一种双热源热泵型空气碳直接捕集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其包括余热回收系统、高温供热热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统，高温供热热泵系统的蒸发器和吸附床并联连接形成系统的双热源，吸附床与蒸发器呈并联关系，向所述喷射泵输入两股冷媒流体。空气二氧化碳连续直接捕集系统包括碳吸附子系统和碳脱附子系统，所述碳吸附子系统包括流体连通且适于空气流动的空压机、吸附床和排气头，所述碳脱附子系统包括流体连通且适于二氧化碳流动的脱附床、真空泵和储气罐。本发明专利技术实现了空气中二氧化碳的直接、连续捕集，且使用余热和二氧化碳吸附热双热源提供脱附所需热量，有效地降低了系统能耗。系统能耗。系统能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种双热源热泵型空气碳直接捕集系统


[0001]本专利技术专利涉及热泵节能以及碳捕集
，特别涉及一种双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其为余热热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统的高度耦合系统。

技术介绍

[0002]化石燃料燃烧使空气中二氧化碳浓度不断升高，减少人为的二氧化碳排放，缓解全球变暖问题已成为全人类共识。直接从空气中捕集二氧化碳是除了生物碳捕集以外唯一的负排放技术。它具有占地面积小，布置灵活等优点，具有很大的减碳潜力。但能耗高，捕集成本高的问题严重制约了在社会的应用。目前的空气二氧化碳连续直接捕集系统中约80％的能耗为热能，因此若可以降低这部分热能能耗，可以有效地降低其捕集成本。热泵系统是一种可以有效地回收低品位热源的高效的节能系统，因此将热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统结合，回收工业、化工等余热是一种行之有效的节能措施。
[0003]目前，空气二氧化碳连续直接捕集系统分为高温吸收捕集系统和低温吸附捕集系统。固体胺基吸附剂的空气二氧化碳连续直接捕集系统的脱附温度较低，为80～120摄氏度。而空气二氧化碳直接捕集系统的吸附温度一般为环境温度，从吸附过程到脱附过程的动态转变需要较大的温升。直接应用利用余热的高温供热热泵系统来提供蒸汽以满足空气二氧化碳连续直接捕集系统脱附所需的高温，会存在系统的适用范围窄(需要高温余热)和性能(COP)低的问题。
[0004]因此研究新型、高效、绿色、环保的高温供热热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统的耦合系统十分关键。

技术实现思路
/>[0005]为弥补现有空气二氧化碳连续直接捕集系统的不足，本申请之目的首先在于提供一种双热源热泵型直接空气碳捕集系统，包括余热回收系统、高温供热热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统。从而解决上述现有技术中的技术问题。本文所述的双热源热泵型直接空气碳捕集系统，将余热和捕集二氧化碳时自身释放的热量作为二氧化碳脱附时的能量来源，充分利用了系统自身的热量，扩大了余热的使用温区范围。所述蒸发器14和所述反应床A 5或所述反应床B 23并联，和所述喷射泵10连接，提高了冷媒流体的压力，降低了所述压缩机12的功耗，提高了热泵的性能。同时，对于空气二氧化碳连续直接捕集系统，吸附时的热量提升不利于吸附过程的正向进行，所以利用冷媒流体带走吸附放热，降低吸附床的温度，使得吸附反应更加快速高效。二氧化碳脱附时，吸附剂直接和高温供热热泵系统的循环冷媒流体进行热交换，更加高效节能。热泵系统和直接空气碳捕集系统的高度耦合，减少了分散布置的设备数和换热步骤，充分利用了系统自身的热量，降低温升，使得系统可以在余热温度较低的条件下使用，减少系统能耗，有利于直接空气二氧化碳技术的社会化应用。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案。
[0007]在第一方面中，本申请提供一种双热源热泵型空气二氧化碳连续直接捕集系统，包括余热回收系统，高温供热热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统，其特征在于，所述余热回收系统包括依次流体连通的余热进液管路、蒸发器和余热回液管路；
[0008]所述高温供热热泵系统包括流体连通的压缩机、脱附床、膨胀阀、吸附床、蒸发器、喷射泵，其中所述蒸发器和所述吸附床并联连接形成系统的双热源，所述压缩机、所述脱附床、所述膨胀阀、所述吸附床和所述蒸发器依次流体连通形成冷媒流体循环回路；
[0009]其中所述吸附床与所述蒸发器呈并联关系，向喷射泵输入两股冷媒流体。
[0010]所述空气二氧化碳连续直接捕集系统，包括空压机、吸附床、排气头依次空气流体连通的碳吸附子系统，脱附床、真空泵、储气罐依次二氧化碳流体连通的碳脱附子系统。
[0011]在第一方面的一种实施方式中，所述双热源热泵型直接空气碳捕集系统，所述双热源分别为余热热源和二氧化碳的吸附放热热源，所述余热热源来自余热回收系统，包含余热的外部流体用于加热流经蒸发器的冷媒流体。所述二氧化碳的吸附放热热源来自高温供热热泵系统。
[0012]在第一方面的一种实施方式中，所述蒸发器内还设置有蒸发盘管，所述蒸发盘管内外两侧分别流经冷媒流体和余热流体。所述余热流体经由所述余热进液管路，在所述蒸发器内核所述冷媒流体充分热交换后，经由余热回液管路流出。
[0013]在第一方面的一种实施方式中，所述高温供热热泵系统包括压缩机、脱附床、膨胀阀、吸附床、蒸发器、喷射泵，所述蒸发器和所述吸附床经由冷媒流体并联连接，两股压力不同的冷媒流体经由所述喷射泵汇聚后，与所述压缩机连接，后依次经由所述脱附床，所述膨胀阀，冷媒流体分流后再次分别流经所述蒸发器和所述吸附床。
[0014]在第一方面的一种实施方式中，所述高温供热热泵系统还包括四通换向阀，通过所述四通换向阀的切换完成所述冷媒流体的流向和所述反应床，吸附床、脱附床状态的切换；
[0015]以及，所述吸附床、所述脱附床状态的切换，和所述吸附床呈并联关系的所述蒸发器由于所述吸附床和所述脱附床的状态切换，所述蒸发器通过阀门切换流路。
[0016]在第一方面的一种实施方式中，所述膨胀阀的上游和下游，分别设置有膨胀阀正向阀和膨胀阀反向阀。所述膨胀阀正向阀开启时，所述膨胀阀反向阀关闭，所述冷媒流体正向流动。所述四通换向阀切换改变所述冷媒流体流动，所述膨胀阀正向阀关闭，所述膨胀阀反向阀开启。
[0017]其中，所述膨胀阀正向阀和所述膨胀阀反向阀设置在所述膨胀阀正向出口管路和所述膨胀阀反向出口管路，所述膨胀阀正向阀开启，所述膨胀阀反向阀关闭。所述膨胀阀正向出口管路连接所述蒸发器，所述蒸发器连接所述喷射泵，所述喷射泵连接所述压缩机，所述压缩机连接所述四通换向阀，所述四通换向阀连接所述脱附床，所述脱附床连接所述膨胀阀，所述膨胀阀连接所述膨胀阀出口管路和所述吸附床，所述吸附床连接所述四通换向阀，所述四通换向阀连接所述喷射泵，所述喷射泵连接所述压缩机，所述压缩机连接所述四通换向阀，所述四通换向阀连接所述脱附床，所述脱附床连接所述膨胀阀，所述膨胀阀连接所述膨胀阀出口管路和所述吸附床，所述冷媒流体完成正向循环。
[0018]其中，所述膨胀阀正向阀关闭，所述膨胀阀反向阀开启，所述吸附床和所述脱附床切换，所述冷媒流体完成反向循环。
[0019]在第一方面的一种实施方式中，所述的空气二氧化碳连续直接捕集系统包括空压机、吸附床、排气头依次空气流体连通的碳吸附子系统，脱附床、真空泵、储气罐依次二氧化碳流体连通的碳脱附子系统。在该实施方式中，所述空压机和所述吸附床通过管路连接，管路上靠近所述吸附床的一端有所述吸附床入口阀门，所述吸附床出口和所述排气头通过吸附床排气管道连接，所述吸附床排气管道上靠近所述排气头一侧设置有吸附床出口阀门。在该实施方式中，所述脱附床气体入口端有脱附床入口阀门，所述脱附床气体出口端有脱附床排气管路，一端连接所述真空泵，所述真空泵和所述储气罐连接。所述脱附床排气管路上设置有脱附床出口阀门。所述吸附床和所述脱附床由于状态可以切换，故两个反应床均可以通过阀门的切换构成碳吸附子系统以及碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其特征在于，包括余热回收系统、高温供热热泵系统和空气二氧化碳连续直接捕集系统，所述余热回收系统包括依次流体连通的余热进液管路、蒸发器和余热回液管路；所述高温供热热泵系统包括流体连通的压缩机、脱附床、膨胀阀、吸附床、蒸发器以及喷射泵，其中所述蒸发器和所述吸附床并联连接形成系统的双热源，所述压缩机、所述脱附床、所述膨胀阀、所述吸附床和所述蒸发器依次流体连通形成冷媒流体循环回路；其中所述吸附床与所述蒸发器呈并联关系，向所述喷射泵输入两股冷媒流体；所述空气二氧化碳连续直接捕集系统包括碳吸附子系统和碳脱附子系统，所述碳吸附子系统包括流体连通且适于空气流动的空压机、吸附床和排气头，所述碳脱附子系统包括流体连通且适于二氧化碳流动的脱附床、真空泵和储气罐。2.如权利要求1所述的双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其特征在于，所述双热源分别为余热热源和二氧化碳的吸附放热热源，所述余热热源来自余热回收系统，包含余热的外部流体用于加热流经蒸发器的冷媒流体，所述二氧化碳的吸附放热热源来自高温供热热泵系统。3.如权利要求2所述的双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其特征在于，在所述余热回收系统中，所述蒸发器内设置有蒸发盘管，所述蒸发盘管内外两侧分别流经冷媒流体和余热流体，所述余热流体经由所述余热进液管路，在所述蒸发器内核所述冷媒流体充分热交换后，经由余热回液管路流出。4.如权利要求1所述的双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其特征在于，所述高温供热热泵系统包括压缩机、脱附床、膨胀阀、吸附床、蒸发器、喷射泵，所述蒸发器和所述吸附床经由冷媒流体并联连接，两股压力不同的冷媒流体经由所述喷射泵汇聚后，与所述压缩机连接，后依次经由所述脱附床，所述膨胀阀，冷媒流体分流后再次分别流经所述蒸发器和所述吸附床。5.如权利要求4所述的双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其特征在于，在所述高温供热热泵系统中，所述吸附床和所述脱附床只表示床层的反应状态，反应床可以在吸附床和脱附床两个反应状态之间切换，所述反应床内有两个流体通道，一个为所述冷媒流体，一个为所述空气流体或二氧化碳流体；所述空气流体流经的反应床为吸附床，所述二氧化碳流体流经的为脱附床；以及，所述高温供热热泵系统还包括四通换向阀，通过所述四通换向阀的切换完成所述冷媒流体的流向和所述反应床、吸附床、脱附床状态的切换；以及，所述吸附床、所述脱附床状态的切换，和所述吸附床呈并联关系的所述蒸发器由于所述吸附床和所述脱附床的状态切换，所述蒸发器通过阀门切换流路。6.如权利要求5所述的双热源热泵型空气碳直接捕集系统，其特征在于，在所述高温供热热泵系统中，所述膨胀阀的上游和下游，分别设置有膨胀阀正向阀和膨胀阀反向阀；所述膨胀阀正向阀开启时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，葛冰瑶，朱炫灿，干卓臻，吴迪，王如竹，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：