一种压缩空气碳捕集系统及方法与流程

本申请涉及碳回收，尤其涉及一种压缩空气碳捕集系统及方法。

背景技术：

1、目前，二氧化碳排放量的增多加剧了全球变暖，进而导致大量冰川融化加快、海平面升高、生态环境发生恶劣变化，因此，通过二氧化碳减排等碳中和技术来延缓全球变暖越来越受重视。二氧化碳捕集、利用和封存技术(carbon capture，utilization andstorage，ccus)作为深度减排技术，对火电、钢铁、水泥、化工等工业固定排放源进行直接捕集相对有效且可节约运输成本。目前主要的碳捕集技术分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集。燃烧前捕集是将燃料中的含碳组分转化为水煤气，进而将二氧化碳从中分离，该方式多用于整体煤气化联合循环电站；富氧燃烧捕集则是将纯氧从空气中分离并通入燃烧系统，辅以烟气循环，该技术捕集的二氧化碳纯度高，但系统总投资较高；燃烧后捕集则是从烟气中分离二氧化碳，该技术能耗较高。此外，以上几种二氧化碳捕集方式都是应对工业集中源排放二氧化碳的集中捕集技术，但实际上，全球每年约有30-50％的二氧化碳来自交通运输业、居民建筑热能、小型工厂等分布式排放源。直接空气捕集(direct aircapture，dac)二氧化碳技术是一种重要的ccus技术，该技术可以从环境空气中去除二氧化碳，dac工艺一般由空气捕集模块、吸收剂或吸附剂再生模块、二氧化碳储存模块三部分组成。在空气捕集模块，大多先通过引风机等设备对空气中二氧化碳进行捕集，再通过固体吸附材料或液体吸收材料吸收二氧化碳；吸收剂或吸附剂再生模块主要通过高温脱附等方法对材料进行再生；二氧化碳储存模块主要通过压缩机将收集的二氧化碳送入储罐中贮存。

2、现有的二氧化碳捕集分离方法包括溶液吸收法、固体吸附法、膜分离法等，其中吸收法应用最广，但吸收介质再生能耗较高。而吸附法由于其较好的环保性、经济性受到人们的关注。传统的二氧化碳吸附装置多采用固定床、转环或流化床形式，捕集对象多为二氧化碳浓度为10％-30％的化石燃料燃烧后气体。捕集装置的循环运行方法包括变压吸附、变温吸附、变湿吸附等。相关的技术中采用薄层移动床和球形固态胺吸附剂，其中球型固态胺吸附剂需要在其中上下转移，系统磨损较大。以及还有技术中利用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；或者需要温控装置加热吸脱附床层才能使二氧化碳脱附，加热能耗大且脱附效率低，另外，加热后空气的温度较高，对温室大棚中作物的生长造成影响。此外采用湿法再生吸附材料，但是对于固定床形式的捕集装置的吸附材料重新吸收捕碳时，湿度较大的吸附材料对二氧化碳的捕捉效率低且存在二氧化碳气体通过吸附材料时阻力较大，进一步降低了碳捕集效率，因此如何提供一种高效率，经济运行性高且能实现连续捕集二氧化碳的直接空气碳捕集的系统是本领域技术人员亟需解决的。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的目的在于提出一种压缩空气碳捕集系统及方法，其中利用脱附液对湿法再生吸附材料解析再生后，通过滚筒件转动脱甩湿法再生吸附材料中的脱附液，降低湿法再生吸附材料的湿度，从而在湿法再生吸附材料循环过程中提高碳捕集效率和捕碳量。同时利用压缩空气提高了单位流量中通入碳捕集组件的压缩空气气流中的二氧化碳浓度，提高了直接空气碳捕集的效率和捕碳总量，且不断地将压缩空气进行吸附，实现连续捕集压缩空气中的二氧化碳；此外，滚筒件的设置使得气道中的压缩空气均匀扩散至湿法再生吸附材料中，提高接触捕集效率。

3、根据本申请的第一个方面提出了一种压缩空气碳捕集系统，包括：

4、碳捕集组件，其包括壳体以及设置在所述壳体内并与所述壳体转动连接的滚筒件，所述滚筒件与所述壳体之间具有气道，且所述滚筒件上开设有与所述气道连通的多个过孔；所述滚筒件内装载有湿法再生吸附材料；

5、所述气道与空气压缩释能组件中的压缩空气连通，压缩空气内的二氧化碳经过所述湿法再生吸附材料进行吸附捕集；所述壳体上开设进液口，脱附液通过所述进液口通入所述滚筒件内，并将所述湿法再生吸附材料吸附的二氧化碳洗脱至脱附液内；当所述滚筒件内的脱附液输出后，利用所述滚筒件脱甩脱附液后再进行下次二氧化碳吸附捕集。

6、在一些实施例中，所述空气压缩释能组件包括空气压缩组件，其与存储压缩空气的气室连接，用以向所述气室输入压缩空气；所述气室的输出端与所述气道连接。

7、在一些实施例中，所述空气压缩释能组件包括空气膨胀组件，其与所述气室连接，用以将压缩空气膨胀做功；所述空气膨胀组件的气体出口连通所述气道。

8、在一些实施例中，所述空气膨胀组件包括多级串联的空气膨胀机；所述空气膨胀机与所述滚筒件同轴连接，并在所述空气膨胀机运行时带动所述滚筒件运行。

9、在一些实施例中，所述碳捕集组件还包括储液件和光能生物培养单元；所述储液件中存储有脱附液，其出液口连接所述壳体的所述进液口；所述壳体的出液口连接所述光能生物培养单元。

10、在一些实施例中，所述碳捕集组件还包括采集仪，用以检测所述壳体内二氧化碳的浓度，并在所述壳体内二氧化碳的浓度高于预设值时，所述储液件向所述壳体内通入脱附液。

11、在一些实施例中，还包括换热器单元；其与所述空气压缩释能组件换热连接，用于在不同工况下，存储所述空气压缩释能组件中的热量或向所述空气压缩释能组件释热。

12、在一些实施例中，所述碳捕集组件与所述换热器单元换热连接；用于对所述壳体输出的脱附液换热；和/或所述换热器单元与所述储液件连通。

13、根据本申请的第二个方面，提出了一种直接空气碳捕集的方法，该方法采用上述任意一项实施例所述的系统进行直接空气碳捕集，包括如下过程：

14、用电低谷期，空气压缩释能组件产生压缩空气并存储至气室；所述气室中的压缩空气调压调温后通入气道；滚筒件旋转并通过其中的湿法再生吸附材料吸附压缩空气中的二氧化碳；在所述壳体内二氧化碳的浓度高于预设值时，向所述壳体内通入脱附液使得所述湿法再生吸附材料浸没在脱附液中设定时间，后将所述壳体中的脱附液排出并利用所述滚筒件转动脱甩其中的脱附液，完成所述湿法再生吸附材料的再生；再次向所述气道内通入压缩空气进行直接空气碳捕集，循环往复。

15、在一些实施例中，用电高峰期，所述气室中的压缩空气膨胀做功，并将做功后的乏气在所述滚筒件脱甩脱附液时通入所述气道，用以加速所述湿法再生吸附材料干燥。

16、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。

技术特征：

1.一种压缩空气碳捕集系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气压缩释能组件包括空气压缩组件，其与存储压缩空气的气室连接，用以向所述气室输入压缩空气；所述气室的输出端与所述气道连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空气压缩释能组件包括空气膨胀组件，其与所述气室连接，用以将压缩空气膨胀做功；所述空气膨胀组件的气体出口连通所述气道。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述空气膨胀组件包括多级串联的空气膨胀机；所述空气膨胀机与所述滚筒件同轴连接，并在所述空气膨胀机运行时带动所述滚筒件运行。

5.根据权利要求1-4任一所述的系统，其特征在于，所述碳捕集组件还包括储液件和光能生物培养单元；所述储液件中存储有脱附液，其出液口连接所述壳体的所述进液口；所述壳体的出液口连接所述光能生物培养单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述碳捕集组件还包括采集仪，用以检测所述壳体内二氧化碳的浓度，并在所述壳体内二氧化碳的浓度高于预设值时，所述储液件向所述壳体内通入脱附液。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括换热器单元；其与所述空气压缩释能组件换热连接，用于在不同工况下，存储所述空气压缩释能组件中的热量或向所述空气压缩释能组件释热。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述碳捕集组件与所述换热器单元换热连接，用于对所述壳体输出的脱附液换热；和/或所述换热器单元与所述储液件连通。

9.一种直接空气碳捕集的方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-8任意一项所述的系统进行直接空气碳捕集，包括如下过程：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用电高峰期，所述气室中的压缩空气膨胀做功，并将做功后的乏气在所述滚筒件脱甩脱附液时通入所述气道，用以加速所述湿法再生吸附材料干燥。

技术总结
本申请提出一种压缩空气碳捕集系统及方法，包括：碳捕集组件，包括壳体以及设置在壳体内并与壳体转动连接的滚筒件，滚筒件与壳体之间具有气道，且滚筒件上开设有与气道连通的多个过孔；滚筒件内装载有湿法再生吸附材料；气道与空气压缩释能组件中的压缩空气连通，压缩空气内的二氧化碳经过湿法再生吸附材料进行吸附捕集；壳体上开设进液口，脱附液将湿法再生吸附材料吸附的二氧化碳洗脱至脱附液内；当滚筒件内的脱附液输出后，利用滚筒件脱甩脱附液后再进行下次二氧化碳吸附捕集。本申请利用脱附液对湿法再生吸附材料解析再生后，通过滚筒件转动脱甩，降低湿法再生吸附材料的湿度，从而在湿法再生吸附材料循环过程中提高碳捕集效率和捕碳量。

技术研发人员：于在松,朱建臣,仇磊,魏小征,王军刚,梁法光,梁舒婷,牛利涛,薛菲,郝博瑜,张安琪
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17