基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法与流程

本发明属于碳捕集，具体涉及基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法。

背景技术：

1、在工业源二氧化碳捕集示范工程得到了大量部署，作为重要的补充和缓解碳封存中运输环节的成本压力的手段，直接空气捕集技术(direct air capture，dac)也得到了重视与发展。从空气中直接捕集的二氧化碳可以作为工业原料，对土地进行反哺，进入碳循环闭环，能够产生负碳的效应，有助于降低大气中二氧化碳浓度水平。dac技术面临的首要挑战是低浓度情况下碳捕集的能耗问题，以及低浓度下吸附剂如何实现较高的吸附容量、如何实现快速传质和吸脱附等。

2、申请公布号为cn113813746a的中国发明专利，公布了一种从空气中直接捕集二氧化碳的装置，其采用的是薄层移动床和球形固态胺吸附剂，薄层移动床的高度为10m～25m，球型固态胺吸附剂需要在其中上下转移，系统磨损较大。申请公布号为cn112169537a的中国发明专利，公布了一种快速变温吸附转轮式直接空气二氧化碳捕集系统实现连续捕集二氧化碳，但是由于需要使用3d打印技术成型的转轮为整体式结构，性能虽好，但是成本极高。

3、我们注意到各种金属有机框架材料(mofs)被不断开发出来，mofs材料往往具有发达的孔道结构和巨大的比表面积，兼具优良的表面和孔道可调变性，在较低温度下便可实现再生。含有金属中心的mg-mof-74、mil-101(cr)、sifsix-3-cu/ni/zn等mofs材料均表现出了较高的二氧化碳吸附性能。mofs材料容易制成薄板形式，且材质一般较轻，便于组装和使用。但是将mofs材料与二氧化碳捕集的研究甚少。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法。

2、为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

3、基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统，包括：

4、吸附反应器系统，所述吸附反应器系统用于吸附空气中的co2或进行解吸附；

5、蒸汽发生器及疏水回收系统，所述蒸汽发生器及疏水回收系统与吸附反应器系统相连，用于为吸附反应器系统提供热源；

6、再生冷却除水系统，所述再生冷却除水系统与吸附反应器系统和蒸汽发生器及疏水回收系统相连；

7、当需要吸附空气中的co2时，空气进入吸附反应器系统进行碳吸附后排入大气；

8、当需要解吸附时，通过蒸汽发生器及疏水回收系统为吸附反应器系统提供热源，升高吸附反应器系统内的吸附剂模块所在区域的温度，启动再生冷却除水系统，产生微负压环境，进而将吸附的co2解吸出来。

9、在本发明提供的基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统中，还包括太阳能发电与储能系统，所述太阳能发电与储能系统与蒸汽发生器及疏水回收系统相连，用于为蒸汽发生器及疏水回收系统提供电能。

10、所述太阳能发电与储能系统包括光伏组件方阵、控制器和储能电池，所述光伏组件方阵与储能电池相连，所述储能电池与控制器相连并受其控制，所述储能电池与蒸汽发生器及疏水回收系统的电蒸汽发生器相连并为其供电。

11、在本发明提供的基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统中，所述吸附反应器系统包括直接空气碳捕集塔，所述直接空气碳捕集塔下部设置有空气进气风道，所述直接空气碳捕集塔内部下方设置有若干个进气导流板，所述直接空气碳捕集塔内部且位于进气导流板上方设置有进气局部网，所述直接空气碳捕集塔内部且位于进气局部网上方设置有若干个散热翅片和若干个吸附剂模块，所述直接空气碳捕集塔与蒸汽发生器及疏水回收系统的电蒸汽发生器相连，所述直接空气碳捕集塔上部外侧设置有脱碳出气风道挡板门与co2出气风道挡板门，所述脱碳出气风道挡板门与脱碳出气风道相连通，所述co2出气风道挡板门与co2出气风道相连通再连通再生冷却除水系统，所述脱碳出气风道挡板门与co2出气风道挡板门不同时打开，所述即脱碳出气风道上设置有co2非分散红外分析仪，根据co2非分散红外分析仪检测的co2浓度数值决定进行碳吸附或解吸附，当需要进行碳吸附时，脱碳出气风道挡板门打开，co2出气风道挡板门关闭，当需要解吸附时，脱碳出气风道挡板门关闭，co2出气风道挡板门打开。

12、所述吸附剂模块与散热翅片相间布置，为间接换热方式。

13、所述吸附剂模块呈矩阵式布置，所述吸附剂模块的层数设置为2～5层，每个吸附剂模块含有50～200片mofs吸附剂薄板，mofs吸附剂薄板之间的间隙为空气流通通道，空气在流通mofs吸附剂薄板表面时其中的co2被吸附下来。

14、在本发明提供的基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统中，所述蒸汽发生器及疏水回收系统包括电蒸汽发生器、散热翅片、疏水箱和疏水回流泵，所述电蒸汽发生器下部设置有事故排水管，所述电蒸汽发生器通过事故排水管与疏水箱入口相连通，所述疏水箱出口通过回流管及其上设置的疏水回流泵与电蒸汽发生器相连通，所述电蒸汽发生器上部设置有补充水进水管，所述散热翅片设置有若干个并设置于吸附反应器系统的直接空气碳捕集塔内部。

15、所述电蒸汽发生器的额定出汽压力为0.3mpa～0.6mpa，额定出气温度为120℃～145℃。

16、在本发明提供的基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统中，所述再生冷却除水系统包括变频再生风机和冷却除水器，所述变频再生风机一端与吸附反应器系统的co2出气风道相连通，所述变频再生风机另一端与冷却除水器相连通，所述冷却除水器与蒸汽发生器及疏水回收系统的电蒸汽发生器相连通。

17、本发明还提供了基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用方法，采用如上所述的基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统进行碳捕集及利用，所述方法包括以下步骤：

18、含有正常浓度二氧化碳的空气从空气进气风道进入直接空气碳捕集塔内，经过进气导流板导流分配后向上流动，通过进气局部网的均布后形成平缓气流，继续向上并流经吸附剂模块；

19、当需要进行碳吸附时，打开脱碳出气风道挡板门和脱碳出气风道，气流中的co2与吸附剂模块接触并被吸附下来，通过吸附剂模块净化后的气流经过脱碳出气风道挡板门和脱碳出气风道排向大气，此时，co2出气风道挡板门、co2出气风道、变频再生风机处于停运状态；

20、当co2非分散红外分析仪检测的co2浓度数值达到90％及以上的入口co2浓度值时，进入解吸附状态，此时，关闭脱碳出气风道挡板门，打开co2出气风道挡板门，启动变频再生风机，打开进气管道上的阀门，通过电蒸汽发生器给直接空气碳捕集塔内部的散热翅片供气，升高吸附剂模块所在区域的温度至80～100℃，通过升温及变频再生风机启动产生的微负压环境将吸附剂模块吸附的co2解吸出来并被变频再生风机送出，实现吸附剂模块的再生与干燥；当解吸附完成后，系统再恢复到碳吸附状态，继续捕集大气中的co2，以此循环反复。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、本发明公开了基于mofs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法，采用mofs吸附剂作为吸附反应器系统进行碳吸附的吸附材料，通过蒸汽发生器及疏水回收系统为吸附反应器系统提供热源，以升高mofs吸附剂所在区域的温度，便于后期实现解吸附，捕集的二氧化碳用于都市农业，通过太阳能发电与储能系统为蒸汽发生器及疏水回收系统提供电能，可实现空气碳捕集与农业经济双赢、能源供给更绿色的目标。