一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法

技術領域

1.本發(fā)明涉及dac技術領域，更具體地說，是涉及一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法。

背景技術：

2.目前主要的碳捕集技術分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集，這些都是應對工業(yè)集中源排放co2的集中捕集技術。實際上，全球每年約有30～50％的co2來自交通運輸業(yè)、居民建筑熱能、小型工廠等分布式排放源，co2直接空氣捕集技術可以作為集中捕集技術的有效補償，但目前缺少可以實現(xiàn)低能耗、連續(xù)捕集空氣中co2的系統(tǒng)。

3.dac(direct air capture；直接從空氣中捕集co2的技術)捕集不同于傳統(tǒng)電廠集中捕集技術，不需要將捕集到的co2運輸?shù)椒獯娴攸c，可以直接在適宜地質(zhì)/海洋封存區(qū)進行就地捕集封存或利用，無需co2輸送系統(tǒng)；通過形成全球生態(tài)碳循環(huán)閉環(huán)回路，將捕集的co2與可再生能源結合生產(chǎn)燃料，為實現(xiàn)地球能源可持續(xù)發(fā)展提供可能；當使用節(jié)能減排技術以及新能源之后仍無法達到目標時，dac技術將是唯一的降碳手段；大量捕集空氣中的二氧化碳才可以形成全球凈負排放，從而減少大氣、海洋和陸地生物量中的過量二氧化碳。

4.dac工藝一般由空氣捕集模塊、吸收劑或吸附劑再生模塊、co2儲存模塊三部分組成。在空氣捕集模塊，大多先通過引風機等設備對空氣中co2進行捕集，再通過固體吸附材料或液體吸收材料吸收co2；吸收劑或吸附劑再生模塊主要通過高溫脫附等方法對材料進行再生；co2儲存模塊主要通過壓縮機將收集的co2送入儲罐中貯存。

5.目前已投入運行的dac工藝流程主要有如下3種：

6.carbon engineering公司的主要工藝流程為：

①

通過空氣接觸器將大氣中低濃度co2捕集并由koh溶液吸收，將co2轉化為k2co3溶液；

②

k2co3溶液進入顆粒反應器與ca(oh)2溶液反應后生成caco3固體和koh溶液；

③

caco3固體進入煅燒爐分解為高濃度co2和cao固體，高濃度co2經(jīng)過壓縮機變?yōu)榛ぴ线M行收集和儲存；

④

cao固體在生石灰消化器中與h2o反應生成 ca(oh)2溶液，為步驟

②

提供原料。

7.climeworks公司的dac工藝流程為：

①

空氣中co2被吸入過濾器(胺修飾的多孔材料構成)，co2通過化學鍵結合在過濾器上；

②

過濾器上co2吸附飽和，加熱過濾器到100℃，化學鍵斷裂，co2從過濾器上釋放出來，并作為濃縮的co2氣體被收集起來。

8.global thermostat公司使用氣流裝置在接觸器表面吸附空氣，每臺接觸器是矩形塔設備，接觸器內(nèi)嵌的胺吸附劑附著在多孔、蜂窩的陶瓷塊上用以吸附co2；吸附完成后使用低溫蒸汽(85～100℃)對co2進行脫附收集。

9.這3種工藝的優(yōu)缺點總結如下：

[0010][0011]

除上述3個商業(yè)公司的dac捕集工藝外，現(xiàn)有技術還公開了如下技術方案：

[0012]

(1)專利cn105032113a公開了一種基于濕法再生技術捕集煙氣中二氧化碳的工藝，包括預處理、吸附處理、沖洗置換處理、噴水解吸處理、產(chǎn)品氣吹掃處理、置換氣吹掃處理以及干燥再生處理；采用功能化的離子交換樹脂膜材料，通過與電廠熱力系統(tǒng)有機整合，分三個主要步驟循環(huán)運行，高效、低成本吸附分離出高純度二氧化碳。但是，該技術方案的捕集對象為煙氣，其中co2濃度本身較高(10～15％)；對輸入氣源的濕度要求較為苛刻(8.7～11.8％)；需要濃度50～85％的二氧化碳作為置換氣；氣源(煙氣)需要先冷卻，再加熱至40～45℃；其使用的吸附材料為陰離子交換樹脂膜；其解吸過程需要在35～45℃條件下進行；噴淋水需要40～45℃；將co2儲存至產(chǎn)品氣罐前未除去水分。

[0013]

(2)專利cn106178817a公開了一種大規(guī)模二氧化碳捕集系統(tǒng)及捕集方法，二氧化碳吸附過程：大氣經(jīng)干燥室干燥后進入二氧化碳吸附室，其中的二氧化碳被吸附劑吸附，吸附后的氣體重新回到大氣中；吸附劑還原及二氧化碳儲存過程：由水箱對氣體加濕，高濕度氣體進入吸附室，使飽和的吸附劑開始解吸附出二氧化碳，解吸附出的二氧化碳進入氣罐，循環(huán)若干時間后二氧化碳完全解吸附，吸附劑實現(xiàn)再生。但是，該技術方案干燥過程采用無水氯化鈣，易對腐蝕造成設備，固體粉末還可能污染氣體；通過濕氣流加濕材料，速度慢且浸潤效果不明顯；單個罐體無法連續(xù)捕集和存儲co2；未預先抽除二氧化碳吸附室內(nèi)多余空氣，會導致收集的co2純度降低；未設置壓縮機，只能在氣罐中儲存常壓co2，儲存量小且速度慢。

技術實現(xiàn)要素：

[0014]

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法，一方面：以co2濃度含量很低(0.04％)的空氣作為捕集氣源；放寬對輸入氣源的濕度要求(＜30％)；不使用置換氣體，直接抽真空；直接通過熱源加熱空氣到 40～50℃；增加吸附材料的類型，不僅限于陰離子交換樹脂膜；降低解吸過程(包含噴淋水)所需的溫度條件，常溫即可；儲存co2氣體前進行氣液分離。另一方面：采用升溫、除濕的空氣來干燥吸附材料，減少設備腐蝕和氣體污染；采用噴淋加濕，加快材料浸濕速度、加強浸濕效果；設置3個捕集罐循環(huán)運行，實現(xiàn)連續(xù)捕集儲存co2氣體；預先抽除捕集罐中空氣，提高收集的co2純度；提高co2儲存速度和儲存量，使用加壓存儲。

[0015]

本發(fā)明提供了一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括：

[0016]

若干組并聯(lián)的捕集裝置；所述捕集裝置頂部設有進氣口，上部設有液相進口，所述液相進口與捕集裝置內(nèi)部設置的噴淋裝置相通，所述噴淋裝置下方設有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集裝置中部，底部設有物料出口，所述物料出口分別與co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路和液相支路相連；

[0017]

分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的進氣口相連的除濕裝置；

[0018]

與所述除濕裝置相連的風機；所述風機連接有熱源；

[0019]

分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的混合氣體支路相連的真空泵；

[0020]

與所述真空泵相連的氣液分離器；所述氣液分離器的氣相出口經(jīng)壓縮機與co2儲罐相連；

[0021]

分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的液相支路相連的儲液罐；

[0022]

與所述儲液罐相連的水泵；所述水泵連接有水箱。

[0023]

優(yōu)選的，所述若干組并聯(lián)的捕集裝置為三組。

[0024]

優(yōu)選的，所述co2吸附材料為負載有碳酸根離子的納米多孔材料。

[0025]

優(yōu)選的，所述進氣口、液相進口、co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路、液相支路均設有閥門。

[0026]

優(yōu)選的，所述氣液分離器的液相出口與液相進口相連；

[0027]

所述水箱還設有與液相進口相連的液相出口；

[0028]

所述co2儲罐還設有與液相進口相連的液相出口。

[0029]

本發(fā)明還提供了一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，采用上述技術方案所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括以下步驟：

[0030]

a)將空氣加熱后除濕，通入第一組捕集裝置對其中的co2吸附材料進行干燥，再由物料出口經(jīng)co2吸附材料干燥氣相支路排出；

[0031]

b)對除濕后的空氣采用步驟a)干燥后的co2吸附材料進行co2吸附；

[0032]

c)采用水噴淋的方式對步驟b)中吸附co2后的co2吸附材料進行co2脫附，得到的混合氣體由物料出口經(jīng)混合氣體支路進入氣液分離器進行氣液分離，得到的co2壓縮后儲存；最后將第一組捕集裝置中殘余的水由物料出口經(jīng)液相支路進入儲液罐，后續(xù)由水泵抽至水箱；

[0033]

將與第一組捕集裝置并聯(lián)的其他組捕集裝置重復上述步驟a)～c)，進行連續(xù)吸附或間歇吸附，實現(xiàn)co2直接空氣捕集。

[0034]

優(yōu)選的，步驟b)中所述除濕后的空氣的相對濕度為15％～35％，流量為 2000m3/h～2500m3/h。

[0035]

優(yōu)選的，步驟c)中所述co2脫附的壓力為1kpa～3kpa，水噴淋的時間為 4min～15min。

[0036]

優(yōu)選的，所述連續(xù)吸附的過程采用三組捕集裝置實現(xiàn)，第一組捕集裝置按照步驟a)干燥、步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存三個過程連續(xù)循環(huán)進行，第二組捕集裝置對應按照步驟c)co2脫附儲存、步驟a)干燥、步驟b)co2吸附三個過程連續(xù)循環(huán)進行，第三組捕集裝置對應按照步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存、步驟a)干燥三個過程連續(xù)循環(huán)進行，實現(xiàn)連續(xù)儲存co2。

[0037]

優(yōu)選的，所述步驟a)采用真空干燥的方式進行捕集裝置中co2吸附材料的干燥。

[0038]

本發(fā)明提供了一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法；該系統(tǒng)包括：若干組并聯(lián)的捕集裝置；所述捕集裝置頂部設有進氣口，上部設有液相進口，所述液相進口與捕集裝置內(nèi)部設置的噴淋裝置相通，所述噴淋裝置下方設有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集裝置中部，底部設有物料出口，所述物料出口分別與co2吸附材料干

燥氣相支路、混合氣體支路和液相支路相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的進氣口相連的除濕裝置；與所述除濕裝置相連的風機；所述風機連接有熱源；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的混合氣體支路相連的真空泵；與所述真空泵相連的氣液分離器；所述氣液分離器的氣相出口經(jīng)壓縮機與co2儲罐相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的液相支路相連的儲液罐；與所述儲液罐相連的水泵；所述水泵連接有水箱。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的基于濕法再生吸附材料的 co2直接空氣捕集系統(tǒng)采用特定結構及連接關系，實現(xiàn)整體較好的相互作用，能夠實現(xiàn)以下有益效果：(1)降低吸附材料再生能耗、成本(采用濕度調(diào)控的固體吸附材料，再生過程無需升溫加熱)；(2)提高空間利用率(系統(tǒng)集成度更高，無特大型設備)；(3)實現(xiàn)連續(xù)捕集和存儲co2；(4)輸出高濃度的co2(預先抽除多余空氣，減壓脫附)；(5)不對co2氣體產(chǎn)生污染(整個過程不使用化學試劑，無毒無害)；具有廣闊的應用前景。

附圖說明

[0039]

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)的結構示意圖；

[0040]

圖2為本發(fā)明實施例1提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)進行連續(xù)吸附的示意圖；

[0041]

圖3為本發(fā)明實施例1提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)進行間歇吸附的示意圖；

[0042]

圖4為本發(fā)明實施例2提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)進行連續(xù)吸附的示意圖；

[0043]

圖5為本發(fā)明實施例2提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)進行間歇吸附的示意圖。

具體實施方式

[0044]

下面將結合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

[0045]

本發(fā)明提供了一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括：

[0046]

若干組并聯(lián)的捕集裝置；所述捕集裝置頂部設有進氣口，上部設有液相進口，所述液相進口與捕集裝置內(nèi)部設置的噴淋裝置相通，所述噴淋裝置下方設有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集裝置中部，底部設有物料出口，所述物料出口分別與co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路和液相支路相連；

[0047]

分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的進氣口相連的除濕裝置；

[0048]

與所述除濕裝置相連的風機；所述風機連接有熱源；

[0049]

分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的混合氣體支路相連的真空泵；

[0050]

與所述真空泵相連的氣液分離器；所述氣液分離器的氣相出口經(jīng)壓縮機與co2儲罐相連；

[0051]

分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的液相支路相連的儲液罐；

[0052]

與所述儲液罐相連的水泵；所述水泵連接有水箱。

[0053]

在本發(fā)明中，所述若干組并聯(lián)的捕集裝置優(yōu)選為三組，所述的捕集裝置采用本領域技術人員熟知的捕集罐即可；所述進氣口、液相進口、co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路、液相支路優(yōu)選均設有閥門。

[0054]

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)的結構示意圖；其中，1-熱源，2-風機，3-除濕裝置，4-第一噴淋裝置，5-第二噴淋裝置，6-第三噴淋裝置，7-第一捕集裝置，8-第二捕集裝置，9-第三捕集裝置，10-第一組co2吸附材料，11-第二組co2吸附材料， 12-第三組co2吸附材料，13-儲液罐，14-水泵，15-水箱，16-真空泵，17-氣液分離器，18-壓縮機，19-co2儲罐，其余均為閥門。

[0055]

在本發(fā)明中，所述co2吸附材料優(yōu)選為負載有碳酸根離子的納米多孔材料；當所述co2吸附材料所處環(huán)境相對濕度較低時，它可以自主吸附co2，反之，當相對濕度較高時，它能使co2脫附。在本發(fā)明中，所述co2吸附材料除了可以做成膜狀，還可以是顆粒狀、塊狀等多種形式，不受捕集裝置內(nèi)部空間限制。

[0056]

在本發(fā)明中，所述氣液分離器的液相出口優(yōu)選與液相進口相連；所述水箱優(yōu)選還設有與液相進口相連的液相出口；所述co2儲罐優(yōu)選還設有與液相進口相連的液相出口。

[0057]

本發(fā)明還提供了一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，采用上述技術方案所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括以下步驟：

[0058]

a)將空氣加熱后除濕，通入第一組捕集裝置對其中的co2吸附材料進行干燥，再由物料出口經(jīng)co2吸附材料干燥氣相支路排出；

[0059]

b)對除濕后的空氣采用步驟a)干燥后的co2吸附材料進行co2吸附；

[0060]

c)采用水噴淋的方式對步驟b)中吸附co2后的co2吸附材料進行co2脫附，得到的混合氣體由物料出口經(jīng)混合氣體支路進入氣液分離器進行氣液分離，得到的co2壓縮后儲存；最后將第一組捕集裝置中殘余的水由物料出口經(jīng)液相支路進入儲液罐，后續(xù)由水泵抽至水箱；

[0061]

將與第一組捕集裝置并聯(lián)的其他組捕集裝置重復上述步驟a)～c)，進行連續(xù)吸附或間歇吸附，實現(xiàn)co2直接空氣捕集。

[0062]

在本發(fā)明中，所述空氣即本領域技術人員熟知的環(huán)境中的空氣(co2濃度為0.04％)，也可采用其他含有co2的混合氣體，本發(fā)明對此沒有特殊限制。在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，熱源1處進入的氣體為自然環(huán)境中的空氣，來源廣泛且無成本，其中co2濃度約為0.04％，經(jīng)過本套工藝的減壓脫附后，可將濃度提高2000倍以上；在本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例中，風機1處進入的氣體為自然環(huán)境中的空氣，來源廣泛且無成本，其中co2濃度約為0.04％，經(jīng)過本套工藝的減壓脫附后，可將濃度提高2000倍以上。

[0063]

在本發(fā)明中，所述加熱通過熱源1實現(xiàn)，所述加熱的溫度優(yōu)選為40℃～50℃。

[0064]

在本發(fā)明中，所述除濕通過除濕裝置3實現(xiàn)，除濕后的空氣的相對濕度優(yōu)選為15％～35％，更優(yōu)選為20％～30％，流量優(yōu)選為2000m3/h～2500m3/h，更優(yōu)選為2300m3/h。

[0065]

本發(fā)明通過熱源1、風機2和除濕裝置3的配套運行，逐級降低空氣濕度，能有效加快co2吸附材料干燥過程。

[0066]

在本發(fā)明中，所述空氣加熱、除濕后，通入第一組捕集裝置對其中的co2吸附材料進行干燥，再由物料出口經(jīng)co2吸附材料干燥氣相支路排出。在本發(fā)明中，所述干燥的時間

優(yōu)選為0.5h～1.5h，更優(yōu)選為1h。

[0067]

之后，本發(fā)明對除濕后的空氣采用步驟a)干燥后的co2吸附材料進行 co2吸附。

[0068]

在本發(fā)明中，所述除濕后的空氣的相對濕度優(yōu)選為15％～35％，更優(yōu)選為 20％～30％，流量優(yōu)選為2000m3/h～2500m3/h，更優(yōu)選為2300m3/h。

[0069]

在本發(fā)明中，所述co2吸附的時間優(yōu)選為0.5h～1.5h，更優(yōu)選為1h。在本發(fā)明中，co2吸附材料干燥過程優(yōu)選在40℃～50℃，相對濕度低于30％的條件下完成；而co2吸附過程可在常溫，相對濕度低于30％的條件下完成。

[0070]

再之后，本發(fā)明采用水噴淋的方式對步驟b)中吸附co2后的co2吸附材料進行co2脫附，得到的混合氣體由物料出口經(jīng)混合氣體支路進入氣液分離器進行氣液分離，得到的co2壓縮后儲存；最后將第一組捕集裝置中殘余的水由物料出口經(jīng)液相支路進入儲液罐，后續(xù)由水泵抽至水箱。

[0071]

在本發(fā)明中，所述水噴淋的時間優(yōu)選為4min～15min，更優(yōu)選為 5min～10min。本發(fā)明對所述噴淋所需的水沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的常溫自來水即可。

[0072]

在本發(fā)明中，所述co2脫附的壓力優(yōu)選為1kpa～3kpa，更優(yōu)選為2kpa； co2脫附儲存過程需要在捕集罐內(nèi)絕對壓力低于2kpa時開始運行，向co2儲罐壓入氣體前通過氣液分離器除去水分。

[0073]

同時，本發(fā)明將與第一組捕集裝置并聯(lián)的其他組捕集裝置重復上述步驟 a)～c)，進行連續(xù)吸附或間歇吸附，實現(xiàn)co2直接空氣捕集。

[0074]

在本發(fā)明中，所述連續(xù)吸附的過程優(yōu)選采用三組捕集裝置實現(xiàn)，第一組捕集裝置按照步驟a)干燥、步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存三個過程連續(xù)循環(huán)進行，第二組捕集裝置對應按照步驟c)co2脫附儲存、步驟a)干燥、步驟b)co2吸附三個過程連續(xù)循環(huán)進行，第三組捕集裝置對應按照步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存、步驟a)干燥三個過程連續(xù)循環(huán)進行，實現(xiàn)連續(xù)儲存co2。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，整個工藝流程包含co2吸附材料干燥、co2吸附、co2脫附儲存3個過程，各自所需的時長相等(優(yōu)選為 1h)，同時又設置了3個捕集罐，因而可以按照上述連續(xù)吸附模式運行。

[0075]

本發(fā)明對所述間歇吸附的過程沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的采用三組捕集裝置同時按照步驟a)干燥、步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存三個過程連續(xù)循環(huán)進行即可。

[0076]

在本發(fā)明中，所述步驟a)優(yōu)選采用真空干燥的方式進行捕集裝置中co2吸附材料的干燥；本發(fā)明采用真空干燥的方式，干燥速度快，且能有效避免材料污染或變質(zhì)。

[0077]

本發(fā)明提供了一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法；該系統(tǒng)包括：若干組并聯(lián)的捕集裝置；所述捕集裝置頂部設有進氣口，上部設有液相進口，所述液相進口與捕集裝置內(nèi)部設置的噴淋裝置相通，所述噴淋裝置下方設有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集裝置中部，底部設有物料出口，所述物料出口分別與co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路和液相支路相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的進氣口相連的除濕裝置；與所述除濕裝置相連的風機；所述風機連接有熱源；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的混合氣體支路相連的真空泵；與所述真空泵相連的氣液分離器；所述氣液分離器的氣相出口經(jīng)壓縮機與co2儲罐相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的液相支路相連的儲液罐；與所述儲液罐相連的水泵；所述水泵連接有水箱。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的基于

濕法再生吸附材料的 co2直接空氣捕集系統(tǒng)采用特定結構及連接關系，實現(xiàn)整體較好的相互作用，能夠實現(xiàn)以下有益效果：(1)降低吸附材料再生能耗、成本(采用濕度調(diào)控的固體吸附材料，再生過程無需升溫加熱)；(2)提高空間利用率(系統(tǒng)集成度更高，無特大型設備)；(3)實現(xiàn)連續(xù)捕集和存儲co2；(4)輸出高濃度的co2(預先抽除多余空氣，減壓脫附)；(5)不對co2氣體產(chǎn)生污染(整個過程不使用化學試劑，無毒無害)；具有廣闊的應用前景。

[0078]

為了進一步說明本發(fā)明，下面通過以下實施例進行詳細說明。本發(fā)明以下實施例所用的co2吸附材料為負載有碳酸根離子的納米多孔材料，具體制備方法如下：

[0079]

首先由聚乙烯基底和d201樹脂粉末(質(zhì)量分數(shù)60％)的混合物拉片熱壓成膜，再用80℃去離子水進行4h的水熱處理；接著，將材料放進0.5mol/l 的na2co3溶液中進行4次離子交換，單次持續(xù)時間為4h；每次離子交換后都要將材料取出并用去離子水沖洗2次，隨后再放入新配制的na2co3溶液；制備完成后，將材料晾干備用。

[0080]

實施例1

[0081]

采用上述技術方案中所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，具體工作過程如下：

[0082]

co2吸附材料干燥：以第一捕集罐7為例，環(huán)境中的空氣(co2濃度為 0.04％)以2300m3/h的流量經(jīng)過熱源1的加熱(40℃～50℃)后，由風機2送入除濕裝置3，使空氣相對濕度降低至20％～30％的范圍；經(jīng)過加熱和除濕的空氣通過閥門21進入第一捕集罐7，從上至下吹過第一組co2吸附材料10 從而發(fā)揮干燥作用，然后再通過閥門30排入大氣；整個干燥過程持續(xù)1小時。

[0083]

co2吸附：第一組co2吸附材料10經(jīng)過1小時干燥過程后，可以關閉熱源1(也可以不關閉熱源1)，其他與干燥過程保持一致，用相對濕度為 20％～30％的空氣，以2300m3/h的流量繼續(xù)吹掃1小時。

[0084]

co2脫附儲存：先使用真空泵16將第一捕集罐7中的空氣經(jīng)過閥門33、 46抽除，使第一捕集罐7中壓力降至2kpa以下(需要說明的是，在co2脫附儲存過程中，真空泵不一定必須將捕集罐內(nèi)壓力抽至2kpa以下，通過控制泵運行時間可調(diào)節(jié)罐內(nèi)壓力，使部分空氣留存，最終也存入儲氣罐，理論上可使儲氣罐最終的co2濃度為0.04％～100％范圍內(nèi)任意數(shù)值)；隨后，用于脫附過程的水經(jīng)過閥門20、27進入第一噴淋裝置4，將第一組co2吸附材料10 均勻噴淋5～10分鐘，co2在淋濕的過程中逐漸解吸；由真空泵16經(jīng)過閥門 33、47將第一捕集罐7中的產(chǎn)生的混合氣體送入氣液分離器17，分離出來的 co2氣體(經(jīng)檢測，濃度可達90％以上；本發(fā)明先通過真空泵抽除捕集罐內(nèi)的多余空氣，再進行co2輸送，能提高最終co2濃度，最高可達99％以上)由壓縮機18經(jīng)過閥門48打入co2儲罐19進行加壓儲存。

[0085]

經(jīng)過上述第一次循環(huán)后，第一捕集罐7中的殘余液態(tài)水通過閥門37排入儲液罐13；在之后的循環(huán)中，這一排水過程與co2吸附材料干燥過程同步進行；當儲液罐13達到液位上限時，由水泵14通過閥門43、44、45將水抽至水箱15；此外，將水箱15與閥門20處的進水口相連，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。

[0086]

根據(jù)不同循環(huán)方式對本發(fā)明實施例1提供的基于濕法再生吸附材料的 co2直接空氣捕集方法進一步說明：

[0087]

優(yōu)先采用連續(xù)吸附：

[0088]

系統(tǒng)運行過程參見圖2所示，第一捕集罐7按照干燥、吸附、脫附儲存三個過程依次

進行，而第二捕集罐8先進行脫附儲存，第三捕集罐9先進行吸附過程；這樣一來，保證了每個小時內(nèi)都有一個捕集罐在進行脫附儲存過程，可以實現(xiàn)連續(xù)儲存co2的目的(連續(xù)式、較小流量，3個捕集罐以上述連續(xù)吸附模式進行循環(huán)時，可以連續(xù)輸出濃度穩(wěn)定的co2氣體)。

[0089]

間歇吸附：

[0090]

系統(tǒng)運行過程參見圖3所示，三個捕集罐均按照干燥、吸附、脫附儲存過程依次進行，則每隔兩小時三個捕集罐同時進行脫附儲存過程(間歇式、較大流量)。

[0091]

本發(fā)明實施例1提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法有益效果如下：

[0092]

(1)只用控制濕度大小即可實現(xiàn)二氧化碳的捕集及吸附材料的再生，吸附材料再生成本低；(2)吸附過程對氣源的濕度要求較低，可減少除濕過程能耗；(3)脫附過程在常溫下完成，噴淋水也為常溫，避免了不必要的加熱能耗；(4)脫附過程預先抽除空氣，排除了其他雜質(zhì)氣體，大幅提高最終 co2濃度；(5)整個流程不使用化學試劑等有毒有害物質(zhì)，收集的co2可用作食品添加劑等；(6)優(yōu)選方式下可連續(xù)捕集儲存co2，也可間歇捕集儲存 co2；(7)通過控制運行的罐體數(shù)量可控制單位時間co2產(chǎn)量；(8)通過控制干燥、吸附、脫附時間可控制單位時間co2產(chǎn)量；(9)通過控制捕集罐中壓力可控制co2出口濃度；(10)通過控制真空泵的啟停，可以實現(xiàn)常壓脫附和減壓脫附；(11)系統(tǒng)結構相對簡單，集成度更高，空間利用率高。當然，本發(fā)明還可以增加捕集裝置的數(shù)量，延長單次循環(huán)時間(特別是干燥和吸附過程所用的總時間)，也可以實現(xiàn)連續(xù)捕集和存儲。

[0093]

實施例2

[0094]

采用上述技術方案中所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，具體工作過程如下：

[0095]

co2吸附材料干燥：采用真空干燥的方式，初始階段主要是抽除空氣，其余階段是抽除水汽。以第一捕集罐7為例，真空泵16先通過閥門33抽除第一捕集罐7內(nèi)的空氣并從閥門46排出，使得罐內(nèi)壓力降至2kpa以下(需要說明的是，在抽真空干燥的同時，可對捕集罐內(nèi)的co2吸附材料適當不斷加熱，使材料內(nèi)部的水分通過壓力差或濃度差擴散到表面的低壓空氣中，從而被真空泵抽走除去，進一步提高干燥速度)；隨后過程抽除的主要是水汽，故直接通過閥門47進入氣液分離器17；在干燥過程中，還有一部分水汽遇冷凝結直接由閥門36流入儲液罐13。

[0096]

co2吸附：啟動風機2和除濕裝置3(通過風機2和除濕裝置3的配套運行，預先降低空氣濕度，能增加co2吸附效率)，使進口空氣的相對濕度降至20％～30％；經(jīng)過除濕的空氣以2300m3/h的流量通過閥門21進入第一捕集罐7，從上至下吹過第一組吸附材料10從而使其中的co2被吸附，然后再通過閥門30排入大氣。

[0097]

co2脫附儲存：先使用真空泵16將第一捕集罐7中的空氣經(jīng)過閥門33、 46抽除，使第一捕集罐7中壓力降至2kpa以下(需要說明的是，在co2脫附儲存過程中，真空泵不一定必須將捕集罐內(nèi)壓力抽至2kpa以下，通過控制泵運行時間可調(diào)節(jié)罐內(nèi)壓力，使部分空氣留存，最終也存入儲氣罐，理論上可使儲氣罐最終的co2濃度為0.04％～100％范圍內(nèi)任意數(shù)值)；隨后，用于脫附過程的水經(jīng)過閥門20、27進入第一噴淋裝置4，將第一組吸附材料10均勻噴淋5～10分鐘，co2在淋濕的過程中逐漸解吸；由真空泵16經(jīng)過閥門33、47 將第一捕集罐7中的產(chǎn)生的混合氣體送入氣液分離器17，分離出來的co2氣體(經(jīng)檢測，濃度可達90％以上；本

發(fā)明先通過真空泵抽除捕集罐內(nèi)的多余空氣，再進行co2輸送，能提高最終co2濃度，最高可達99％以上)由壓縮機18經(jīng)過閥門48打入co2儲罐19進行加壓儲存。

[0098]

經(jīng)過上述第一次循環(huán)后，第一捕集罐7中會殘余較多液態(tài)水，需要通過閥門37排入儲液罐13，然后再進行co2吸附材料干燥過程；由于排水步驟較快，在之后的循環(huán)中，這一排水操作也歸到co2吸附材料干燥過程中，花費的時間共同限定為1小時；當儲液罐13達到液位上限時，由水泵14通過閥門43、44、45將水抽至水箱15；此外，將水箱15與閥門20處的進水口相連，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。

[0099]

根據(jù)不同循環(huán)方式對本發(fā)明實施例2提供的基于濕法再生吸附材料的 co2直接空氣捕集方法進一步說明：

[0100]

優(yōu)先采用連續(xù)吸附：

[0101]

系統(tǒng)運行過程參見圖4所示，第一捕集罐7按照干燥、吸附、脫附儲存三個過程依次進行，而第二捕集罐8先進行脫附儲存，第三捕集罐9先進行吸附過程；這樣一來，保證了每個小時內(nèi)都有一個捕集罐在進行脫附儲存過程，可以實現(xiàn)連續(xù)儲存co2的目的(連續(xù)式、較小流量，3個捕集罐以上述連續(xù)吸附模式進行循環(huán)時，可以連續(xù)輸出濃度穩(wěn)定的co2氣體)。

[0102]

需要說明的是，干燥過程中抽除水分、脫附儲存過程中抽除空氣和輸送 co2的操作均要使用真空泵16，只需通過控制不同管路上的閥門通斷即可。

[0103]

間歇吸附：

[0104]

系統(tǒng)運行過程參見圖5所示，三個捕集罐均按照干燥、吸附、脫附儲存過程依次進行，則每隔兩小時三個捕集罐同時進行脫附儲存過程(間歇式、較大流量)。

[0105]

干燥過程中抽除水分、脫附儲存過程中抽除空氣和輸送co2的操作均要使用真空泵16；打開閥門22、24、26，使三個捕集罐連通，則每次可在達到同一壓力值時關閉真空泵16。

[0106]

本發(fā)明實施例2提供的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)及方法有益效果如下：

[0107]

(1)只用控制濕度大小即可實現(xiàn)二氧化碳的捕集及吸附材料的再生，吸附材料再生成本低；(2)通過真空脫水對co2吸附材料進行干燥，干燥速度快，且能有效避免材料污染或變質(zhì)；(3)吸附過程對氣源的濕度要求較低，可減少除濕過程能耗；(4)脫附過程在常溫下完成，噴淋水也為常溫，避免了不必要的加熱能耗；(5)脫附過程預先抽除空氣，排除了其他雜質(zhì)氣體，大幅提高最終co2濃度；(6)整個流程不使用化學試劑等有毒有害物質(zhì)，收集的co2可用作食品添加劑等。(7)優(yōu)選方式下可連續(xù)捕集儲存co2，也可間歇捕集儲存co2；(8)通過控制運行的罐體數(shù)量可控制單位時間co2產(chǎn)量；(9)通過控制干燥、吸附、脫附時間可控制單位時間co2產(chǎn)量；(10)通過控制捕集罐中壓力可控制co2出口濃度；(11)通過控制真空本的啟停，可以實現(xiàn)常壓脫附和減壓脫附；(12)系統(tǒng)結構相對簡單，集成度更高，空間利用率高。

[0108]

所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。技術特征：

1.一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括：若干組并聯(lián)的捕集裝置；所述捕集裝置頂部設有進氣口，上部設有液相進口，所述液相進口與捕集裝置內(nèi)部設置的噴淋裝置相通，所述噴淋裝置下方設有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集裝置中部，底部設有物料出口，所述物料出口分別與co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路和液相支路相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的進氣口相連的除濕裝置；與所述除濕裝置相連的風機；所述風機連接有熱源；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的混合氣體支路相連的真空泵；與所述真空泵相連的氣液分離器；所述氣液分離器的氣相出口經(jīng)壓縮機與co2儲罐相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的液相支路相連的儲液罐；與所述儲液罐相連的水泵；所述水泵連接有水箱。2.根據(jù)權利要求1所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，其特征在于，所述若干組并聯(lián)的捕集裝置為三組。3.根據(jù)權利要求1所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，其特征在于，所述co2吸附材料為負載有碳酸根離子的納米多孔材料。4.根據(jù)權利要求1所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，其特征在于，所述進氣口、液相進口、co2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路、液相支路均設有閥門。5.根據(jù)權利要求1～4任一項所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器的液相出口與液相進口相連；所述水箱還設有與液相進口相連的液相出口；所述co2儲罐還設有與液相進口相連的液相出口。6.一種基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，其特征在于，采用權利要求1～4任一項所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括以下步驟：a)將空氣加熱后除濕，通入第一組捕集裝置對其中的co2吸附材料進行干燥，再由物料出口經(jīng)co2吸附材料干燥氣相支路排出；b)對除濕后的空氣采用步驟a)干燥后的co2吸附材料進行co2吸附；c)采用水噴淋的方式對步驟b)中吸附co2后的co2吸附材料進行co2脫附，得到的混合氣體由物料出口經(jīng)混合氣體支路進入氣液分離器進行氣液分離，得到的co2壓縮后儲存；最后將第一組捕集裝置中殘余的水由物料出口經(jīng)液相支路進入儲液罐，后續(xù)由水泵抽至水箱；將與第一組捕集裝置并聯(lián)的其他組捕集裝置重復上述步驟a)～c)，進行連續(xù)吸附或間歇吸附，實現(xiàn)co2直接空氣捕集。7.根據(jù)權利要求6所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，其特征在于，步驟b)中所述除濕后的空氣的相對濕度為15％～35％，流量為2000m3/h～2500m3/h。8.根據(jù)權利要求6所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，其特征在于，步驟c)中所述co2脫附的壓力為1kpa～3kpa，水噴淋的時間為4min～15min。9.根據(jù)權利要求6所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，其特征在于，所述連續(xù)吸附的過程采用三組捕集裝置實現(xiàn)，第一組捕集裝置按照步驟a)干燥、步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存三個過程連續(xù)循環(huán)進行，第二組捕集裝置對應按照步驟c)co2脫附

儲存、步驟a)干燥、步驟b)co2吸附三個過程連續(xù)循環(huán)進行，第三組捕集裝置對應按照步驟b)co2吸附、步驟c)co2脫附儲存、步驟a)干燥三個過程連續(xù)循環(huán)進行，實現(xiàn)連續(xù)儲存co2。10.根據(jù)權利要求6～9任一項所述的基于濕法再生吸附材料的co2直接空氣捕集方法，其特征在于，所述步驟a)采用真空干燥的方式進行捕集裝置中co2吸附材料的干燥。

技術總結

本發(fā)明提供了一種基于濕法再生吸附材料的CO2直接空氣捕集系統(tǒng)，包括：若干組并聯(lián)的捕集裝置，其頂部設有進氣口，上部設有液相進口并與內(nèi)部設置的噴淋裝置相通，噴淋裝置下方設有CO2吸附材料，底部設有物料出口，物料出口分別與CO2吸附材料干燥氣相支路、混合氣體支路和液相支路相連；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的進氣口相連的除濕裝置、風機、熱源；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的混合氣體支路相連的真空泵、氣液分離器、壓縮機、CO2儲罐；分別與若干組并聯(lián)的捕集裝置的液相支路相連的儲液罐、水泵、水箱。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)以下有益效果：降低吸附材料再生能耗、成本；提高空間利用率；實現(xiàn)連續(xù)捕集和存儲CO2；輸出高濃度的CO2；不對CO2氣體產(chǎn)生污染。體產(chǎn)生污染。體產(chǎn)生污染。

技術研發(fā)人員：李鋒 王凱 張繼 朱亮亮 陳曦 王珮驊

受保護的技術使用者：霖和氣候科技（北京）有限公司

技術研發(fā)日：2022.03.03

技術公布日：2022/5/10