耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法技术方案

本申请提出一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。其中，该系统包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元；每个二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接；热泵单元中蒸发器的入口与原空气管道连接，热泵单元中蒸发器的出口与水分离存储单元连接；热泵单元中冷凝器的入口与解吸介质管道连接，热泵单元中冷凝器的出口与总热解吸介质管道连接；水分离存储单元与总除水空气管道连接；二氧化碳存储单元分别与每个二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。本方案一方面可以利用热泵技术来降低系统的能耗，另一方面也可以提升二氧化碳捕集效率，并同时实现捕水的目的。现捕水的目的。现捕水的目的。

【技术实现步骤摘要】
耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法


[0001]本申请涉及水和二氧化碳的捕集
，尤其涉及一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。

技术介绍

[0002]随着全球气候变化，二氧化碳减排技术受到越来越多的关注；除了常规的从工业源减排二氧化碳外，直接从空气中捕集二氧化碳也作为一种可行的二氧化碳减排技术路线成为全世界关注的热点。
[0003]吸附法是从空气中捕集二氧化碳的主要方式，其通常采用固定床吸附剂对空气的中二氧化碳进行吸附，再采用蒸汽等热的解吸介质对吸附剂进行加热，使二氧化碳解吸附，从而实现空气中二氧化碳的脱除。但由于空气中的水分含量远高于二氧化碳，所以实际应用吸附法直接捕集空气中二氧化碳时，水分会与二氧化碳产生竞争吸附，导致定量吸附剂对二氧化碳吸附量的下降，严重影响二氧化碳的捕集效率，增加二氧化碳的捕集能耗。
[0004]此外，在荒漠、戈壁等干旱地区淡水缺乏，从空气中捕水也成为缓解水资源短缺的一种重要技术途径。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本申请提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。
[0006]根据本申请的第一方面，提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元；其中：
[0007]每个所述二氧化碳吸附器，用于对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并在加热后的解吸介质的作用下对已吸附的二氧化碳进行解吸附；每个所述二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接；
[0008]所述热泵单元，用于对原空气进行降温，并对解吸介质进行加热；所述热泵单元中蒸发器的入口与原空气管道连接，所述热泵单元中蒸发器的出口与所述水分离存储单元连接；所述热泵单元中冷凝器的入口与解吸介质管道连接，所述热泵单元中冷凝器的出口与总热解吸介质管道连接，且所述总热解吸介质管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的热解吸介质管道连接；
[0009]所述水分离存储单元，用于对经降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；所述水分离存储单元与总除水空气管道连接，且所述总除水空气管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的除水空气管道连接；
[0010]所述二氧化碳存储单元，用于对解吸气中的二氧化碳进行存储；所述二氧化碳存储单元分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。
[0011]在本申请的一些实施例中，每个所述二氧化碳吸附器连接的除水空气管道均安装有除水气进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的净空气管道均安装有净空气排气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的热解吸介质管道均安装有介质进气阀；每个所述二氧化碳吸
附器连接的解吸气管道均安装有解吸气排气阀。
[0012]作为一种实施方式，所述水分离存储单元包括气液分离器和储水罐；其中：
[0013]所述气液分离器，用于对降温后的原空气进行气液分离；所述气液分离器的气体入口与热泵单元的蒸发器的出口连接；所述气液分离器的气体出口与所述总除水空气管道连接；所述气液分离器的液体出口与所述储水罐连接。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述系统还包括引风机；其中：
[0015]所述引风机分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的净空气管道连接，以排出经二氧化碳吸附后的洁净空气。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述解吸介质为纯二氧化碳气体。
[0017]作为一种实施方式，所述二氧化碳存储单元包括真空泵、压缩机和二氧化碳储罐；其中：
[0018]所述真空泵的入口分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接，以将解吸出的二氧化碳气体排出；
[0019]所述压缩机的入口与所述真空泵的出口连接，用于对解吸出的二氧化碳气体进行压缩；
[0020]所述二氧化碳储罐与所述压缩机的出口连接，用于对压缩后液态的二氧化碳进行存储。
[0021]其中，每个所述二氧化碳吸附器中均布置有基于多孔基材与有机胺改性制备的二氧化碳吸附剂。
[0022]根据本申请的第二方面，提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法，所述方法应用于上述第一方面所述的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，包括：
[0023]所述热泵单元中的蒸发器对所述原空气进行降温处理；
[0024]所述水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；
[0025]处于吸附过程的二氧化碳吸附器对除水空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气；
[0026]所述热泵单元中的冷凝器对解吸介质进行加热处理；
[0027]处于解吸过程的二氧化碳吸附器，在加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳进行解吸附，获取解吸出的二氧化碳气体；
[0028]所述二氧化碳存储单元对解吸出的二氧化碳气体进行存储。
[0029]根据本申请的技术方案，通过热泵单元对原空气进行降温，并通过水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，以对原空气中的水分进行捕集，二氧化碳吸附器对除水后的空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气，此外，二氧化碳吸附器在通过热泵单元加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳进行解吸，从而实现空气中水和二氧化碳的同时捕集。本方案利用热泵单元将空气中的低品位热能转化为可用于二氧化碳解吸的高品位热能，不仅可以使系统的能耗降低，也可以实现对原空气中水分的捕集，对干旱地区用水需求具有重要的意义。此外，对原空气进行降温除水，不仅可以降低二氧化碳吸附阶段中水的竞争吸附，也可以提高空气中二氧化碳的吸附容量，提升二氧化碳的捕集效率，缓解温室气体造成的气候变化。
[0030]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0031]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0032]图1为本申请实施例提供的一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统的结构框图；
[0033]图2为本申请实施例提供的一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法的流程图。
[0034]附图标记：
[0035]第一二氧化碳吸附器，101；第二二氧化碳吸附器，102；热泵单元，103；节流阀，103
‑
1；蒸发器，103
‑
2；第一压缩机，103
‑
3；冷凝器，103
‑
4；水分离存储单元，104；气液分离器，104
‑
1；储水罐，104
‑
2；二氧化碳存储单元，105；真空泵，105
‑
1；第二压缩机，105
‑
2；二氧化碳储罐，105
‑
3；引风机，106；第一除水空气管道，L1；第一净空气管道，L2；第一热解吸介质管道，L3；第一解吸气管道L4；第二除水空气管道，L5；第二净空气管道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，其特征在于，包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元；其中：每个所述二氧化碳吸附器，用于对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并在加热后的解吸介质的作用下对已吸附的二氧化碳进行解吸附；每个所述二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接；所述热泵单元，用于对原空气进行降温，并对解吸介质进行加热；所述热泵单元中蒸发器的入口与原空气管道连接，所述热泵单元中蒸发器的出口与所述水分离存储单元连接；所述热泵单元中冷凝器的入口与解吸介质管道连接，所述热泵单元中冷凝器的出口与总热解吸介质管道连接，且所述总热解吸介质管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的热解吸介质管道连接；所述水分离存储单元，用于对经降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；所述水分离存储单元与总除水空气管道连接，且所述总除水空气管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的除水空气管道连接；所述二氧化碳存储单元，用于对解吸气中的二氧化碳进行存储；所述二氧化碳存储单元分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述二氧化碳吸附器连接的除水空气管道均安装有除水气进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的净空气管道均安装有净空气排气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的热解吸介质管道均安装有介质进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的解吸气管道均安装有解吸气排气阀。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水分离存储单元包括气液分离器和储水罐；其中：所述气液分离器，用于对降温后的原空气进行气液分离；所述气液分离器的气体入口与热泵单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡铭，李阳，程广文，杨嵩，杨成龙，赵瀚辰，郭中旭，
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：