所述标准酸体积为V2，采用V2与V1的差值计算所述溶液的碳酸根浓度。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，m大于等于0.1mol/L且小于等于5mol/L；和/或，n大于等于1mol/L且小于等于6mol/L。

7.根据权利要求6所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，m大于等于0.3mol/L且小于等于2mol/L；和/或，n大于等于2mol/L且小于等于5.5mol/L。

8.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，缓存在所述缓存结构内的溶液进入电解设备内进行电解的过程中，所述二氧化碳捕集方法还包括：

调整向所述电解设备内施加的电量，以控制所述电解设备中单位时间内二氧化碳气体和氢气的产出比例和/或产量。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，调整向所述电解设备内施加的电量的方法包括：

获取所述二氧化碳气体和氢气的产出比例为1时向所述电解设备内施加的预设电量值Q，在所述预设电量值Q的基础上增加nQ，以调整所述二氧化碳气体和氢气的产出比例；其中，n=1,2,3,…,N(N≤n)。

10.根据权利要求8所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，在调整所述二氧化碳气体和氢气的产出比例的过程中，所述二氧化碳捕集方法还包括：

实时检测所述电解设备内的电解质的含量，若所述电解质的含量小于预设值，向所述所述电解设备内添加电解质；其中，所述电解质为碱金属硫酸盐、或碱金属硝酸盐碱或碱金属磷酸盐。

11.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集方法，其特征在于，通过所述缓存结构对与所述二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存的方法包括：

设置至少两个缓存结构进行切换运行，各所述缓存结构可选择性地对与所述二氧化碳气体完成化学反应后的溶液进行缓存；其中，若一个所述缓存结构内的碳酸根浓度达到预设浓度值，则停用此缓冲结构，启用其余缓存结构。