[發明專利]一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統及工作方法

在審

• 申請號: 202211720152.X
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115869734A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 涂茂萍;張丹;楊越;袁洋;王一笑;鄭巨淦
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;F24S60/00;F24S23/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統，其特征在于：該系統由CO₂吸收及噴霧式解吸部分、太陽能蓄熱部分和太陽能聚焦部分組成；

所述CO₂吸收及噴霧式解吸部分包括吸收塔(1)、富液循環泵(2)和貧液循環泵(4)、熱回收器(3)、緩沖分離器(11)、循環泵(12)、雙通道霧化噴嘴(15)和噴霧式解吸塔(5)；吸收塔(1)下部設置煙氣入口和上部設置煙氣出口，吸收塔(1)下部的富液出口經過富液循環泵(2)與熱回收器(3)富液入口相連；吸收塔(1)上部的貧液入口與熱回收器(3)貧液出口相連接；所述噴霧式解吸塔(5)上部設置CO₂出口，中部外殼由高透光材料制成，下部設置貧液出口并內置放熱器(6)；放熱器(6)的入口和出口分別連接蓄熱器(8)蓄熱材料出口和入口；所述雙通道霧化噴嘴(15)位于噴霧式解吸塔(5)頂部，包括吸收劑通道和混合顆粒通道，吸收劑通道與熱回收器(3)富液出口連接，混合顆粒通道中間經過循環泵(12)與緩沖分離器(11)下部出口連接；所述緩沖分離器(11)中間設置濾網，將其分為上下兩部分，分別設置上部貧液出口，下部入口和下部出口，上部貧液出口經過貧液循環泵(4)與熱回收器(3)貧液入口連接；下部入口與噴霧式解吸塔(5)下部的貧液出口連接；下部出口經過循環泵(12)與雙通道霧化噴嘴(15)中的混合顆粒通道連接；

所述太陽能蓄熱部分包括放熱器(6)、蓄熱器(8)、霧化集熱腔室(9)，蓄熱材料循環泵(13)和換熱工質增壓泵(14)；霧化集熱腔室(9)的一側壁面為進光側，另一側壁面為調光側，底部設置換熱工質釋放口和頂部設置的霧化噴嘴；蓄熱器(8)中設有蓄熱材料入口和蓄熱材料出口、換熱工質入口和換熱工質出口，換熱工質入口連接霧化集熱腔室(9)換熱工質釋放口，換熱工質出口經過換熱工質增壓泵(14)連接霧化集熱腔室(9)頂部設置的霧化噴嘴；蓄熱材料入口連接放熱器(6)的出口，蓄熱材料出口經過蓄熱材料循環泵(13)連接放熱器(6)的入口；

所述太陽能聚焦部分包括第一聚光器(7)和第二聚光器(10)；第一聚光器(7)以環形陣列布置在噴霧解吸塔(5)周圍；第二聚光器(10)采用平行陣列，布置在霧化集熱腔室(9)周圍。

2.根據權利要求1所述的一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統，其特征在于：所述霧化集熱腔室(9)進光側壁面采用表面覆蓋增透膜的高透光玻璃，透過率范圍為0.87-0.91；調光側外壁面采用不透明材料且內側涂有高反射率純銀涂層，內壁為由Ce³⁺和Yb³⁺共同摻雜的氟氧化物制備的調光玻璃，能夠將可見光300-700nm調制至近紅外范圍900-1100nm并向霧化集熱腔室(9)中心反射。

3.根據權利要求1所述的一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統，其特征在于：所述雙通道霧化噴嘴(15)的混合顆粒通道中的混合顆粒由顆粒1和顆粒2按照預設比例組成；顆粒1為微米級尺寸，以二氧化硅、硼酸鹽為基質摻雜Yb³⁺和Pr³⁺通過研磨后高溫加熱制備，能夠將太陽光從可見光轉換為近紅外波長；

所述顆粒2尺寸為納米級，對近紅外波段具有熒光增強作用，成分包含Ag、TiO₂，通過硝酸銀溶液、鈦酸四丁酯溶液通過水浴法加熱反應制備。

4.根據權利要求3所述的一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統，其特征在于：所述顆粒1和顆粒2的質量比為(10-30)：1。

5.根據權利要求1所述的一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統，其特征在于：所述緩沖分離器(11)中間的濾網為氟材料制備的超濾膜，使吸收劑通過，混合顆粒無法穿過，同時濾網材料對混合顆粒表現為不親和，保證濾網不被顆粒堵塞。

6.根據權利要求1所述的一種基于光譜調制的噴霧式太陽能輔助碳捕集系統，其特征在于：所述第一聚光器(7)能夠追蹤太陽光，始終以最大聚集角度將太陽光投射到噴霧解吸塔(5)中段透光材料處。