一种二氧化碳直接空气捕集方法技术

本发明专利技术提供了一种二氧化碳直接空气捕集方法，包括以下步骤：(1)吸收阶段：通过吸附剂吸收捕集空气中的二氧化碳直至饱和；(2)解吸再生阶段：在高真空状态下，将吸附剂加热至105～110℃，使吸附剂解吸再生，释放出纯的二氧化碳气体；(3)冷却阶段：利用空气对吸附剂降温至室温后，进行下一个吸收

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳直接空气捕集方法


[0001]本专利技术属于碳捕集
，具体地，本专利技术涉及一种二氧化碳直接空气捕集方法。

技术介绍

[0002]目前，大气中的二氧化碳浓度已超过417ppm，且其排放量逐年增加。作为温室气体的主要成分，CO2排放量的增多加剧了全球变暖，进而导致大量冰川融化加快、海平面升高、生态环境发生恶劣变化。因此，通过CO2减排等碳中和技术来延缓全球变暖越来越受重视。
[0003]二氧化碳捕集、利用和封存技术(carbon capture,utilization and storage，CCUS)被认为是减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、最可行的方法。CCUS作为深度减排技术，对火电、钢铁、水泥、化工等工业固定排放源进行直接捕集相对有效且可节约运输成本。然而不同排放源二氧化碳浓度及捕集方式的不同使碳捕集技术的能耗差异较大。目前主要的碳捕集技术分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集。燃烧前捕集是将燃料中的含碳组分转化为水煤气，进而将二氧化碳从中分离，该方式多用于整体煤气化联合循环电站；富氧燃烧捕集则是将纯氧从空气中分离并通入燃烧系统，辅以烟气循环，该技术捕集的二氧化碳纯度高，但系统总投资较高；燃烧后捕集则是从烟气中分离二氧化碳，该技术能耗较高。此外，以上几种二氧化碳捕集方式都是应对工业集中源排放CO2的集中捕集技术，但实际上，全球每年约有30～50％的CO2来自交通运输业、居民建筑热能、小型工厂等分布式排放源。
[0004]直接空气捕集(Direct air capture，DAC)二氧化碳技术是一种重要的CCUS技术，也是一种不可或缺的负排放技术，其不同于传统二氧化碳捕集技术，DAC工艺可以作为集中捕集技术的有效补偿。该技术可以从环境空气中去除CO2，从而有效地降低空气中二氧化碳的含量。DAC工艺一般由空气捕集模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO2储存模块三部分组成。在空气捕集模块，大多先通过引风机等设备对空气中CO2进行捕集，再通过固体吸附材料或液体吸收材料吸收CO2；吸收剂或吸附剂再生模块主要通过高温脱附等方法对材料进行再生；CO2储存模块主要通过压缩机将收集的CO2送入储罐中贮存。DAC工艺可对小型化石燃料燃烧装置以及交通工具等“分散式”排放源进行捕集，更重要的是可以维持并真实地降低大气中二氧化碳浓度。因此，DAC工艺作为实现“双碳”目标的托底技术，从空气中直接去除二氧化碳，并永久转化和封存，其技术的开发显得尤为重要。目前国际上的直接空气碳捕集工艺主要采用碱性溶液和胺类吸附剂，而已有的碱性溶液再生过程中耗能较高，不利用工程利用；现有的胺类吸附剂吸附容量较低，总体处理量较小，工程中吸收
‑
再生循环使用过程中稳定性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术实施例提供了一种二氧化碳直接空气捕集方法，包括以下步骤：
[0006](1)吸收阶段：通过吸附剂吸收捕集空气中的二氧化碳直至饱和；
[0007](2)解吸再生阶段：在高真空状态下，将吸附剂加热至105～110℃，使吸附剂解吸再生，释放出纯的二氧化碳气体；
[0008](3)冷却阶段：利用空气对吸附剂降温至室温后，进行下一个吸收
‑
解吸再生循环；
[0009]所述吸附剂由包括如下步骤的方法制备得到：将煤粉与碳酸钾溶液混合后进行活化处理，生成多孔碳材料；再将多孔碳材料与碳纳米管、离子液体混合后，进行碳化处理，制得所述吸附剂。
[0010]本专利技术实施例二氧化碳直接空气捕集方法，利用二氧化碳吸附剂吸收捕集空气中的二氧化碳直至饱和，然后在高真空状态下，将吸附剂进行解吸再生，从而释放出纯的二氧化碳气体，最后再利用空气对吸附剂进行降温，便于进行下一个吸收
‑
解吸再生循环过程。该方法工艺简单，能耗低，成本低；另一方面，本专利技术实施例中，通过将煤粉与碳酸钾溶液混合后进行活化处理，制得多孔碳材料；再将其与碳纳米管、离子液体均匀混合并进行碳化处理，制得所述吸收剂，该制备方法中采用煤粉作为碳源，碳源适应性广，成本较低，且该制备方法工艺简单，易操作，制得的吸收剂对二氧化碳的吸收效果较好。
[0011]在一些实施例中，步骤(2)中，所述加热是通过电流而造成的焦耳效应来执行的。
[0012]在一些实施例中，步骤(2)中，所述高真空状态下的压力为1.33
×
10
‑1～1.33
×
10
‑6Pa。
[0013]在一些实施例中，步骤(1)中，所述吸附剂在温度20～30℃，压力为1～1.5atm(1～1.5 个标准大气压)的条件下对空气中的二氧化碳进行吸收。
[0014]在一些实施例中，步骤(1)中，所述空气的流量为10000～12000m3/h。
[0015]在一些实施例中，所述吸附剂的制备方法中，所述煤粉的目数为60～80目；所述碳酸钾溶液的质量分数为5～8wt.％；所述煤粉与所述碳酸钾溶液的质量比为1:25～1:30；所述搅拌混合的时间为12～24h。
[0016]在一些实施例中，所述吸附剂的制备方法中，所述活化处理的温度为400～600℃，优选为400℃；活化时间为3～5h，优选为3h；所述活化处理是在惰性气体(如氩气等)保护下进行的。
[0017]在一些实施例中，所述吸附剂的制备方法中，所述离子液体的阳离子为季铵盐离子、季膦盐离子、咪唑离子、吡啶离子、吡咯离子、哌啶离子中的一种或两种以上的组合；所述离子液体的阴离子为氯离子([Cl]‑
)、溴离子([Br]‑
)、四氟硼酸根离子([BF4]‑
)、六氟磷酸根离子([BF6]‑
)、氯铝酸根离子([AlCl3]‑
)、过氟甲基磺酸亚胺盐离子([Tf2N]‑
) 中的一种或两种以上的组合。
[0018]在一些实施例中，所述吸附剂的制备方法中，所述多孔碳材料与所述碳纳米管的质量比为(1～3):(2～8)；所述离子液体的浓度为10～15mmol/L；所述多孔碳材料与所述离子液体的质量体积比为(6～10)g:(100～150)ml。
[0019]在一些实施例中，所述吸附剂的制备方法中，所述碳化处理的温度为400～600℃，优选为400℃；碳化时间为6～12h，优选为6～8h；所述碳化处理是在惰性气体(如氩气等) 保护下进行的。
[0020]本专利技术所具有的优点和有益效果为：
[0021](1)本专利技术实施例二氧化碳直接空气捕集方法利用二氧化碳吸附剂直接对空气中
的二氧化碳进行捕集吸收，然后在高真空状态下，将吸附剂进行解吸再生，最后利用空气对吸附剂进行降温，以进行下个吸收
‑
解吸再生循环过程，该捕集方法工艺简单，所采用的吸收剂对二氧化碳的吸收效果较好，此外，该过程不需要过高的再生能耗，可以节约能源，且成本较低。
[0022](2)本专利技术实施例二氧化碳直接空气捕集方法中的吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳直接空气捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)吸收阶段：通过吸附剂吸收捕集空气中的二氧化碳直至饱和；(2)解吸再生阶段：在高真空状态下，将吸附剂加热至105～110℃，使吸附剂解吸再生，释放出纯的二氧化碳气体；(3)冷却阶段：利用空气对吸附剂降温至室温后，进行下一个吸收
‑
解吸再生循环；所述吸附剂由包括如下步骤的方法制备得到：将煤粉与碳酸钾溶液混合后进行活化处理，生成多孔碳材料；再将多孔碳材料与碳纳米管、离子液体混合后，进行碳化处理，制得所述吸附剂。2.根据权利要求1所述的二氧化碳直接空气捕集方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热是通过电流而造成的焦耳效应来执行的。3.根据权利要求1所述的二氧化碳直接空气捕集方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高真空状态下的压力为1.33
×
10
‑1～1.33
×
10
‑6Pa。4.根据权利要求1所述的二氧化碳直接空气捕集方法，其特征在于，步骤(1)中，所述吸附剂在温度为20～30℃，压力为1～1.5atm的条件下对空气中的二氧化碳进行吸收。5.根据权利要求1所述的二氧化碳直接空气捕集方法，其特征在于，步骤(1)中，所述空气的流量为10000～12000m3/h。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑棹方，王焕君，郭东方，杜秉晓，刘仁龙，孙文利，周星，张旭，阴利民，邓正鑫，沈玉玲，
申请(专利权)人：华能大庆热电有限公司，
类型：发明
国别省市：