一种基于换热与微藻固碳的CO2固定装置以及固定方法

一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置以及固定方法
技术领域
1.本发明涉及生态环保技术领域，尤其涉及一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置以及固定方法。


背景技术：

2.当今社会经济发展所需的能源主要依靠传统化石能源，这些化石能源不但不可再生，其燃烧会释放大量二氧化碳和大气污染物。随着二氧化碳减排和新能源开发技术的不断发展，研究人员开始利用微藻来吸收二氧化碳，实现了减少二氧化碳排放的同时，还得到富含高价值活性成分的生物质，微藻固碳效率高，转化太阳能的量子效率高达2-10％(而陆生植物《1％)，微藻生长速率极快(每天生物质增长量达1-3倍)，吨藻可固定1.83吨co2，微藻固碳生物质具有较高经济价值。
3.微藻固碳对环境温度、ph等有较高的要求，直接影响微藻光合作用的效率与固碳能力，现有的微藻固碳装置难以运用于环境温度较高或是温度波动较大的场景，光合作用受影响大，不能达到固碳的效果，为此，提出一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置以及固定方法。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术中存在的缺点，提出了一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置以及固定方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置，包括闭环连接的换热组件、固碳组件和冷却塔，所述换热组件对固碳组件供给用于加热的循环水，所述冷却塔对固碳组件排出的冷却水进行冷却并重新供给换热组件，所述换热组件上还设有对固碳组件供给用于冷却的循环水。
6.优选的，所述换热组件包括通过管道闭环连接的吸收器、换热器、发生器、冷凝器和蒸发器，所述吸收器和发生器通过换热器双向连接在一起，连接发生器和冷凝器的管道以及连接蒸发器和冷凝器的管道上并联有截止阀。
7.优选的，连接有蒸发器和冷凝器的管道上设有节流阀一，连接有发生器和冷凝器的管道上设有节流阀二，连接吸收器输入端与换热器输出端的管道上设有溶液泵，所述冷却塔的排水口与吸收器连接。
8.优选的，所述固碳组件包括罐体，所述罐体的内部固定安装有两个隔板，两个隔板之间设有绝缘腔，两个隔板相互远离的一侧分别设有冷却腔和加热腔，所述冷却腔、加热腔和绝缘腔上贯穿式的密封固定安装有同一个热管。
9.优选的，所述加热腔的内壁上贯穿式的固定安装有进水管二和出水管二，所述冷却腔内壁上贯穿式的固定安装有进水管一以及出水管一，所述进水管一通过管道与吸收器相连接，所述出水管一通过管道与清洁机构相连接，所述进水管二与发生器上的进水口相连接，所述出水管二与发生器上的出水口相连接。
10.优选的，所述加热腔内设有对热管外部进行清洁的清洁机构，所述进水管二和出水管二内均设有驱动清洁机构工作的驱动机构，所述进水管二和出水管二内的驱动机构成镜像分布。
11.优选的，所述清洁机构包括滑动套设在热管外侧的环形刮板，所述环形刮板呈镂空状，所述加热腔的两侧内壁上固定安装有导杆和往复丝杆，所述导杆贯穿环形刮板并与环形刮板滑动连接，所述往复丝杆贯穿环形刮板并与环形刮板螺纹连接，两个驱动机构分别包括与进水管二和出水管二内壁固定连接的两个支架，所述支架呈镂空状，所述支架上贯穿式的转动安装有圆杆，所述圆杆的顶端和低端分别固定安装有叶轮和锥齿轮二，两个锥齿轮二上均啮合有锥齿轮一，两个锥齿轮一均固定套设在往复丝杆上。
12.优选的，所述冷却腔内设有呈线性分布的多个散热翅片，多个散热翅片均固定套设在热管的外侧，所述热管的内壁上固定安装有多个灯珠，所述热管的内壁上还铺设有微藻层，所述冷却腔的内部填充有绝热层，所述绝热层的材质包括石棉板或岩棉板或矿渣棉板。
13.一种基于换热与微藻固碳的co2固定方法，适用于上述的所述的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置，所述包括以下步骤；s1，流经热管内部的蒸汽首先经过加热腔内的循环热水进行加热，使热管处在加热腔部分中的微藻层将吸附蒸汽当中的co2；s2，蒸汽流经冷却腔的过程当中将得到降温并最终排出。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明与传统固碳法相比，固碳模块采用微藻与化学吸收剂联合固碳，其主要原材料来源广泛、价格低廉，此外，微藻具有较高的co2固定效率和光合效率，且受土地利用率的限制小，化学吸收剂为碱性溶液，其添加可以提高培养液ph及缓冲能力，可以通过化学吸收剂的合理添加，辅以恰当的co2供给策略，使培养液ph维持在适宜微藻生长的范围内，从而强化微藻固碳效果；2、通过清洁机构能够对热管的外侧进行清洁，保证循环热水能够充分的对流经热管内部的蒸汽进行充分的加热，减少了循环热水热量的衰减。
附图说明
15.图1为本发明提出的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置以及固定方法的整体结构示意图；图2为本发明提出的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置以及固定方法的部分结构示意图；图3为本发明提出的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置中固碳组件的结构示意图；图4为本发明提出的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置中固碳组件的侧剖图；图5为本发明提出的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置中罐体、清洁机构和驱动机构的侧剖图；图6为图5中a部分的放大结构示意图；
图7为本发明提出的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置中热管的侧剖图。
16.图中：1、换热组件；11、吸收器；12、换热器；13、发生器；14、蒸发器；15、节流阀一；16、冷凝器；17、截止阀；18、节流阀二；19、溶液泵；2、固碳组件；21、罐体；22、热管；221、灯珠；222、散热翅片；23、隔板；24、冷却腔；241、进水管一；242、出水管一；25、加热腔；251、进水管二；252、出水管二；26、绝缘腔；3、清洁机构；31、环形刮板；32、导杆；33、往复丝杆；4、驱动机构；41、锥齿轮一；42、支架；43、圆杆；44、锥齿轮二；45、叶轮；5、冷却塔。
具体实施方式
17.下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
18.请参照图1-图7，本发明提供一种技术方案：一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置，包括闭环连接的换热组件1、固碳组件2和冷却塔5，换热组件1对固碳组件2供给用于加热的循环水，冷却塔5对固碳组件2排出的冷却水进行冷却并重新供给换热组件1，换热组件1上还设有对固碳组件2供给用于冷却的循环水。
19.换热组件1包括通过管道闭环连接的吸收器11、换热器12、发生器13、冷凝器16和蒸发器14，吸收器11和发生器13通过换热器12双向连接在一起，连接发生器13和冷凝器16的管道以及连接蒸发器14和冷凝器16的管道上并联有截止阀17。
20.连接有蒸发器14和冷凝器16的管道上设有节流阀一15，连接有发生器13和冷凝器16的管道上设有节流阀二18，连接吸收器11输入端与换热器12输出端的管道上设有溶液泵19，冷却塔5的排水口与吸收器11连接。
21.进一步的，在换热组件1运行的过程中，当溴化锂水溶液在发生器13内受到热源的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器13内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器11；水蒸气进入冷凝器16，被冷凝器16内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器16内的水通过节流阀一15进入蒸发器14时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器14内循环水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器11，被吸收器11内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由溶液泵19送回发生器13，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器11内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的换热效率，在系统中增加了一个换热器12，让发生器13流出的高温浓溶液与吸收器11流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器13的温度；吸收器11的冷却水来自冷却塔5冷却后的冷水，通入吸收器11降温后并流经固碳组件2之后返回冷却塔5喷淋。
22.固碳组件2包括罐体21，罐体21的内部固定安装有两个隔板23，两个隔板23之间设有绝缘腔26，两个隔板23相互远离的一侧分别设有冷却腔24和加热腔25，冷却腔24、加热腔25和绝缘腔26上贯穿式的密封固定安装有同一个热管22。
23.加热腔25的内壁上贯穿式的固定安装有进水管二251和出水管二252，冷却腔24内壁上贯穿式的固定安装有进水管一241以及出水管一242，进水管一241通过管道与吸收器
11相连接，出水管一242通过管道与清洁机构3相连接，进水管二251与发生器13上的进水口相连接，出水管二252与发生器13上的出水口相连接。
24.加热腔25内设有对热管22外部进行清洁的清洁机构3，进水管二251和出水管二252内均设有驱动清洁机构3工作的驱动机构4，进水管二251和出水管二252内的驱动机构4成镜像分布。
25.进一步的，由于进水管二251和出水管二252内的驱动机构4呈镜像分布，因此即便进水管二251和出水管二252内循环水流向不同，两个驱动机构4也能够同方向的对导杆32进行驱动。
26.清洁机构3包括滑动套设在热管22外侧的环形刮板31，环形刮板31呈镂空状，加热腔25的两侧内壁上固定安装有导杆32和往复丝杆33，导杆32贯穿环形刮板31并与环形刮板31滑动连接，往复丝杆33贯穿环形刮板31并与环形刮板31螺纹连接，两个驱动机构4分别包括与进水管二251和出水管二252内壁固定连接的两个支架42，支架42呈镂空状，支架42上贯穿式的转动安装有圆杆43，圆杆43的顶端和低端分别固定安装有叶轮45和锥齿轮二44，两个锥齿轮二44上均啮合有锥齿轮一41，两个锥齿轮一41均固定套设在往复丝杆33上。
27.进一步的，当循环水从进水管二251流进加热腔25并从出水管二252排出的过程当中将带动两个叶轮45转动，叶轮45再通过圆杆43带动锥齿轮二44转动，锥齿轮二44再通过锥齿轮一41带动往复丝杆33转动，往复丝杆33转动在转动的过程当中将带动环形刮板31左右的往复移动，环形刮板31往复移动的过程当中将刮扫过热管22的外侧，从而可以对热管22处在加热腔25内部分的外侧进行清洁，从而可以保证循环水流经加热腔25的过程当中不会在热管22的外侧形成水垢，从而可以保证流经加热腔25的循环水能够将热量传递给流经热管22内蒸汽上不会出现严重的衰减，提高了热量的利用率。
28.冷却腔24内设有呈线性分布的多个散热翅片222，多个散热翅片222均固定套设在热管22的外侧，热管22的内壁上固定安装有多个灯珠221，热管22的内壁上还铺设有微藻层，冷却腔24的内部填充有绝热层，绝热层的材质包括石棉板或岩棉板或矿渣棉板。
29.进一步的，同时采用了微藻贴壁培养技术，原理为：在附着基质上加入阳离子丙烯酸酯，在表面形成一层较薄的“藻类膜”培养环境，膜内以体积极少的培养液浸润基质以提供营养、水分，微藻可直接利用热管22内部的灯珠221产生的光能进行光合作用。此外，研究表明co32-不能被大部分微藻所利用，直接将co2作为碳源应用于藻类培养时，会面临气体溶解传质能力不足的问题，部分废气未被同化；培养液ph值偏低等因素也会抑制固碳效率。因此，可运用化学吸收剂来增强固碳能力，加入150mg/l乙醇胺(mea)，不仅可以提高培养液初始及平衡稳定ph，还可显著地加快培养液无机碳溶解，并改变溶解性碳源形态比例。研究发现，随着浓度增加，溶液中相应的co32-及co2比例下降，加强了培养液co2的溶解传质能力。此外，再添加三乙胺(tea)，生成利于微藻吸收的hco3-，而不产生有毒的氨基甲酸盐中间体，大幅度提升同化作用效果。除此之外，少量添加碳酸钠(na2co3)及其他无机化学物质的复配溶液也有较好的固碳强化效果：当na2co3质量浓度为0.08g/l时，藻类生物质浓度最高可达2.29g/l。该模块在培养液中添加化学吸收剂，改变培养液中碳源形态比例分布，从而强化微藻固碳效果。
30.一种基于换热与微藻固碳的co2固定方法，适用于上述的的一种基于换热与微藻固碳的co2固定装置，包括以下步骤；
s1，流经热管22内部的蒸汽首先经过加热腔25内的循环热水进行加热，使热管22处在加热腔25部分中的微藻层将吸附蒸汽当中的co2；s2，蒸汽流经冷却腔24的过程当中将得到降温并最终排出。
31.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。