一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统及方法，该系统包括二氧化碳吸附/再生装置、空气送入系统、控制系统和检测系统；二氧化碳吸附/再生装置包括吸附装置和再生装置，再生装置用于对吸附装置进行加热；空气送入系统用于将不同湿度的空气送入二氧化碳吸附/再生装置中的吸附装置中；控制系统用于控制送入吸附装置中的空气湿度；检测系统用于对经吸附装置吸附的空气进行流量检测、温度检测以及CO2检测。该方法包括：空气直接捕集二氧化碳吸附过程和空气直接捕集二氧化碳吸附剂再生过程。本发明专利技术可以开展针对不同湿度空气条件下不同吸附材料吸附、再生等过程的试验研究，重点可开展吸附剂材料的开发与筛选工作。重点可开展吸附剂材料的开发与筛选工作。重点可开展吸附剂材料的开发与筛选工作。

【技术实现步骤摘要】
一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统及方法


[0001]本专利技术属于空气直接捕集二氧化碳
，具体涉及一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统及方法。

技术介绍

[0002]1999年，美国阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的Lackner为缓解气候变化提出了直接空气碳捕集技术(direct air capture，DAC)的概念。经过多年的研究，科研人员提出了很多DAC的方法和材料。目前，DAC技术已经被认为是可行的CO2减排技术之一。空气中的CO2通过吸附剂进行捕集，完成捕集后的吸附剂通过改变压力或温度进行吸附剂再生，再生后的吸附剂循环用于CO2捕集，而纯CO2则被储存起来。
[0003]在过去的半个多世纪，人类活动导致全球CO2排放量逐年增加。大气中的CO2浓度由1960年的310ppm左右急剧增加到2019年的410ppm，目前每年全球CO2排放量都超过了350亿吨。作为负碳排放技术研究热点，直接空气碳捕集技术2019年入选《麻省理工科技评论》的全球十大突破性技术之一。随着碳中和目标的提出，全产业链减碳已经成为共识，直接空气碳捕集技术亟需进一步发展。
[0004]DAC技术与CCS(carbon capture and storage碳捕集与封存)技术的区别如表1所示。
[0005]表1 DAC与CCS技术的区别
[0006][0007]与CCS技术不同，DAC的技术特点是：
[0008](1)可用于捕集分散排放源CO2；
[0009](2)安装地点选取相对灵活，可以选择在可再生能源丰富、且距离碳储存利用位置较近的地点，以降低捕集能耗和运输成本；
[0010](3)无须考虑NOx和SO2等气体杂质的影响。直接空气碳捕集技术的主要难点在于空气中CO2分压低(40Pa)、浓度低(400ppm)，CO2吸附/再生效率低，再生能耗和成本高。
[0011]DAC成本居高不下的主要原因之一在于高效低成本吸收/吸附材料的开发设计。物理吸附依赖于分子间作用力来吸附CO2，它通常发生在吸附剂的表面。吸附材料需要吸附剂有高的表面积，如以高孔隙率或纳米尺寸的材料做吸附剂。物理吸附剂容易再生，但由于从空气中吸收CO2一般都是在常温下进行反应，所以物理吸附剂的吸附性和选择性较差。化学吸附依赖于化学键力来吸附，化学吸附剂吸附性较强，但由于化学键力使得分子结合紧密，在CO2脱附时耗能较大。而吸收一般通过化学反应实现吸收操作，但工艺复杂，吸收效率不高。因此如何开发兼具高吸附容量和高选择性的吸附材料是DAC发展的关键。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统及方法，通过该系统，可以开展针对不同湿度空气条件下不同吸附材料吸附、再生等过程的试验研究，重点可开展吸附剂材料的开发与筛选工作。
[0013]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0014]一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，包括二氧化碳吸附/再生装置、空气送入系统、控制系统和检测系统；
[0015]二氧化碳吸附/再生装置包括吸附装置和再生装置，再生装置用于对吸附装置进行加热；
[0016]空气送入系统用于将不同湿度的空气送入二氧化碳吸附/再生装置中的吸附装置中；
[0017]控制系统用于控制送入吸附装置中的空气湿度；
[0018]检测系统用于对经吸附装置吸附的空气进行流量检测、温度检测以及CO2检测。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，吸附装置中布置有蜂窝状结构的吸附剂。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，吸附装置中布置有空隙状结构的吸附剂。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，再生装置为加热器。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，空气送入系统包括送风机和蒸汽发生器，送风机的出口和蒸汽发生器的出口分别连接至混合阀的第一进口和第二进口，混合阀的出口连接至吸附装置的进口。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，控制系统包括设置在送风机的出口与混合阀的第一进口之间的第一控制阀和第一流量计，以及设置在蒸汽发生器的出口混合阀的第二进口之间的第二控制阀。
[0024]本专利技术进一步的改进在于，控制系统还包括设置在混合阀的出口与吸附装置的进口之间的第二流量计和湿度、CO2检测仪。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，检测系统包括设置在吸附装置的出口处的第三流量计、温度计和CO2检测仪。
[0026]一种空气直接捕集二氧化碳试验研究方法，该方法基于所述的一种空气直接捕集
二氧化碳试验研究系统，包括：
[0027]空气直接捕集二氧化碳吸附过程，送风机启动，将空气送入管道，通过送风机后的第一控制阀控制空气流量，通过第一流量计检测空气流量；蒸汽发生器启动，将产生的水蒸气送入管道通过混合阀与空气混合，通过蒸汽发生器后的第二控制阀控制混合后空气的湿度，通过混合阀后的第二流量计、湿度、CO2检测仪检测送入吸附/再生装置的空气量、湿度以及CO2浓度；空气在二氧化碳吸附/再生装置中CO2被吸附，完成吸附后的空气排出后通过CO2检测仪检测CO2浓度，判别吸附剂是否饱和；
[0028]空气直接捕集二氧化碳吸附剂再生过程，当二氧化碳吸附/再生装置中吸附剂基本饱和时，关闭送风机、蒸汽发生器以及相应的控制阀，启动吸附/再生装置加热器进行加热，吸附剂升温后解吸二氧化碳，通过吸附/再生装置后的CO2检测仪检测解吸的CO2浓度，判别吸附剂再生过程是否完成。
[0029]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0030]本专利技术提出的一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统及方法，可以实现以下功能：
[0031](1)通过蒸汽发生器向空气中混入水蒸汽，可以实现针对不同湿度条件下空气中二氧化碳捕集试验研究；
[0032](2)通过调整吸附/再生装置中的吸附剂种类，可以开展不同吸附剂材料的优化及筛选试验研究；
[0033](3)通过系统配置的二氧化碳检测装置，可以开展不同吸附剂材料的吸附性能试验研究；
[0034](4)通过加热器升温加热吸附材料，可以开展不同吸附剂材料再生性能试验研究；
[0035](5)通过系统全过程电耗、热耗测试，可以开展不同吸附剂材料全过程能耗评估研究。
附图说明
[0036]图1为本专利技术一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统的结构示意图。
[0037]附图标记说明：
[0038]1‑
送风机，2
‑
第一控制阀，3
‑
第一流量计，4
‑
混合阀，5
‑
蒸汽发生器，6
‑
第二控制阀，7
‑
第二流量计，8
‑
湿度、CO2检测仪，9
‑
二氧化碳吸附/再生装置，10
‑
加热器，11
‑
吸附剂，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，其特征在于，包括二氧化碳吸附/再生装置、空气送入系统、控制系统和检测系统；二氧化碳吸附/再生装置包括吸附装置和再生装置，再生装置用于对吸附装置进行加热；空气送入系统用于将不同湿度的空气送入二氧化碳吸附/再生装置中的吸附装置中；控制系统用于控制送入吸附装置中的空气湿度；检测系统用于对经吸附装置吸附的空气进行流量检测、温度检测以及CO2检测。2.根据权利要求1所述的一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，其特征在于，吸附装置中布置有蜂窝状结构的吸附剂。3.根据权利要求1所述的一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，其特征在于，吸附装置中布置有空隙状结构的吸附剂。4.根据权利要求1所述的一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，其特征在于，再生装置为加热器。5.根据权利要求1所述的一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，其特征在于，空气送入系统包括送风机和蒸汽发生器，送风机的出口和蒸汽发生器的出口分别连接至混合阀的第一进口和第二进口，混合阀的出口连接至吸附装置的进口。6.根据权利要求5所述的一种空气直接捕集二氧化碳试验研究系统，其特征在于，控制系统包括设置在送风机的出口与混合阀的第一进口之间的第一控制阀和第一流量计，以及设置在蒸汽发生器的出口混合阀的第二进口之间的第二控制阀。7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志超，曾卫东，姚伟，晋中华，梁法光，张波，向小凤，张向宇，敬小磊，李宇航，谢贝贝，姚柳，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：