技术领域
[0001] 本
发明涉及气体净化技术领域，尤其涉及一种净化二氧化碳的系统及方法。
背景技术
[0002] CO2分离是一个重要的气体分离过程，近年来对CO2的各种处理技术(如CO2的去除、清除、脱除、
吸附、吸收、富集、捕集、分离、净化技术以及
脱碳技术)得到广泛研究，进展文献频见报道。国内外已开发了多种处理技术，归纳起来这些技术主要分为湿法和干法。其中，干法主要是消耗性强
碱法和吸附法；湿法是通过可再生
溶剂吸收脱碳，主要是吸收分离法。另外还有膜分离法、富氧燃烧和
化学链燃烧法、低温
分馏法、超重
力法以及几种分离方法的综合应用。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，当前应用最为广泛的方法是吸收分离法和吸附法。然而目前所用的一些分离方法存在设备昂贵、能耗高、分离效果差等缺点，极大限制了CO2分离技术的应用。
[0003] 而低浓度CO2处理技术可分为非可再生式及可再生式两类。非可再生式处理技术，技术较为简单，且已经通过多年的应用检验，流程和设备都已相当成熟，但受技术原理限制，有着诸多如体积、重量等无法克服的
缺陷。
[0004] 针对这些缺陷，各国相继开展了可再生式CO2处理技术的研制。目前，可再生式技术已成为CO2处理技术研究设备的主流。可再生式CO2去除新技术主要包括固态胺法、分子筛吸附法、气体分离膜法等。
[0005] 其中，CN102553392A公开了一种用于去除二氧化碳的方法和系统，该方法采用固态胺法，由于其化学反应的本质，效率较高，而且固态胺物化性能良好，无毒，使用寿命长。但该系统其体积大、能耗高，自动控制较复杂。
[0006] CN108744897A公开了一种二氧化碳膜分离系统，膜分离法从原理上和操作上都具有得天独厚的优势，但专用膜材料的开发以及低浓度CO2分离工艺仍处于开发阶段，短期内难以投入实际应用。
[0007] CN105727729A公开了一种基于原位吸附/脱附方式的连续循环二氧化碳捕集系统，该系统采用碳
酸化反应达到吸脱附二氧化碳的目的，但该系统采用化学方法，化学物料处理困难。
[0008] 与其他技术相比吸附技术具有技术成熟、能耗低、操作弹性大、自动化程度高、吸附剂使用寿命长和无二次污染等优势。特别随着吸附剂的不断创新开发、应用工艺的不断更新，采用可再生吸附原理分离浓缩低浓度CO2气体成为最佳选择。
[0009] 但目前的可再生吸附存在设备体积大和脱附再生困难的技术难题，因此，需要开发一种可再生的净化二氧化碳的系统，实现二氧化碳的高效净化和吸附剂的高效再生。
发明内容
[0010] 鉴于
现有技术中存在的问题，本发明提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统通过将吸附塔与
微波加热装置组合，并在微波加热装置上设置延伸至吸附塔内部的波
导管，极大的提升了吸附剂再生效率，且设备体积小，寿命长；利用该装置的净化二氧化碳的方法通过微波加热脱附极大的降低了循环操作的时间和能耗，而且收集的二氧化碳体积浓度在85％以上，无二次污染，具有较高的实际应用价值。
[0011] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0012] 第一方面，本发明提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统包括依次连接的送
风单元、微波吸脱附单元和分离单元；所述微波吸脱附单元包括吸附塔，吸附塔的塔顶和塔底分别设置有微波加热装置；所述塔顶和塔底的微波加热装置上均设有延伸至吸附塔内部的
波导管。
[0013] 本发明通过在吸附塔的塔顶和塔底均设置有微波加热装置，通过微波加热促进吸附塔内吸附剂的脱附再生，不仅增加了吸附剂的使用寿命，而且使脱附剂中的二氧化碳脱附更加完全，交替循环的吸附效率更高，缩短了吸脱附循环操作时间，提高了吸附效果。
[0014] 本发明通过在吸脱附单元之后设置有分离单元，实现脱附出来的二氧化碳与
水汽的分离，回收浓度较高的二氧化碳，无二次污染。
[0015] 本发明通过在塔顶和塔底的微波加热装置上均设有延伸至吸附塔内部的波导管，使微波加热装置的微波通过波导管更好地传导至吸附塔内的吸附剂中，更有利于促进吸附饱和的吸附剂的脱附和再生，促进二氧化碳的净化循环。
[0016] 优选地，所述送风单元包括与微波吸脱附单元相连的引风装置，以及与微波吸脱附单元和分离单元分别相连的排风管路系统。
[0018] 优选地，所述排风管路系统包括排风管路。
[0019] 优选地，所述排风管路系统还包括设置在排风管路上的
电动阀门。
[0020] 优选地，所述微波吸脱附单元中的吸附塔上端连接送风单元中的排风管路系统。
[0021] 优选地，所述吸附塔的下端设置有第一支路、第二支路与第三支路。
[0022] 优选地，所述第一支路与送风单元中的引风装置相连。
[0023] 优选地，所述第二支路连接有抽
真空装置。
[0024] 优选地，所述第三支路与分离单元相连。
[0025] 优选地，所述吸附塔的个数为偶数，例如可以是2个、4个、6个、8个、10个、12个、14个或16个，优选为8个或10个。
[0026] 本发明设置偶数个吸附塔，使吸附和脱附在偶数个吸附塔内交替进行，保障对含二氧化碳气体的连续处理，提高了吸附效率，且避免了吸附剂的排出，具有较高的实际应用价值。
[0027] 优选地，所述吸附塔并列设置。
[0028] 优选地，所述吸附塔的塔内装填有吸附剂。
[0029] 优选地，所述吸附剂在吸附塔塔内的装填方式为均匀混合或分层排列。
[0030] 优选地，所述吸附剂为分子筛。
[0031] 优选地，所述分子筛为ZSM-5分子筛、沸石分子筛、13X分子筛或5A分子筛中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：ZSM-5分子筛和沸石分子筛的组合，ZSM-5分子筛和13X分子筛的组合，ZSM-5分子筛和5A分子筛的组合，沸石分子筛和13X分子筛的组合，沸石分子筛和5A分子筛的组合，13X分子筛和5A分子筛的组合，优选为沸石分子筛和/或13X分子筛。
[0032] 优选地，所述吸附塔的塔身四周设置有
温度探测器，温度探测器的温度
探头伸入塔内。
[0033] 本发明通过在吸附塔的塔身四周设置有温度探测器，能够实时探测吸附塔内吸附和脱附的温度，实现对吸附和脱附的温度更有效的控制。
[0034] 优选地，所述温度探测器的一端连接有控制系统。
[0035] 优选地，所述温度探测器至少为2个，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或16个，优选为4个。
[0036] 优选地，所述
温度探头以吸附塔为基准呈对称分布。
[0037] 优选地，所述吸附塔内部分为上下对称的上半部分和下半部分。
[0038] 优选地，所述上半部分从上到下依次包括细孔
铁丝隔网和粗孔不锈
钢挡板。
[0039] 优选地，所述细孔铁丝隔网的孔径为0.5～2.0mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm，优选为0.8～1.0mm。
[0040] 本发明优选细孔铁丝隔网的孔径为0.8～1.0mm，在气体阻力较小的情况下能够隔离微波加热装置产生的微波。
[0041] 优选地，所述粗孔
不锈钢挡板的孔径为5.0～10.0mm，例如可以是5.0mm、5.2mm、5.5mm、5.8mm、6.0mm、6.2mm、6.5mm、6.8mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm、9.5mm或
10.0mm，优选为6.0～8.0mm。
[0042] 优选地，所述波导管的形状为长方体形或圆柱形，优选为长方体形。
[0043] 本发明优选长方体形的波导管，使其能够开具合适形状的波导孔，不仅能保障微波的传导，而且不易出现吸附剂温升不均匀，局部
过热现象。
[0044] 优选地，所述波导管的材料为金属材料，例如可以是
铝、
铜或不锈钢，优选为铝。
[0045] 优选地，所述波导管的外部套有非屏蔽隔离材料。
[0046] 优选地，所述非屏蔽隔离材料为
云母、陶瓷、聚四氟乙烯或耐高温布中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：云母和陶瓷的组合，云母和聚四氟乙烯的组合，云母和耐高温布的组合，陶瓷和聚四氟乙烯的组合，陶瓷和耐高温布的组合，聚四氟乙烯和耐高温布的组合，优选为陶瓷。
[0047] 优选地，所述波导管的四周开有导波孔。
[0048] 优选地，所述导波孔为矩形导波孔或者圆形导波孔，优选为矩形导波孔。
[0049] 优选地，所述矩形导波孔的开孔宽度为1.0～6.0mm，例如可以是1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3.0mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm、4.0mm、4.2mm、
4.5mm、4.8mm、5.0mm、5.2mm、5.5mm或5.8mm，优选为2.0～4.0mm。
[0050] 本发明优选导波孔的开孔宽度为1.0～6.0mm，使微波加热装置的微波能够有效地传导至吸附塔内的吸附剂中，更有效地促进吸附剂中二氧化碳的脱除，保障吸附剂的快速再生，提升了吸附效率。
[0051] 优选地，所述矩形导波孔的开孔宽度由波导管从上至下逐渐变宽。
[0052] 本发明优选导波孔的开孔宽度由波导管从上至下逐渐变宽，进一步降低微波在传导过程中的
能量损失，并进一步使吸附剂脱附更完全，更好地提升脱附效率。
[0053] 优选地，所述矩形导波孔的开孔宽度从上至下由1.0mm逐渐变至6.0mm。
[0054] 本发明优选导波孔的开孔宽度从上至下由1.0mm逐渐变至6.0mm，能够更进一步降低
微波能量的损失，使吸附剂脱附更完全，整体吸附效率得到进一步提升。
[0055] 优选地，所述微波加热装置的微波
频率为300MHz～3000MHz，例如可以是300MHz、500MHz、800MHz、1000MHz、1200MHz、1500MHz、1600MHz、1800MHz、2000MHz、2200MHz、
2500MHz、2800MHz或3000MHz，优选为600MHz～2000MHz。
[0056] 优选地，所述抽真空装置为干式漩涡真空
泵。
[0057] 优选地，所述分离单元包括依次相连的排除水汽装置、压缩装置、冷凝装置和储存装置。
[0058] 优选地，所述排除水汽装置为风冷
散热器。
[0059] 优选地，所述压缩装置为
活塞式
压缩机。
[0060] 优选地，所述压缩装置的入口与微波吸脱附单元中抽真空装置的出口相连。
[0061] 优选地，所述冷凝装置为
管式换热器或
板式换热器。
[0062] 优选地，所述冷凝装置与微波吸脱附单元中的第三支路相连。
[0063] 优选地，所述储存装置为储罐。
[0064] 本发明通过设置储罐作为储存装置，暂存液态二氧化碳，不仅可以避免二次污染，而且能够将高浓度二氧化碳二次利用，具有较好的应用前景。
[0065] 优选地，所述控制系统包括与微波吸脱附单元中的温度探头相连并依次设置的
传感器和温度
控制器。
[0066] 本发明中的控制系统可控制吸附塔内的温度，但温度超过设定温度±5℃时，控制系统可自动通电或断电控制微波加热装置的
开关。
[0067] 优选地，所述控制系统还包括与电动阀门相连的电控系统。
[0068] 第二方面，本发明提供一种净化二氧化碳的方法，所述方法采用第一方面所述的净化二氧化碳的系统进行。
[0069] 本发明提供的净化二氧化碳的方法通过利用第一方面提供的净化二氧化碳的系统进行，具有吸脱附效率高，能耗低，无二次污染和设备体积小的优势。
[0070] 优选地，所述方法包括如下步骤：
[0071] (1)含二氧化碳的气体在装有吸附剂的吸附塔中进行吸附处理，得到吸附处理后的气体；微波通过波导管从微波加热装置传导至吸附饱和后的吸附剂中，使其进行微波加热脱附处理，得到脱附后的二氧化碳，所述吸附处理和微波加热脱附处理在吸附塔中交替进行；
[0072] (2)脱附后的二氧化碳通入排除水汽装置中排除水汽，排除水汽后的二氧化碳通入压缩装置中压缩，压缩后通入冷凝装置中冷凝，得到液态二氧化碳。
[0073] 本发明提供的净化二氧化碳的方法通过波导管将微波加热装置的微波传导至吸附塔内，使吸附塔内吸附剂受热更均匀，脱附更完全，脱附效率高，极大的缩短了循环操作时间，具有较好的应用前景；而且吸附和脱附在偶数个吸附塔内交替进行，避免了吸附剂的排出，操作简单。
[0074] 优选地，在步骤(1)之前所述含二氧化碳的气体通过引风装置引入吸附塔中。
[0075] 优选地，所述引风装置的风压为700～1500Pa，例如可以是700Pa、750Pa、800Pa、850Pa、900Pa、950Pa、1000Pa、1050Pa、1100Pa、1150Pa、1200Pa、1250Pa、1300Pa、1350Pa、
1400Pa、1450Pa或1500Pa，优选为950～1050Pa。
[0076] 优选地，步骤(1)中所述含二氧化碳的气体为含二氧化碳的空气。
[0077] 优选地，所述含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积浓度为0.25～0.50％，例如可以是0.25％、0.28％、0.30％、0.32％、035％、0.38％、0.40％、0.42％、0.45％、0.48％、0.50％，优选为0.30～0.40％。
[0078] 优选地，所述微波加热脱附的温度为150～200℃，例如可以是150℃、152℃、155℃、158℃、160℃、162℃、165℃、168℃、170℃、172℃、175℃、178℃、180℃、182℃、185℃、188℃、190℃、192℃、195℃、198℃或200℃，优选为160～180℃。
[0079] 优选地，所述微波加热脱附在真空条件下进行。
[0080] 本发明优选在真空条件下进行加热脱附，将吸脱附技术与微波加热技术相结合，更好地促进了吸附剂脱附的进行，使吸附剂脱附速度更快，脱附效果更完全，提高了整体吸脱附效率。
[0081] 优选地，所述真空条件的真空度为-0.08～-0.09MPa，例如可以是-0.08MPa、-0.081MPa、-0.082MPa、-0.083MPa、-0.084MPa、-0.085MPa、-0.086MPa、-0.087MPa、-
0.088MPa、-0.089MPa或-0.090MPa，优选为-0.085～-0.088MPa。
[0082] 优选地，所述吸附处理后的气体从排风管路排出。
[0083] 优选地，所述吸附处理和微波加热脱附处理在偶数个吸附塔中连续交替进行，连续处理含二氧化碳的气体。
[0084] 优选地，所述控制系统根据检测的温度自动打开或关闭电动阀门，交替切换所述吸附塔的吸附和脱附状态。
[0085] 优选地，步骤(2)中所述压缩装置的排气压力>7MPa，例如可以是7.1MPa、7.2MPa、7.5MPa、8.0MPa、8.5MPa、9.0MPa、10.0MPa、11.0MPa或12.0MPa，优选为>10MPa。
[0086] 优选地，步骤(2)中所述冷凝装置采用冷媒水冷凝。
[0087] 优选地，所述冷媒水的上水温度为2～7℃，例如可以是2℃、2.2℃、2.5℃、2.8℃、3℃、3.2℃、3.5℃、3.8℃、4℃、4.2℃、4.5℃、4.8℃、5℃、5.2℃、5.5℃、5.8℃、6℃、6.2℃、6.5℃、6.8℃或7℃，优选为4～6℃。
[0088] 优选地，所述冷媒水的回水温度为8～12℃，例如可以是8℃、8.2℃、8.5℃、8.8℃、9℃、9.2℃、9.5℃、9.8℃、10℃、10.2℃、10.5℃、10.8℃、11℃、11.2℃、11.5℃、11.8℃或12℃，优选为9～11℃。
[0089] 优选地，步骤(2)中未冷凝的二氧化碳循环至步骤(1)的吸附塔中进行再吸附处理。
[0090] 本发明中未冷凝的二氧化碳经缓冲罐减压后可循环至吸附塔中进行再吸附处理，还可经减压阀后再进入缓冲罐中后再循环至吸附塔中，使未冷凝完全的气体能够进行再处理，保障了排出气体的纯净度。
[0091] 作为本发明优选地技术方案，所述方法包括如下步骤：
[0092] (1)二氧化碳体积浓度为0.25～0.5％的气体通过引风装置引入吸附塔中，所述引风装置的风压为700～1500Pa；
[0093] (2)所述含二氧化碳的气体在装有吸附剂的吸附塔中进行吸附处理，吸附处理后的气体从排风管路排出；在150～200℃，真空度为-0.08～-0.09MPa的条件下，微波通过波导管从微波加热装置传导至吸附饱和后的吸附剂中，使其进行微波加热脱附处理，得到脱附后的二氧化碳，所述吸附处理和微波加热脱附处理在偶数个吸附塔中连续交替进行，连续处理含二氧化碳的气体，其中，所述微波加热装置的微波频率为300MHz～3000MHz，控制系统根据检测的温度自动打开或关闭电动阀门，交替切换所述吸附塔的吸附和脱附状态；
[0094] (3)脱附后的二氧化碳通入排除水汽装置中排除水汽，排除水汽后的二氧化碳通入压缩装置中压缩，压缩后通入冷凝装置中冷凝，得到液态二氧化碳，未冷凝的二氧化碳循环至步骤(2)的吸附塔中进行再吸附处理；其中，所述压缩装置的排气压力>7MPa，所述冷凝装置采用冷媒水冷凝，冷媒水的上水温度为2～7℃，回水温度为8～12℃。
[0095] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0096] (1)本发明提供的净化二氧化碳的系统，实现了二氧化碳的高效净化，循环操作时间短，吸附效率高；
[0097] (2)本发明提供的净化二氧化碳的系统自动化控制程度高，能耗低，体积小，吸附剂寿命长；
[0098] (3)本发明提供的净化二氧化碳的方法操作弹性大，不仅较采用
蒸汽加热脱附二氧化碳的净化效率提高了58.33％以上，而且收集的二氧化碳体积浓度≥85％，无二次污染，具有较高的实际应用价值。
附图说明
[0099] 图1是本发明提供的净化二氧化碳的系统示意图。
[0100] 图中：C101-离心风机；C102-
真空泵；C103-压缩机；T101-吸附塔；V101-储罐；V102-缓冲罐；E101-换热器。
具体实施方式
[0101] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0102] 下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以
权利要求书为准。
[0103] 本发明提供的净化二氧化碳的系统示意图如图1所示，所述系统包括依次连接的送风单元、微波吸脱附单元和分离单元；
[0104] 其中，送风单元包括：与微波吸脱附单元相连的离心风机C101和与微波吸脱附单元和分离单元分别相连的排风管路系统，所述排风管路系统包括设置在排风管路上的电动阀门；
[0105] 微波吸脱附单元包括：并列设置的装有分子筛的吸附塔T101，吸附塔上端连接送风单元中的排风管路系统，下端设置有第一支路、第二支路与第三支路，第一支路与送风单元中的离心风机C101相连，第二支路连接有真空泵C102，第三支路与分离单元相连；吸附塔的塔身四周设置有呈对称分布的温度探测器，温度探测器的探头伸入塔内；吸附塔内部分为上下对称的上半部分和下半部分，上半部分从上到下依次包括细孔铁丝隔网和粗孔不锈钢挡板；所述吸附塔的塔顶和塔底分别设置有微波加热装置，塔顶和塔底的微波加热装置上均设有延伸至吸附塔内部的波导管，波导管的四周开有矩形导波孔；
[0106] 分离单元包括：依次相连的风冷
散热器、压缩机C103、换热器E101和缓冲罐V102，所述压缩机C103的入口与微波吸脱附单元中真空泵C102的出口相连，所述换热器E101与微波吸脱附单元中的第三支路相连，所述换热器E101底部还连接有储罐V101；
[0107] 所述系统还包括控制系统：所述控制系统包括与微波吸脱附单元中的温度探头相连并依次设置的传感器和
温度控制器，与电动阀门相连的电控系统。
[0109] 实施例1
[0110] 本实施例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统包括依次连接的送风单元、微波吸脱附单元、分离单元和控制系统；
[0111] 送风单元包括：与微波吸脱附单元相连的离心风机和与微波吸脱附单元和分离单元分别相连的排风管路系统，所述排风管路系统包括设置在排风管路上的电动阀门；
[0112] 微波吸脱附单元包括：8个并列设置的分别装有总重量为12kg，均匀混合的按
质量比计为2:1的13x分子筛和ZSM-5分子筛的吸附塔，吸附塔上端连接送风单元中的排风管路系统，下端设置有第一支路、第二支路与第三支路，第一支路与送风单元中的引风装置相连，第二支路连接有干式漩涡真空泵，第三支路与分离单元相连；吸附塔的塔身四周设置有呈对称分布的4个温度探测器，温度探测器的探头伸入塔内；吸附塔内部分为上下对称的上半部分和下半部分，上半部分从上到下依次包括孔径为1.0mm的细孔铁丝隔网和孔径为7.0mm的粗孔不锈钢挡板；所述吸附塔的塔顶和塔底分别设置有微波加热装置，塔顶和塔底的微波加热装置上均设有延伸至吸附塔内部的长方形铝金属波导管，波导管的外部套有陶瓷；波导管的四周开有矩形导波孔，矩形导波孔的开孔宽度从上至下由2.0mm逐渐变至
4.0mm；微波加热装置的微波频率为2450MHz；
[0113] 分离单元包括：依次相连的风冷散热器、
活塞式压缩机、管式换热器、缓冲罐和储罐，所述活塞式压缩机的入口与微波吸脱附单元中干式漩涡真空泵的出口相连，所述管式换热器与微波吸脱附单元中的第三支路相连；
[0114] 控制系统包括：与微波吸脱附单元中的温度探头相连并依次设置的传感器和温度控制器，与电动阀门相连的电控系统。
[0115] 实施例2
[0116] 本实施例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统除“矩形导波孔的开孔宽度从上至下由2.0mm逐渐变至4.0mm”替换为“矩形导波孔的开孔宽度从上至下由1.0mm逐渐变至6.0mm”外，其余均与实施例1相同。
[0117] 实施例3
[0118] 本实施例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统除“矩形导波孔的开孔宽度从上至下由2.0mm逐渐变至4.0mm”替换为“矩形导波孔的开孔宽度为0.5mm”外，其余均与实施例1相同。
[0119] 实施例4
[0120] 本实施例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统除“矩形导波孔的开孔宽度从上至下由2.0mm逐渐变至4.0mm”替换为“矩形导波孔的开孔宽度为7mm”外，其余均与实施例1相同。
[0121] 实施例5
[0122] 本实施例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统除“矩形导波孔的开孔宽度从上至下由2.0mm逐渐变至4.0mm”替换为“矩形导波孔的开孔宽度为2mm”外，其余均与实施例1相同。
[0123] 实施例6
[0124] 本实施例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统包括依次连接的送风单元、微波吸脱附单元、分离单元和控制系统；
[0125] 送风单元包括：与微波吸脱附单元相连的离心风机和与微波吸脱附单元和分离单元分别相连的排风管路系统，所述排风管路系统包括设置在排风管路上的电动阀门；
[0126] 微波吸脱附单元包括：14个并列设置的分别装有总重量为14kg，均匀混合的按质量比计为2:1的沸石分子筛和ZSM-5分子筛的吸附塔，吸附塔上端连接送风单元中的排风管路系统，下端设置有第一支路、第二支路与第三支路，第一支路与送风单元中的引风装置相连，第二支路连接有干式漩涡真空泵，第三支路与分离单元相连；吸附塔的塔身四周设置有呈对称分布的4个温度探测器，温度探测器的探头伸入塔内；吸附塔内部分为上下对称的上半部分和下半部分，上半部分从上到下依次包括孔径为1.0mm的细孔铁丝隔网和孔径为5.0mm的粗孔不锈钢挡板；所述吸附塔的塔顶和塔底分别设置有微波加热装置，塔顶和塔底的微波加热装置上均设有延伸至吸附塔内部的长方形铁金属波导管，波导管的外部套有聚四氟乙烯；波导管的四周开有矩形导波孔，矩形导波孔的开孔宽度从上至下由1.0mm逐渐变至5.0mm；微波加热装置的微波频率为300MHz；
[0127] 分离单元包括：依次相连的风冷散热器、活塞式压缩机、管式换热器和缓冲罐，所述活塞式压缩机的入口与微波吸脱附单元中干式漩涡真空泵的出口相连；
[0128] 控制系统包括：与微波吸脱附单元中的温度探头相连并依次设置的传感器和温度控制器，与电动阀门相连的电控系统。
[0129] 对比例1
[0130] 本对比例提供一种净化二氧化碳的系统，所述系统除微波吸脱附单元的吸附塔的塔顶和塔底不设置微波加热装置，吸附塔内部不设置相应的波导管外，其余均与实施例1相同，其微波吸脱附单元具体包括：
[0131] 8个并列设置的分别装有总重量为12kg，均匀混合的按质量比计为2:1的13x分子筛和ZSM-5分子筛的吸附塔，吸附塔上端连接送风单元中的排风管路系统，下端设置有第一支路、第二支路与第三支路，第一支路与送风单元中的引风装置相连，第二支路连接有干式漩涡真空泵，第三支路与分离单元相连；吸附塔的塔身四周设置有呈对称分布的4个温度探测器，温度探测器的探头伸入塔内；吸附塔内部分为上下对称的上半部分和下半部分，上半部分从上到下依次包括孔径为1.0mm的细孔铁丝隔网和孔径为7.0mm的粗孔不锈钢挡板。
[0133] 应用例1～6
[0134] 应用例1～6提供了净化二氧化碳的方法，分别利用实施例1～6提供的净化二氧化碳的系统进行净化，所述方法包括如下步骤：
[0135] (1)二氧化碳体积浓度为0.5％的气体通过离心风机引入吸附塔中，所述离心风机风压为1000Pa，气体的流速为0.5m/s；
[0136] (2)所述含二氧化碳的气体在装有吸附剂的吸附塔中进行吸附处理，吸附处理后的气体从排风管路排出；在150℃，真空度为-0.08MPa的条件下，微波通过波导管从微波加热装置传导至吸附饱和后的吸附剂中，使其进行微波加热脱附处理，得到脱附后的二氧化碳，所述吸附处理和微波加热脱附处理在8个吸附塔中连续交替进行，连续处理含二氧化碳的气体，其中，所述微波加热装置的微波频率为2450MHz，控制系统根据检测的温度自动打开或关闭电动阀门，交替切换所述吸附塔的吸附和脱附状态；
[0137] (3)脱附后的二氧化碳通入风冷散热器中排除水汽，排除水汽后的二氧化碳通入活塞式压缩机中压缩，压缩后通入管式换热器中冷凝，得到液态二氧化碳，未冷凝的二氧化碳循环至步骤(2)的吸附塔中进行再吸附处理；其中，所述活塞式压缩机的排气压力7.5MPa，所述冷凝装置采用冷媒水冷凝，冷媒水的上水温度为7℃，回水温度为10℃。
[0138] 应用例7
[0139] 本应用例提供一种净化二氧化碳的方法，利用实施例7提供的净化二氧化碳的系统进行净化，所述方法包括如下步骤：
[0140] (1)二氧化碳体积浓度为0.3％的气体通过离心风机引入吸附塔中，所述离心风机的风压为700Pa，气体的流速为0.3m/s；
[0141] (2)所述含二氧化碳的气体在装有吸附剂的吸附塔中进行吸附处理，吸附处理后的气体从排风管路排出；在180℃，真空度为-0.085MPa的条件下，微波通过波导管从微波加热装置传导至吸附饱和后的吸附剂中，使其进行微波加热脱附处理，得到脱附后的二氧化碳，所述吸附处理和微波加热脱附处理在14个吸附塔中连续交替进行，连续处理含二氧化碳的气体，其中，所述微波加热装置的微波频率为3000MHz，控制系统根据检测的温度自动打开或关闭电动阀门，交替切换所述吸附塔的吸附和脱附状态；
[0142] (3)脱附后的二氧化碳通入风冷散热器中排除水汽，排除水汽后的二氧化碳通入活塞式压缩机中压缩，压缩后通入管式换热器中冷凝，得到液态二氧化碳，未冷凝的二氧化碳循环至步骤(2)的吸附塔中进行再吸附处理；其中，所述活塞式压缩机的排气压力9MPa，所述冷凝装置采用冷媒水冷凝，冷媒水的上水温度为7℃，回水温度为12℃。
[0143] 应用对比例1
[0144] 本应用对比例提供一种净化二氧化碳的方法，利用对比例1提供的净化二氧化碳的系统进行净化，所述方法除步骤(2)的微波加热替换为蒸汽吹扫加热外，其余均与应用例1相同，其步骤(2)具体为：
[0145] (2)所述含二氧化碳的气体在装有吸附剂的吸附塔中进行吸附处理，吸附处理后的气体从排风管路排出；在150℃，真空度为-0.08MPa的条件下，吸附饱和后的吸附剂进行蒸汽吹扫脱附处理，得到脱附后的二氧化碳，所述吸附处理和蒸汽吹扫脱附处理在8个吸附塔中连续交替进行，连续处理含二氧化碳的气体，其中，控制系统根据检测的温度自动打开或关闭电动阀门，交替切换所述吸附塔的吸附和脱附状态。
[0146] 三、净化结果
[0147] 利用实施例1～6和对比例1～2对含二氧化碳的气体进行净化1h，计算净化的二氧化碳质量和收集的二氧化碳的体积浓度。
[0148] 应用例1～6和应用对比例1～2对二氧化碳的净化结果如表1所示。
[0149] 表1
[0150] 样品 1h净化的二氧化碳质量 二氧化碳的体积浓度应用例1 215g 90％
应用例2 220 90％
应用例3 190 85％
应用例4 230 90％
应用例5 200 85％
应用例6 133 80％
应用对比例1 120 70％
[0151] 从表1可以看出以下几点：
[0152] (1)综合应用例1～6可以看出，通过采用本发明提供的净化二氧化碳的系统，大大地提高了二氧化碳的净化效率，其中，1h净化的二氧化碳质量≥133g，最多可实现1h净化230g二氧化碳，循环周期短，而且通过采用二氧化碳分离系统，其收集的二氧化碳的体积浓度高于85％，该纯度较高的二氧化碳可用作其他工业原料，具有较高的应用前景；
[0153] (2)综合应用例1和应用对比例1可以看出，在采用相同吸附剂的情况下，应用例1通过利用微波加热装置进行加热脱附，较应用对比例1利用热蒸汽进行加热脱附而言，应用例1中1h净化的二氧化碳质量为215g，收集的二氧化碳的体积浓度为90％，而应用对比例1 1h净化的二氧化碳质量仅为120g，收集的二氧化碳的体积浓度仅为70％，应用例1中1h二氧化碳净化量较应用对比例1提高了79.16％，由此说明，本发明通过采用微波加热装置进行加热脱附，极大地提高了二氧化碳的脱附效率和收集的二氧化碳的纯度，具有较好工业应用前景；
[0154] (3)综合应用例3～5可以看出，在采用相同吸附剂的情况下，应用例5中导波孔的开孔宽度为2mm，较应用例3和应用例4中导波孔的开孔宽度控制分别为0.5mm和7mm而言，应用例5中1h净化的二氧化碳质量为200g，而应用例3中1h净化的二氧化碳质量仅为190g，应用例4虽然1h净化的二氧化碳质量为230g，净化后二氧化碳的体积浓度为90％，但其吸附剂寿命相对较短，由此说明，本发明优选将波导孔的开孔宽度控制在一定范围，能够在保障吸附剂寿命的同时，提高微波加热效果和二氧化碳的吸附效率；
[0155] (4)综合应用例1～5可以看出，在采用相同吸附剂的情况下，应用例1～2通过将波导孔的开孔宽度设置为从上向下逐渐变宽，较应用例3～5中波导孔的开孔宽度从上向下保持不变而言，应用例1～2中不仅1h净化的二氧化碳的质量为215g和220g，收集的二氧化碳的体积浓度为90％，而且吸附剂使用寿命长；而应用例4虽然1h净化的二氧化碳的质量为230g，但其升温相对不均，吸附剂使用寿命相对较短，应用例3和应用例5中1h净化的二氧化碳的质量分别仅为190g和200g，净化效率较低，由此说明，本发明通过优选将波导孔的开孔宽度设置为从上向下逐渐变宽，能够同时保障吸附剂的使用寿命和二氧化碳的净化效率，具有较高的工业应用价值；
[0156] (5)综合应用例1和应用例2可以看出，在采用相同吸附剂的情况下，应用例2中采用的净化二氧化碳的系统中矩形波导孔的开孔宽度从上至下由1.0mm逐渐变至6.0mm，较应用例1中矩形导波孔的开孔宽度从上至下由2.0mm逐渐变至4.0mm，应用例2中1h净化的二氧化碳质量为220g，而应用例1中1h净化的二氧化碳质量仅为215g，且二者吸附剂使用寿命基本相同，由此说明，本发明通过将矩形波导孔的开孔宽度设置为从上至下由1.0mm逐渐变至6.0mm，使微波加热装置产生微波更好地传递至吸附塔内的吸附剂中，更进一步促进了微波脱附过程，提高了整体吸附效率，缩短了循环周期。
[0157] 综上，本发明提供的净化二氧化碳的系统，通过将微波加热装置与吸附塔相结合，并在微波加热装置上设置延伸至吸附塔内部的波导管，大大地提高了二氧化碳的净化效率，且设备体积小，吸附剂寿命长；利用该装置的净化二氧化碳的方法将吸附技术、微波加热再生技术和冷凝分离技术相结合，提高了吸附剂脱附再生效率，其中，1h净化的二氧化碳质量≥133g，最多可实现1h净化230g二氧化碳，较采用蒸汽加热二氧化碳的净化效率提高了58.33％以上，减少了循环操作时间，而且通过采用二氧化碳分离系统，其收集的二氧化碳的体积浓度≥85％，该纯度较高的二氧化碳可用作其他工业原料，具有较高的实际应用价值。
[0158]
申请人
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
