一种连续空气碳捕集模块化试验系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种连续空气碳捕集模块化试验系统及控制方法，包括吸附装置、解吸装置和吸附剂再生系统，吸附装置为三段式结构，实现了再生吸附剂在降温段的进一步降温，实现完全再生，进入吸附段与圆筒四周空气充分接触，完成饱和吸附；进入饱和段从而送去负压解吸装置，即一罐接料加热状态，另一罐负压进一步解吸状态，实现连续性操作，解吸后CO2一部分加热器加热后循环回到解吸罐，并提供热量；解吸后的高温吸附剂，经缓冲罐初步降温，再经提升管输送段充分降温，最后送入吸附装置的降温段彻底降温，完成吸附剂再生，如此循环，能够简化碳捕集工艺流程，实现空气捕碳全过程的连续化运行，减少设备使用数量，同时大大提高了系统利用效率。用效率。用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种连续空气碳捕集模块化试验系统及控制方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳捕捉吸附
，具体涉及一种连续空气碳捕集模块化试验系统及控制方法。

技术介绍

[0002]空气碳捕集技术(direct air capture，DAC)是目前可行的CO2减排技术之一，主要原理是利用吸附材料上的活性基团将空气中低浓度的CO2捕集，吸附饱和后的吸附材料通过变压、变温、变湿工艺进行解吸附，同时进行吸附材料的再生，再循环利用，捕集后的CO2则由低浓度富集为高浓度，进而被进一步利用。
[0003]DAC具有处理分散排放源、无烟气中杂质气体影响等技术优点，面临全球CO2排放量逐年增加的境况，在“碳中和，碳达峰”的双碳背景下，DAC作为负碳排放技术亟需进一步发展。DAC应用较为成熟的是农业大棚场景的固定床式吸附装置和工艺，对提高农作物的生长和产品品质效果较好。而针对大规模、低成本的空气碳捕集工艺，固定床工艺无法实现连续性工况，且布置不紧凑、涉及辅助设备繁琐、占地面积较大，更无法实现模块单元化供货，固定床技术明显不能满足。
[0004]目前，DAC技术的关键设备无论是采用矩形塔或其他设备进行低温吸附，还是吸附完成后使用低温蒸汽(85～100℃)对CO2进行脱附收集，其吸附/再生过程都不可连续性，造成整体效率不高的问题。而连续DAC工艺的多采用流化床技术，包括吸附剂料仓、吸附设备、解吸附设备、再生设备、多级冷却换热设备以及其他辅助设备等，繁琐且占地面积大，当处理大规模需要紧凑布置进而模块化供货时较难实现。
专利技术内容
[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种连续空气碳捕集模块化试验系统及控制方法，能够简化碳捕集工艺流程，实现空气捕碳全过程的连续化运行，减少设备使用数量，同时大大提高了系统利用效率。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种连续空气碳捕集模块化试验系统，包括，
[0008]吸附装置、解吸装置和吸附剂再生系统；
[0009]所述解吸装置包括负压解吸装置；
[0010]所述吸附剂再生系统包括缓冲罐和提升管输送段；
[0011]所述吸附装置的进料口分别连接有吸附剂输送管道和再生吸附剂管道；所述吸附装置为环隙结构；所述吸附装置由上到下依次包括降温段、吸附段和饱和段；所述降温段分别与吸附剂输送管道和再生吸附剂管道连接，所述饱和段与负压解吸装置连接；
[0012]所述负压解吸装置的顶部出口连接有产品气排出管道，其中产品气排出管道的一路与负压解吸装置连接形成循环气加热系统；所述负压解吸装置包括第一解吸空间和第二解吸空间；
[0013]所述负压解吸装置的底部出口与缓冲罐的进口连接，所述缓冲罐的出口与提升管输送段连接，所述提升管输送段通过再生吸附剂管道与吸附装置的降温段连接。
[0014]优选的，所述降温段采用金属封闭的环隙结构，所述吸附段采用金属丝网的环隙结构，所述金属丝网的孔径小于吸附剂的粒径；所述饱和段采用金属封闭的环隙结构。
[0015]优选的，所述吸附装置通过金属支架支撑；所述饱和段为圆锥筒状结构，所述吸附段为圆筒状结构，所述降温段为圆锥筒状结构。
[0016]优选的，所述第一解吸空间和第二解吸空间之间通过闸板阀分隔。
[0017]优选的，所述负压解吸装置的进口管路上设置有解吸装置流量计；所述吸附装置的底部出口处设置有卸料阀，所述负压解吸装置的进口与吸附装置之间设置有第一螺旋输送器，所述第一螺旋输送器与卸料阀通过管道连接；所述负压解吸装置上设置有负压表。
[0018]优选的，所述负压解吸装置的出口与缓冲罐之间设置有第二螺旋输送器；所述缓冲罐的进口管路上设置有第二阀门；所述缓冲罐的顶部设置有空气排空管路；所述缓冲罐的出口管路上设置有输送装置和第三阀门。
[0019]优选的，所述产品气排出管道上设置有脱附泵和产品气流量计，所述产品气排出管道的支路与负压解吸装置连接，所述产品气排出管道与负压解吸装置的连接管路上设置有第一阀门、加热器和CO2气体温度计。
[0020]优选的，所述吸附装置的顶部设置有空气排出管道，所述空气排出管道上设置有吸附风机和空气流量计。
[0021]优选的，所述吸附剂输送管道上设置有吸附剂补料流量计，所述再生吸附剂管道上设置有再生吸附剂流量计和再生吸附剂温度计。
[0022]一种连续空气碳捕集模块化试验系统的控制方法，包括，
[0023]新鲜吸附剂和再生吸附剂进入吸附装置的环隙结构内，吸附剂在降温段内自由沉降，并与吸附段进入的空气充分接触，通过吸附剂上的活性基团捕获空气中的CO2，吸附饱和后的吸附剂进入饱和段，从吸附段四周进入的空气穿过环隙结构内自然沉降的吸附剂并在吸附段沿程充分吸附，进入吸附装置中空内，再从吸附装置的顶部送出；在饱和段的吸附剂的饱和度达到预设值时，进入负压解吸装置，先在第一解吸空间接料并在热量作用下解吸，再负压后进一步解吸，当第一解吸空间内的饱和吸附剂容积达到预设值后，第二解吸空间接替第一解吸空间继续进行不间断的接料、升温解吸以及负压解吸形成连续性操作；吸附剂在解吸过程中吸收热量后，成为高温吸附剂，再依次经过缓冲罐的初步降温再生、提升管输送段的基本降温再生以及在降温段完成降温再生，最后经降温再生后的吸附剂恢复吸附能力，以供系统循环利用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0025]本专利技术提出的一种连续空气碳捕集模块化试验系统及控制方法，该系统包括吸附装置、解吸装置和吸附剂再生系统；解吸装置包括负压解吸装置和循环气加热系统；吸附剂再生系统包括缓冲罐和提升管输送段；吸附装置由上到下依次包括降温段、吸附段和饱和段；整个系统由吸附装置和解吸附装置组成，配以缓冲罐和提升管输送段使吸附剂再生，使用设备最少，能耗最低，可轻易实现系统的紧凑布置，为模块化供货提供可行性，同时系统实现连续性空气碳捕集，在降低吸附剂再生能耗和减少成本的基础上，提高了捕集效率。本专利技术为了尽可能的降低能耗，减少装备占地面积，实现大规模捕集二氧化碳，模块化装置不
仅在供货方面体现出优势，当匹配不同处理量的时候，紧凑的模块化捕碳装置应用更加灵活、高效。传统模块化空气碳捕集技术采用固定床型式，但固定床对于大规模处理量来说具有不少缺点，间歇性操作逐渐向连续性操作转化。本专利技术通过将吸附剂流态化、三段式吸附装置、两空间的负压解吸装置、缓冲罐
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提升管输送段
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吸附装置降温段的三步吸附剂降温再生过程，能容易的实现连续性碳捕集，且省略了吸附剂料仓、吸附剂再生装置以及配套的阀门、泵等电耗和造价成本，更加经济可行。
[0026]本专利技术还提供了一种连续空气碳捕集模块化试验系统的控制方法，通过新鲜吸附剂和再生吸附剂进入吸附装置的环隙结构内，在吸附段四周进入的新鲜空气穿过环隙结构内自然沉降的吸附剂物流并在吸附段沿程充分吸附，进入吸附装置中空内，从吸附装置顶部送出；在吸附装置饱和度按达到饱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续空气碳捕集模块化试验系统，其特征在于，包括，吸附装置(5)、解吸装置和吸附剂再生系统；所述解吸装置包括负压解吸装置(11)；所述吸附剂再生系统包括缓冲罐(17)和提升管输送段(20)；所述吸附装置(5)的进料口分别连接有吸附剂输送管道和再生吸附剂管道；所述吸附装置(5)为环隙结构；所述吸附装置(5)由上到下依次包括降温段(22)、吸附段(23)和饱和段(24)；所述降温段(22)分别与吸附剂输送管道和再生吸附剂管道连接，所述饱和段(24)与负压解吸装置(11)连接；所述负压解吸装置(11)的顶部出口连接有产品气排出管道，其中产品气排出管道的一路与负压解吸装置(11)连接形成循环气加热系统；所述负压解吸装置(11)包括第一解吸空间(26)和第二解吸空间(27)；所述负压解吸装置(11)的底部出口与缓冲罐(17)的进口连接，所述缓冲罐(17)的出口与提升管输送段(20)连接，所述提升管输送段(20)通过再生吸附剂管道与吸附装置(5)的降温段(22)连接。2.根据权利要求1所述的一种连续空气碳捕集模块化试验系统，其特征在于，所述降温段(22)采用金属封闭的环隙结构，所述吸附段(23)采用金属丝网的环隙结构，所述金属丝网的孔径小于吸附剂的粒径；所述饱和段(24)采用金属封闭的环隙结构。3.根据权利要求2所述的一种连续空气碳捕集模块化试验系统，其特征在于，所述吸附装置(5)通过金属支架支撑；所述饱和段(24)为圆锥筒状结构，所述吸附段(23)为圆筒状结构，所述降温段(22)为圆锥筒状结构。4.根据权利要求1所述的一种连续空气碳捕集模块化试验系统，其特征在于，所述第一解吸空间(26)和第二解吸空间(27)之间通过闸板阀(25)分隔。5.根据权利要求1所述的一种连续空气碳捕集模块化试验系统，其特征在于，所述负压解吸装置(11)的进口管路上设置有解吸装置流量计(10)；所述吸附装置(5)的底部出口处设置有卸料阀(8)，所述负压解吸装置(11)的进口与吸附装置(5)之间设置有第一螺旋输送器(9)，所述第一螺旋输送器(9)与卸料阀(8)通过管道连接；所述负压解吸装置(11)上设置有负压表(31)。6.根据权利要求1所述的一种连续空气碳捕集模块化试验系统，其特征在于，所述负压解吸装置(11)的出口与缓冲罐(17)之间设...

【专利技术属性】
技术研发人员：向小凤，晋中华，王志超，周科，张贵泉，蔡铭，张波，
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：