一种低温等离子分解CO2生产CO和超细碳粉的设备的制作方法

一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备
技术领域
1.本实用新型涉及低温等离子气体分解技术领域，具体为一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备。


背景技术：

2.近年来我国围绕典型难减行业，开展了若干变革性技术研发，以期突破现有的生产模式和流程，重塑传统产业的高碳发展模式，从源头解决或降低碳排放。在化工行业方面，我国前期针对行业以化石原料为主、重污染、高排放等问题，分别从低碳能源和低碳资源的角度入手，研究和探索了若干变革性化工路线和技术。烟气是化石燃料燃烧后从烟道或烟囱排出的有污染气态物质，一般为成分为二氧化碳，二氧化碳直接排入大气，会造成温室效应，全球气候变暖。现阶段，各国都在研究二氧化碳的分解，若将二氧化碳分解成可燃烧的一氧化碳或其他可燃气体，不仅可以解决大气碳排放，还可以实现二氧化碳的再利用。通常情况下二氧化碳的转化分解需要在较高的温度下进行，且需要添加其他化学物质作为催化剂来促进二氧化碳的转化，该过程不仅需要较高的温度还需要其他化学物质辅助。目前，随着各界对等离子体的广泛研究，其逐渐在化学工业中得到应用，等离子技术有高温等离子技术和低温等离子技术之分，目前，用于高温等离子技术常常用于化合物的合成或分解，需要很高的温度，能量消耗较大，而低温等离子技术在二氧化碳的分解中应用较少。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，通过低温等离子单元和水洗单元的共同作用实现二氧化碳的转化利用。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，包括用于将原料气进行水洗的原料气洗涤塔，与所述原料气洗涤塔相连的二氧化碳分解反应器，以及对二氧化碳分解反应器分解后的气体进行分离的精制单元；
6.所述二氧化碳分解反应器从下到上依次为设有气体入口的气液分离单元、用于将二氧化碳进行等离子分解的等离子单元以及将分解产物进行水洗除去其中超细碳粉的水洗单元，二氧化碳分解反应器的顶端开设有气体出口；所述精制单元与二氧化碳分解反应器之间设置有能将未分解的co2输送回二氧化碳分解反应器的循环管道，所述循环管道上设置有循环气压缩机。
7.进一步地，所述原料气洗涤塔的内部上端设置有水洗喷淋装置，原料气洗涤塔的底部与第一集液槽相连接，第一集液槽和水洗喷淋装置之间通过设置有第一水洗泵的管道相连；所述原料气洗涤塔的截面为方形或圆形。
8.进一步地，所述水洗单元包括开设于水洗单元上端的洗涤水入口，设置于水洗单元下端能将洗涤水排出的溢流口，以及能对气体进行洗涤的水洗组件。
9.进一步地，所述水洗组件为泡罩塔盘结构，包括能将气体从等离子单元输送至水洗单元的第一气体通道以及设置于第一气体通道上能使气体溢出的圆形泡罩。
10.进一步地，所述水洗组件为升气帽-喷淋结构，包括与洗涤水入口相连的喷淋头，能将气体从等离子单元输送至水洗单元的第二气体通道，以及设置于第二气体通道上能使气体分散开的伞状升气帽。
11.进一步地，所述水洗单元的洗涤水通过溢流口流入第二集液槽中，第二集液槽中设置有用于除去洗涤水中超细碳粉的电极吸附装置，通过设置第二水洗泵将第二集液槽中的洗涤水输送至水洗单元上端的洗涤水入口。
12.进一步地，所述等离子单元和水洗单元均设置多个并串联间隔分布；所述水洗单元与等离子单元之间、气液分离单元与等离子单元之间均通过法兰进行连接。
13.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
14.(1)本实用新型将水洗后的原料气通入二氧化碳分解反应器中实现二氧化碳的分解转化，该原料气来源广泛，可以来自湿法脱碳装置，也可以来自锅炉烟气，若原料气来自湿法脱碳装置，其温度通常为20～45℃；若原料气来自锅炉烟气，其温度通常为140～200℃，且含有部分颗粒物质。通过水洗可在降温的同时将颗粒物质除去，冷却后的原料气通入二氧化碳分解反应器，在常温下使二氧化碳在通电的等离子通道中实现分解和转化，该过程不需要在高温环境下进行，在保障操作人员安全的同时减少了能量消耗；另外本实用新型中不要添加任何的催化剂，可以简化后续的分离提纯工序。经过二氧化碳分解反应器得到的气体经过精制单元，可分离出未分解的二氧化碳、co产品气和尾气，其中未分解的二氧化碳通过循环气压缩机的作用返回二氧化碳分解反应器中继续进行分解。
15.(2)本实用新型的原料气中二氧化碳经等离子分解后，分解产物中夹杂着超细碳粉，通过设置水洗单元去除超细碳粉，用于混合气体水洗的结构为泡罩塔盘结构或升气帽-喷淋结构，前者使气体穿过洗涤水实现水洗，后者通过将气体分散开再通过喷淋实现水洗，可将分解产物中的超细碳粉有效清除，洗涤后的洗涤水收集至集液槽中，集液槽中设置有电极吸附装置，可将超细碳粉完全吸附，实现洗涤水的循环利用。
附图说明
16.图1为本实用新型整体结构示意图；
17.图2为本实用新型二氧化碳分解反应器一实施例结构图；
18.图3为本实用新型二氧化碳分解反应器中水洗单元一实施例结构图；
19.图4为本实用新型二氧化碳分解反应器另一实施例结构图；
20.图5为本实用新型二氧化碳分解反应器中水洗单元另一实施例结构图。
21.其中，附图标记对应的名称为：1-原料气洗涤塔，2-气液分离单元，3-水洗喷淋装置，4-第一集液槽，5-第一水洗泵，6-等离子单元，7-水洗单元，8-气体入口，9-气体出口，10-喷淋头，11-洗涤水入口，12-第一气体通道，13-圆形泡罩，14-溢流口，15-伞状升气帽，16-第二集液槽，17-电极吸附装置，18-泡罩塔盘结构，19-升气帽-喷淋结构，20-第二气体通道，21-第二水洗泵，22-循环气压缩机，23-精制单元。
具体实施方式
22.下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。
23.实施例1
24.如图1～3所示，本实用新型提供一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，包括用于将原料气进行水洗的原料气洗涤塔1，与原料气洗涤塔1相连的二氧化碳分解反应器；原料气洗涤塔1的内部上端设置有水洗喷淋装置3，原料气洗涤塔1的内件可根据实际情况选择散堆填料、规整填料、塔板结构或空塔结构，另外原料气洗涤塔1的截面可为方形或圆形。原料气洗涤塔1的底部连接有第一集液槽4，第一集液槽4和水洗喷淋装置3之间通过设置有第一水洗泵5的管道相连，第一水洗泵5可将第一集液槽4中的洗涤水输送至水洗喷淋装置3中，实现洗涤水的循环利用。
25.经洗涤塔洗涤后的原料气通入二氧化碳分解反应器，二氧化碳分解反应器从下到上依次为设有气体入口8的气液分离单元2、用于将二氧化碳进行等离子分解的等离子单元6以及将分解产物进行水洗除去其中超细碳粉的水洗单元7，二氧化碳分解反应器的顶端开设有气体出口9。其中气液分离单元2用于将原料气中的液态游离水脱除，脱除的水则进入第二集液槽中。等离子单元6选用日本未来科学研究所合同会社在专利jp2023010045a中所公开的等离子二氧化碳处理系统，等离子单元在常温下进行二氧化碳的分解，采用直流电，且电压为1kv以上，在等离子单元中二氧化碳在通电的等离子通道中穿过并分解成一氧化碳、超细碳粉、氧气、臭氧。
26.水洗单元7包括开设于水洗单元7上端的洗涤水入口11，设置于水洗单元7下端能将洗涤水排出的溢流口14，以及能实现气体水洗的泡罩塔盘结构18(如图3所示)；泡罩塔盘结构18包括能将气体从等离子单元6输送至水洗单元7的第一气体通道12以及设置于第一气体通道12上能使气体溢出的圆形泡罩。经等离子单元6分解得到的混合气体通过第一气体通道12进入水洗单元7将超细碳粉洗掉，洗涤水通过溢流口14流入第二集液槽16中，第二集液槽16中设置有用于除去洗涤水中超细碳粉的电极吸附装置17，通过设置第二水洗泵21将第二集液槽16中的洗涤水输送至水洗单元7上端的洗涤水入口11，可实现洗涤水的循环使用。经过试验，等离子单元在进行二氧化碳的分解转化时，单程转化率为5％～85％，所以可根据实际情况，将等离子单元6和水洗单元7均设置多个，需注意的是，等离子单元和水洗单元需串联间隔分布(如图2所示)，每一级等离子分解之后都需要进行水洗，水洗后再进行下一次的等离子分解，为了节约设备成本，水洗单元7与等离子单元6之间、气液分离单元2与等离子单元6之间均通过法兰进行最短连接，采用法兰直接连接还可缩短管路长度，减少阻力，节省空间，降低设备的投资。本实施例提供的co2气体分解设备还包括对二氧化碳分解反应器分解后的气体进行分离的精制单元23，精制单元23与二氧化碳分解反应器之间设置有能将未分解的co2输送回二氧化碳分解反应器的循环管道，所述循环管道上设置有循环气压缩机22。
27.采用上述气体分解设备进行低温等离子co2气体分解工艺，包括如下步骤：
28.s1：打开原料气洗涤塔内部水洗喷淋装置，原料气从原料气洗涤塔的下部进入，自下而上穿过洗涤塔内部，将原料气中的颗粒物洗掉并降温，从上端送入二氧化碳分解反应器；洗涤水收集至第一集液槽中，再经由第一水洗泵的作用将洗涤水泵送至水洗喷淋装置
实现洗涤水的循环利用，需不定时向第一集液槽中补充新鲜水。
29.s2：原料气从二氧化碳分解反应器下端的气体入口进入气液分离单元，在其中脱除液态饱和水后进入等离子单元，等离子单元的电压在1kv以上，二氧化碳在通电的等离子通道中穿过并分解生成包含一氧化碳、超细碳粉、氧气、臭氧的混合气。
30.s3：将步骤s2中的混合气从水洗单元的气体通道通入水洗单元进行水洗除去超细碳粉，洗涤水从溢流口流入第二集液槽，然后从二氧化碳分解反应器的顶端排出；本实施例中对气体进行水洗选用的泡罩塔盘结构，先使洗涤水淹没该泡罩塔盘结构，然后使气体从气体通道进入后从圆形泡罩的四周溢出，溢出后的气体穿过洗涤水继续向上运动，当气体穿过洗涤水时即可将其中的超细碳粉洗掉。
31.s4：经步骤s3中排出的气体通过精制单元分离出未分解的二氧化碳、co产品气和尾气，其中未分解的二氧化碳通过循环气压缩机的作用返回二氧化碳分解反应器中。精制单元主要采用深冷或吸附的方法以分离未分解的二氧化碳和co产品气，最后剩下的气体则作为尾气被排出。
32.s5：第二集液槽中设置有电极吸附装置用于除去洗涤水中的超细碳粉，通过设置第二水洗泵，可将第二集液槽中的洗涤水泵入水洗单元的洗涤水入口实现洗涤水的循环使用。
33.要注意的是，上述工艺中只进行了一次等离子分解，二氧化碳的转化率为5％～85％，可根据实际情况将等离子单元和水洗单元均设置多个，当设置多个时，经水洗单元排出的混合气体则直接进入第二级等离子单元，经第二级等离子单元作用后再进入第二级水洗单元；直至完成最后一级等离子分解和水洗后，气体从二氧化碳分解反应器的顶端排出。
34.实施例2
35.如图4和5所示，在实施例1的基础上，还可以用升气帽-喷淋结构19替代泡罩塔盘结构18，升气帽-喷淋结构19，包括与洗涤水入口11相连的喷淋头10，能将气体从等离子单元6输送至水洗单元7的第二气体通道20，以及设置于第二气体通道20上能使气体分散开的伞状升气帽15。等离子单元产生的混合气通过第二气体通道20进入水洗单元，气体向上运动撞击在伞状升气帽15的下侧以实现气体的分散，再通过喷淋水将混合气中的超微碳粉洗掉，该过程可使气体与水充分接触，同时防止洗涤水进入等离子单元，最后洗涤水从溢流口14流入第二集液槽16。
36.本实用新型将水洗后的原料气通入二氧化碳分解反应器中实现二氧化碳的分解转化，该原料气来源广泛，可以来自湿法脱碳装置，也可以来自锅炉烟气，若原料气来自湿法脱碳装置，其温度通常为20～45℃；若原料气来自锅炉烟气，其温度通常为140～200℃，且含有部分颗粒物质。通过水洗可在降温的同时将颗粒物质除去，冷却后的原料气通入二氧化碳分解反应器，在常温下使二氧化碳在通电的等离子通道中实现分解和转化，该过程不需要在高温环境下进行，在保障操作人员安全的同时减少了能量消耗；另外本实用新型中不要添加任何的催化剂，可以简化后续的分离提纯工序。经过二氧化碳分解反应器得到的气体经过精制单元，可分离出未分解的二氧化碳、co产品气和尾气，其中未分解的二氧化碳通过循环气压缩机的作用返回二氧化碳分解反应器中继续进行分解。
37.上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润
色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，包括用于将原料气进行水洗的原料气洗涤塔(1)，与所述原料气洗涤塔(1)相连的二氧化碳分解反应器，以及对二氧化碳分解反应器分解后的气体进行分离的精制单元(23)；所述二氧化碳分解反应器从下到上依次为设有气体入口(8)的气液分离单元(2)、用于将二氧化碳进行等离子分解的等离子单元(6)以及将分解产物进行水洗除去其中超细碳粉的水洗单元(7)，二氧化碳分解反应器的顶端开设有气体出口(9)；所述精制单元(23)与二氧化碳分解反应器之间设置有能将未分解的co2输送回二氧化碳分解反应器的循环管道，所述循环管道上设置有循环气压缩机(22)。2.根据权利要求1所述的一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，所述原料气洗涤塔(1)的内部上端设置有水洗喷淋装置(3)，原料气洗涤塔(1)的底部与第一集液槽(4)相连接，第一集液槽(4)和水洗喷淋装置(3)之间通过设置有第一水洗泵(5)的管道相连；所述原料气洗涤塔(1)的截面为方形或圆形。3.根据权利要求2所述的一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，所述水洗单元(7)包括开设于水洗单元(7)上端的洗涤水入口(11)，设置于水洗单元(7)下端能将洗涤水排出的溢流口(14)，以及能对气体进行洗涤的水洗组件。4.根据权利要求3所述的一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，所述水洗组件为泡罩塔盘结构(18)，包括能将气体从等离子单元(6)输送至水洗单元(7)的第一气体通道(12)以及设置于第一气体通道(12)上能使气体溢出的圆形泡罩(13)。5.根据权利要求3所述的一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，所述水洗组件为升气帽-喷淋结构(19)，包括与洗涤水入口(11)相连的喷淋头(10)，能将气体从等离子单元(6)输送至水洗单元(7)的第二气体通道(20)，以及设置于第二气体通道(20)上能使气体分散开的伞状升气帽(15)。6.根据权利要求4或5所述的一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，所述水洗单元(7)的洗涤水通过溢流口(14)流入第二集液槽(16)中，第二集液槽(16)中设置有用于除去洗涤水中超细碳粉的电极吸附装置(17)，通过设置第二水洗泵(21)将第二集液槽(16)中的洗涤水输送至水洗单元(7)上端的洗涤水入口(11)。7.根据权利要求6所述的一种低温等离子分解co2生产co和超细碳粉的设备，其特征在于，所述等离子单元(6)和水洗单元(7)均设置多个并串联间隔分布；所述水洗单元(7)与等离子单元(6)之间、气液分离单元(2)与等离子单元(6)之间均通过法兰进行连接。

技术总结
本实用新型公开了一种低温等离子分解CO2生产CO和超细碳粉的设备，涉及低温等离子气体分解技术领域，包括用于将原料气进行水洗的原料气洗涤塔，与所述原料气洗涤塔相连的二氧化碳分解反应器，以及对二氧化碳分解反应器分解后的气体进行分离的精制单元；所述二氧化碳分解反应器从下到上依次为设有气体入口的气液分离单元、用于将二氧化碳进行等离子分解的等离子单元以及将分解产物进行水洗除去其中超细碳粉的水洗单元，二氧化碳分解反应器的顶端开设有气体出口。本实用新型将水洗后的原料气通入二氧化碳分解反应器中实现二氧化碳的分解转化，整个过程可在常温下进行，且不需要任何的催化剂。何的催化剂。何的催化剂。


技术研发人员：侯世杰 袁方 杨书春 仇志刚 王文宾
受保护的技术使用者：成都益志科技有限责任公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/10/20