一种高能效的智能化电化学碳捕集系统技术方案

本发明专利技术属于二氧化碳捕集技术领域，本发明专利技术公开了一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，捕集单元，两个交替运行的闭环电路，用于捕集和释放二氧化碳的闭环电路，所述闭环电路由电容吸附装置

【技术实现步骤摘要】
一种高能效的智能化电化学碳捕集系统


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集
，更具体地说，本专利技术涉及一种高能效的智能化电化学碳捕集系统
。

技术介绍

[0002]随着工业化进程加快，温室气体排放量不断上升，发展二氧化碳高效捕集技术对于减缓气候变化
、
减少温室气体排放
、
实现减排目标，推动可持续发展并保护生态系统都具有重要的意义，其中包括化学吸收技术
、
物理分离技术
、
膜分离技术
、
直接分离技术等
。
[0003]电化学碳捕集作为一项新兴的碳捕集技术，基于电极板对离子的驱离作用，降低多孔电极
/
溶液界面附近的碳酸根或碳酸氢根离子浓度，改变电解质中化学反应的动态平衡，为二氧化碳吸附提供驱动力，实现高效的二氧化碳捕捉，具有低能耗
、
高效
、
易再生
、
易维护和可持续性的等优点，在二氧化碳捕集与封存
具有广阔的应用前景
。
[0004]然而电化学碳捕集过程较为复杂，除了与电解液
pH
值与电极材料有关，二氧化碳捕集的效率还取决于与电解液其它离子的竞争吸附关系，在实际运行过程中不仅需要对捕集和释放过程严格控制，同时要对电容装置的电荷进行实时控制和能量补充
。
而人为控制存在精度低
、
滞后等问题，严重限制了电化学碳捕集技术在二氧化碳去除和提纯方面的深度应用，电化学碳捕集全程基于电环境，易于实现智能化设计
。
[0005]鉴于此，本专利技术提供了一种高能效的智能化电化学碳捕集系统
。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，利用电化学碳捕集技术仅通过交替运行的电容吸附装置和双电层电容变压分离装置8完成二氧化碳的捕集与纯化
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，包括以下步骤：
[0008]捕集单元，两个交替运行的闭环电路，用于捕集和释放二氧化碳的闭环电路，所述闭环电路由电容吸附装置
、
电感器和金属氧化物半导体场效应晶体管组成；
[0009]储能与提纯单元，将捕集单元中捕集的二氧化碳结合双电层电容变压分离装置进行纯化与储能，将一个捕集单元放电的电能进行存储，用于另一个捕集单元闭环电路供电；其中的双电层电容变压分离装置在储电过程时捕集二氧化碳；
[0010]能量监控单元，用于监控捕集单元中电容吸附装置交替运行精确控制和实现捕集过程稳定运行监控以及对储能与提纯单元中电容工作回路能量补充
。
[0011]在一个优选的实施方式中，所述闭环电路包括第一闭环电路和第二闭环电路，两个闭环电路中的电子元件完全相同；
[0012]第一闭环电路和第二闭环电路均由电容吸附装置
、
电感器和金属氧化物半导体场效应晶体管组成；
[0013]电容吸附装置通过串联电阻连接电感器，电感器通过金属氧化物半导体场效应晶体管串联至电容吸附装置
。
[0014]在一个优选的实施方式中，所述电容吸附装置包括含有钠离子和氯离子的电解液或高盐污水，在电容吸附装置对应的极板表面与溶液之间设置阴
/
阳离子交换膜，选择性地传递阴离子或阳离子
。
[0015]在一个优选的实施方式中，金属氧化物半导体场效应晶体管通过栅极与源极的电压差控制回路的电流大小，实现对电容吸附装置的充放电过程的控制，所述金属氧化物半导体场效应晶体管为开关
。
[0016]在一个优选的实施方式中，双电层电容变压分离装置由两侧一个集电器
、
正负两个多孔电极
、
正负电极间绝缘分隔层
、
阴离子交换膜
、
负极外侧的导电多孔垫片组成；负极对应的集电器中添加混合气体，混合气体通过范德华力的吸引下，储存于导电多孔材料垫片孔内，导电多孔材料与负极紧密相接，充电过程中，负极极板与电解液间的固
/
液界面发生了二氧化碳衍生离子的驱离，为二氧化碳的持续吸收提供驱动力，二氧化碳衍生离子通过阴离子交换膜与阳极驱离的氢离子相遇，实现二氧化碳持续析出与提纯
。
[0017]在一个优选的实施方式中，能量监控单元的具体应用逻辑为：
[0018]通过电流传感器检测回路运行状态时的电流信号，由放大整流装置，将微弱的电信号进行放大和整流传输进入比较器后获得的输出电流；将输出电流与预设的回路稳定工作状态的最小电流
I
min
和最大电流
I
max
比较后；
[0019]若输出电流大于最大电流
I
max
，则控制系统控制系统电压，削减电流大小至最小电流
I
min
和最大电流
I
max
之间；
[0020]若输出电流在最小电流
I
min
和最大电流
I
max
之间，则无外部电流控制；
[0021]若输出电流小于最小电流
I
min
，则控制系统提供的外部电流以直流形式引入双电层电容变压分离装置
。
[0022]第二方面，本专利技术提供一种高能效的智能化电化学碳捕集方法，其特征在于，其基于所述的一种高能效的智能化电化学碳捕集系统的实现，通过第一金属氧化物半导体场效应晶体管与第二金属氧化物半导体场效应晶体管作为开关，依次断开与闭合，具体步骤包括：
[0023]步骤一：第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电压与源极电压之间的电压差低于阈值电压，则第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极断开，使第一闭环电路与双电层电容变压分离装置断开，此时
,
第一闭环电路回路进行第一电容吸附装置放电，放电过程进行二氧化碳析出回收，且第一电感器将电能转化为磁能进行能量回收；
[0024]同时，第二金属氧化物半导体场效应晶体管为闭合状态，第二闭环电路与双电层电容变压分离装置闭合，双电层电容变压分离装置为第二电容吸附装置进行充电，此时第二电感器起到稳定电流的作用，使第二电容吸附装置充电方式为恒电流充电，且此时第二电容吸附装置接替第一电容吸附装置进行二氧化碳捕集；
[0025]步骤二：若第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电压与源极电压之间的电压差大于等于阈值电压，则第一金属氧化物半导体场效应晶体管闭合，第二金属氧化物半导体场效应晶体管断开，此时第一闭环电路与双电层电容变压分离装置形成回路，第二闭环电路形成回路，但与双电层电容变压分离装置断开；
[0026]第一电感器中存储的能量以直流电形式对双电层电容变压分离装置进行充电，此时双电层电容变压分离装置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，其特征在于，包括：捕集单元，两个交替运行的闭环电路，用于捕集和释放二氧化碳的闭环电路，所述闭环电路由电容吸附装置
、
电感器和金属氧化物半导体场效应晶体管组成；储能与提纯单元，将捕集单元中捕集的二氧化碳结合双电层电容变压分离装置进行纯化与储能，将一个捕集单元放电的电能进行存储，用于另一个捕集单元闭环电路供电；其中的双电层电容变压分离装置在储电过程时捕集二氧化碳；能量监控单元，用于监控捕集单元中电容吸附装置交替运行精确控制和实现捕集过程稳定运行监控以及对储能与提纯单元中电容工作回路能量补充
。2.
根据权利要求1所述的一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，其特征在于：所述闭环电路包括第一闭环电路和第二闭环电路，两个闭环电路中的电子元件完全相同；第一闭环电路和第二闭环电路均由电容吸附装置
、
电感器和金属氧化物半导体场效应晶体管组成；电容吸附装置通过串联电阻连接电感器，电感器通过金属氧化物半导体场效应晶体管串联至电容吸附装置
。3.
根据权利要求2所述的一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，其特征在于：所述电容吸附装置包括含有钠离子和氯离子的电解液，在电容吸附装置对应的极板表面与溶液之间设置阴
/
阳离子交换膜，选择性地传递阴离子或阳离子；充电时，二氧化碳混合气体通入负极侧，在负极碱性环境下离子化，以
CO
32
‑
和
HCO3‑
形式捕捉
。4.
根据权利要求3所述的一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，其特征在于：金属氧化物半导体场效应晶体管通过栅极与源极的电压差控制回路的电流大小，实现对电容吸附装置的充放电过程的控制，所述金属氧化物半导体场效应晶体管为开关
。5.
根据权利要求4所述的一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，其特征在于：双电层电容变压分离装置由两侧一个集电器
、
正负两个多孔电极
、
正负电极间绝缘分隔层
、
阴离子交换膜
、
负极外侧的导电多孔垫片组成；负极对应的集电器中添加混合气体，混合气体通过范德华力的吸引下，储存于导电多孔材料垫片孔内，导电多孔材料与负极紧密相接，充电过程中，负极极板与电解液间的固
/
液界面发生了二氧化碳衍生离子的驱离，为二氧化碳的持续吸收提供驱动力，二氧化碳衍生离子通过阴离子交换膜与阳极驱离的氢离子相遇，实现二氧化碳持续析出与提纯
。6.
根据权利要求5所述的一种高能效的智能化电化学碳捕集系统，其特征在于：能量监控单元的具体应用逻辑为：通过电流传感器检测回路运行状态时的电流信号，由放大整流装置，将微弱的电信号进行放大和整流传输进入比较器后获得的输出电流；将输出电流与预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛云峰，覃淮，龙顺楠，顾海波，张华，武卫东，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：