基于湿法再生吸附材料的CO2直接空气捕集系统及方法与流程

一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法

技术领域

1.本发明涉及dac技术领域，更具体地说，是涉及一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法。

背景技术：

2.目前主要的碳捕集技术分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集，这些都是应对工业集中源排放co2的集中捕集技术。实际上，全球每年约有30～50％的co2来自交通运输业、居民建筑热能、小型工厂等分布式排放源，co2直接空气捕集技术可以作为集中捕集技术的有效补偿，但目前缺少可以实现低能耗、连续捕集空气中co2的系统。

3.dac(direct air capture；直接从空气中捕集co2的技术)捕集不同于传统电厂集中捕集技术，不需要将捕集到的co2运输到封存地点，可以直接在适宜地质/海洋封存区进行就地捕集封存或利用，无需co2输送系统；通过形成全球生态碳循环闭环回路，将捕集的co2与可再生能源结合生产燃料，为实现地球能源可持续发展提供可能；当使用节能减排技术以及新能源之后仍无法达到目标时，dac技术将是唯一的降碳手段；大量捕集空气中的二氧化碳才可以形成全球净负排放，从而减少大气、海洋和陆地生物量中的过量二氧化碳。

4.dac工艺一般由空气捕集模块、吸收剂或吸附剂再生模块、co2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co2进行捕集，再通过固体吸附材料或液体吸收材料吸收co2；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；co2储存模块主要通过压缩机将收集的co2送入储罐中贮存。

5.目前已投入运行的dac工艺流程主要有如下3种：

6.carbon engineering公司的主要工艺流程为：

①

通过空气接触器将大气中低浓度co2捕集并由koh溶液吸收，将co2转化为k2co3溶液；

②

k2co3溶液进入颗粒反应器与ca(oh)2溶液反应后生成caco3固体和koh溶液；

③

caco3固体进入煅烧炉分解为高浓度co2和cao固体，高浓度co2经过压缩机变为化工原料进行收集和储存；

④

cao固体在生石灰消化器中与h2o反应生成 ca(oh)2溶液，为步骤

②

提供原料。

7.climeworks公司的dac工艺流程为：

①

空气中co2被吸入过滤器(胺修饰的多孔材料构成)，co2通过化学键结合在过滤器上；

②

过滤器上co2吸附饱和，加热过滤器到100℃，化学键断裂，co2从过滤器上释放出来，并作为浓缩的co2气体被收集起来。

8.global thermostat公司使用气流装置在接触器表面吸附空气，每台接触器是矩形塔设备，接触器内嵌的胺吸附剂附着在多孔、蜂窝的陶瓷块上用以吸附co2；吸附完成后使用低温蒸汽(85～100℃)对co2进行脱附收集。

9.这3种工艺的优缺点总结如下：

[0010][0011]

除上述3个商业公司的dac捕集工艺外，现有技术还公开了如下技术方案：

[0012]

(1)专利cn105032113a公开了一种基于湿法再生技术捕集烟气中二氧化碳的工艺，包括预处理、吸附处理、冲洗置换处理、喷水解吸处理、产品气吹扫处理、置换气吹扫处理以及干燥再生处理；采用功能化的离子交换树脂膜材料，通过与电厂热力系统有机整合，分三个主要步骤循环运行，高效、低成本吸附分离出高纯度二氧化碳。但是，该技术方案的捕集对象为烟气，其中co2浓度本身较高(10～15％)；对输入气源的湿度要求较为苛刻(8.7～11.8％)；需要浓度50～85％的二氧化碳作为置换气；气源(烟气)需要先冷却，再加热至40～45℃；其使用的吸附材料为阴离子交换树脂膜；其解吸过程需要在35～45℃条件下进行；喷淋水需要40～45℃；将co2储存至产品气罐前未除去水分。

[0013]

(2)专利cn106178817a公开了一种大规模二氧化碳捕集系统及捕集方法，二氧化碳吸附过程：大气经干燥室干燥后进入二氧化碳吸附室，其中的二氧化碳被吸附剂吸附，吸附后的气体重新回到大气中；吸附剂还原及二氧化碳储存过程：由水箱对气体加湿，高湿度气体进入吸附室，使饱和的吸附剂开始解吸附出二氧化碳，解吸附出的二氧化碳进入气罐，循环若干时间后二氧化碳完全解吸附，吸附剂实现再生。但是，该技术方案干燥过程采用无水氯化钙，易对腐蚀造成设备，固体粉末还可能污染气体；通过湿气流加湿材料，速度慢且浸润效果不明显；单个罐体无法连续捕集和存储co2；未预先抽除二氧化碳吸附室内多余空气，会导致收集的co2纯度降低；未设置压缩机，只能在气罐中储存常压co2，储存量小且速度慢。

技术实现要素：

[0014]

有鉴于此，本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法，一方面：以co2浓度含量很低(0.04％)的空气作为捕集气源；放宽对输入气源的湿度要求(＜30％)；不使用置换气体，直接抽真空；直接通过热源加热空气到 40～50℃；增加吸附材料的类型，不仅限于阴离子交换树脂膜；降低解吸过程(包含喷淋水)所需的温度条件，常温即可；储存co2气体前进行气液分离。另一方面：采用升温、除湿的空气来干燥吸附材料，减少设备腐蚀和气体污染；采用喷淋加湿，加快材料浸湿速度、加强浸湿效果；设置3个捕集罐循环运行，实现连续捕集储存co2气体；预先抽除捕集罐中空气，提高收集的co2纯度；提高co2储存速度和储存量，使用加压存储。

[0015]

本发明提供了一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，包括：

[0016]

若干组并联的捕集装置；所述捕集装置顶部设有进气口，上部设有液相进口，所述液相进口与捕集装置内部设置的喷淋装置相通，所述喷淋装置下方设有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集装置中部，底部设有物料出口，所述物料出口分别与co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路和液相支路相连；

[0017]

分别与若干组并联的捕集装置的进气口相连的除湿装置；

[0018]

与所述除湿装置相连的风机；所述风机连接有热源；

[0019]

分别与若干组并联的捕集装置的混合气体支路相连的真空泵；

[0020]

与所述真空泵相连的气液分离器；所述气液分离器的气相出口经压缩机与co2储罐相连；

[0021]

分别与若干组并联的捕集装置的液相支路相连的储液罐；

[0022]

与所述储液罐相连的水泵；所述水泵连接有水箱。

[0023]

优选的，所述若干组并联的捕集装置为三组。

[0024]

优选的，所述co2吸附材料为负载有碳酸根离子的纳米多孔材料。

[0025]

优选的，所述进气口、液相进口、co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路、液相支路均设有阀门。

[0026]

优选的，所述气液分离器的液相出口与液相进口相连；

[0027]

所述水箱还设有与液相进口相连的液相出口；

[0028]

所述co2储罐还设有与液相进口相连的液相出口。

[0029]

本发明还提供了一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，采用上述技术方案所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，包括以下步骤：

[0030]

a)将空气加热后除湿，通入第一组捕集装置对其中的co2吸附材料进行干燥，再由物料出口经co2吸附材料干燥气相支路排出；

[0031]

b)对除湿后的空气采用步骤a)干燥后的co2吸附材料进行co2吸附；

[0032]

c)采用水喷淋的方式对步骤b)中吸附co2后的co2吸附材料进行co2脱附，得到的混合气体由物料出口经混合气体支路进入气液分离器进行气液分离，得到的co2压缩后储存；最后将第一组捕集装置中残余的水由物料出口经液相支路进入储液罐，后续由水泵抽至水箱；

[0033]

将与第一组捕集装置并联的其他组捕集装置重复上述步骤a)～c)，进行连续吸附或间歇吸附，实现co2直接空气捕集。

[0034]

优选的，步骤b)中所述除湿后的空气的相对湿度为15％～35％，流量为 2000m3/h～2500m3/h。

[0035]

优选的，步骤c)中所述co2脱附的压力为1kpa～3kpa，水喷淋的时间为 4min～15min。

[0036]

优选的，所述连续吸附的过程采用三组捕集装置实现，第一组捕集装置按照步骤a)干燥、步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存三个过程连续循环进行，第二组捕集装置对应按照步骤c)co2脱附储存、步骤a)干燥、步骤b)co2吸附三个过程连续循环进行，第三组捕集装置对应按照步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存、步骤a)干燥三个过程连续循环进行，实现连续储存co2。

[0037]

优选的，所述步骤a)采用真空干燥的方式进行捕集装置中co2吸附材料的干燥。

[0038]

本发明提供了一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法；该系统包括：若干组并联的捕集装置；所述捕集装置顶部设有进气口，上部设有液相进口，所述液相进口与捕集装置内部设置的喷淋装置相通，所述喷淋装置下方设有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集装置中部，底部设有物料出口，所述物料出口分别与co2吸附材料干

燥气相支路、混合气体支路和液相支路相连；分别与若干组并联的捕集装置的进气口相连的除湿装置；与所述除湿装置相连的风机；所述风机连接有热源；分别与若干组并联的捕集装置的混合气体支路相连的真空泵；与所述真空泵相连的气液分离器；所述气液分离器的气相出口经压缩机与co2储罐相连；分别与若干组并联的捕集装置的液相支路相连的储液罐；与所述储液罐相连的水泵；所述水泵连接有水箱。与现有技术相比，本发明提供的基于湿法再生吸附材料的 co2直接空气捕集系统采用特定结构及连接关系，实现整体较好的相互作用，能够实现以下有益效果：(1)降低吸附材料再生能耗、成本(采用湿度调控的固体吸附材料，再生过程无需升温加热)；(2)提高空间利用率(系统集成度更高，无特大型设备)；(3)实现连续捕集和存储co2；(4)输出高浓度的co2(预先抽除多余空气，减压脱附)；(5)不对co2气体产生污染(整个过程不使用化学试剂，无毒无害)；具有广阔的应用前景。

附图说明

[0039]

图1为本发明实施例提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统的结构示意图；

[0040]

图2为本发明实施例1提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统进行连续吸附的示意图；

[0041]

图3为本发明实施例1提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统进行间歇吸附的示意图；

[0042]

图4为本发明实施例2提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统进行连续吸附的示意图；

[0043]

图5为本发明实施例2提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统进行间歇吸附的示意图。

具体实施方式

[0044]

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045]

本发明提供了一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，包括：

[0046]

若干组并联的捕集装置；所述捕集装置顶部设有进气口，上部设有液相进口，所述液相进口与捕集装置内部设置的喷淋装置相通，所述喷淋装置下方设有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集装置中部，底部设有物料出口，所述物料出口分别与co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路和液相支路相连；

[0047]

分别与若干组并联的捕集装置的进气口相连的除湿装置；

[0048]

与所述除湿装置相连的风机；所述风机连接有热源；

[0049]

分别与若干组并联的捕集装置的混合气体支路相连的真空泵；

[0050]

与所述真空泵相连的气液分离器；所述气液分离器的气相出口经压缩机与co2储罐相连；

[0051]

分别与若干组并联的捕集装置的液相支路相连的储液罐；

[0052]

与所述储液罐相连的水泵；所述水泵连接有水箱。

[0053]

在本发明中，所述若干组并联的捕集装置优选为三组，所述的捕集装置采用本领域技术人员熟知的捕集罐即可；所述进气口、液相进口、co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路、液相支路优选均设有阀门。

[0054]

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统的结构示意图；其中，1-热源，2-风机，3-除湿装置，4-第一喷淋装置，5-第二喷淋装置，6-第三喷淋装置，7-第一捕集装置，8-第二捕集装置，9-第三捕集装置，10-第一组co2吸附材料，11-第二组co2吸附材料， 12-第三组co2吸附材料，13-储液罐，14-水泵，15-水箱，16-真空泵，17-气液分离器，18-压缩机，19-co2储罐，其余均为阀门。

[0055]

在本发明中，所述co2吸附材料优选为负载有碳酸根离子的纳米多孔材料；当所述co2吸附材料所处环境相对湿度较低时，它可以自主吸附co2，反之，当相对湿度较高时，它能使co2脱附。在本发明中，所述co2吸附材料除了可以做成膜状，还可以是颗粒状、块状等多种形式，不受捕集装置内部空间限制。

[0056]

在本发明中，所述气液分离器的液相出口优选与液相进口相连；所述水箱优选还设有与液相进口相连的液相出口；所述co2储罐优选还设有与液相进口相连的液相出口。

[0057]

本发明还提供了一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，采用上述技术方案所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，包括以下步骤：

[0058]

a)将空气加热后除湿，通入第一组捕集装置对其中的co2吸附材料进行干燥，再由物料出口经co2吸附材料干燥气相支路排出；

[0059]

b)对除湿后的空气采用步骤a)干燥后的co2吸附材料进行co2吸附；

[0060]

c)采用水喷淋的方式对步骤b)中吸附co2后的co2吸附材料进行co2脱附，得到的混合气体由物料出口经混合气体支路进入气液分离器进行气液分离，得到的co2压缩后储存；最后将第一组捕集装置中残余的水由物料出口经液相支路进入储液罐，后续由水泵抽至水箱；

[0061]

将与第一组捕集装置并联的其他组捕集装置重复上述步骤a)～c)，进行连续吸附或间歇吸附，实现co2直接空气捕集。

[0062]

在本发明中，所述空气即本领域技术人员熟知的环境中的空气(co2浓度为0.04％)，也可采用其他含有co2的混合气体，本发明对此没有特殊限制。在本发明一个优选的实施例中，热源1处进入的气体为自然环境中的空气，来源广泛且无成本，其中co2浓度约为0.04％，经过本套工艺的减压脱附后，可将浓度提高2000倍以上；在本发明另一个优选的实施例中，风机1处进入的气体为自然环境中的空气，来源广泛且无成本，其中co2浓度约为0.04％，经过本套工艺的减压脱附后，可将浓度提高2000倍以上。

[0063]

在本发明中，所述加热通过热源1实现，所述加热的温度优选为40℃～50℃。

[0064]

在本发明中，所述除湿通过除湿装置3实现，除湿后的空气的相对湿度优选为15％～35％，更优选为20％～30％，流量优选为2000m3/h～2500m3/h，更优选为2300m3/h。

[0065]

本发明通过热源1、风机2和除湿装置3的配套运行，逐级降低空气湿度，能有效加快co2吸附材料干燥过程。

[0066]

在本发明中，所述空气加热、除湿后，通入第一组捕集装置对其中的co2吸附材料进行干燥，再由物料出口经co2吸附材料干燥气相支路排出。在本发明中，所述干燥的时间

优选为0.5h～1.5h，更优选为1h。

[0067]

之后，本发明对除湿后的空气采用步骤a)干燥后的co2吸附材料进行 co2吸附。

[0068]

在本发明中，所述除湿后的空气的相对湿度优选为15％～35％，更优选为 20％～30％，流量优选为2000m3/h～2500m3/h，更优选为2300m3/h。

[0069]

在本发明中，所述co2吸附的时间优选为0.5h～1.5h，更优选为1h。在本发明中，co2吸附材料干燥过程优选在40℃～50℃，相对湿度低于30％的条件下完成；而co2吸附过程可在常温，相对湿度低于30％的条件下完成。

[0070]

再之后，本发明采用水喷淋的方式对步骤b)中吸附co2后的co2吸附材料进行co2脱附，得到的混合气体由物料出口经混合气体支路进入气液分离器进行气液分离，得到的co2压缩后储存；最后将第一组捕集装置中残余的水由物料出口经液相支路进入储液罐，后续由水泵抽至水箱。

[0071]

在本发明中，所述水喷淋的时间优选为4min～15min，更优选为 5min～10min。本发明对所述喷淋所需的水没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的常温自来水即可。

[0072]

在本发明中，所述co2脱附的压力优选为1kpa～3kpa，更优选为2kpa； co2脱附储存过程需要在捕集罐内绝对压力低于2kpa时开始运行，向co2储罐压入气体前通过气液分离器除去水分。

[0073]

同时，本发明将与第一组捕集装置并联的其他组捕集装置重复上述步骤 a)～c)，进行连续吸附或间歇吸附，实现co2直接空气捕集。

[0074]

在本发明中，所述连续吸附的过程优选采用三组捕集装置实现，第一组捕集装置按照步骤a)干燥、步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存三个过程连续循环进行，第二组捕集装置对应按照步骤c)co2脱附储存、步骤a)干燥、步骤b)co2吸附三个过程连续循环进行，第三组捕集装置对应按照步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存、步骤a)干燥三个过程连续循环进行，实现连续储存co2。在本发明优选的实施例中，整个工艺流程包含co2吸附材料干燥、co2吸附、co2脱附储存3个过程，各自所需的时长相等(优选为 1h)，同时又设置了3个捕集罐，因而可以按照上述连续吸附模式运行。

[0075]

本发明对所述间歇吸附的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的采用三组捕集装置同时按照步骤a)干燥、步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存三个过程连续循环进行即可。

[0076]

在本发明中，所述步骤a)优选采用真空干燥的方式进行捕集装置中co2吸附材料的干燥；本发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变质。

[0077]

本发明提供了一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法；该系统包括：若干组并联的捕集装置；所述捕集装置顶部设有进气口，上部设有液相进口，所述液相进口与捕集装置内部设置的喷淋装置相通，所述喷淋装置下方设有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集装置中部，底部设有物料出口，所述物料出口分别与co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路和液相支路相连；分别与若干组并联的捕集装置的进气口相连的除湿装置；与所述除湿装置相连的风机；所述风机连接有热源；分别与若干组并联的捕集装置的混合气体支路相连的真空泵；与所述真空泵相连的气液分离器；所述气液分离器的气相出口经压缩机与co2储罐相连；分别与若干组并联的捕集装置的液相支路相连的储液罐；与所述储液罐相连的水泵；所述水泵连接有水箱。与现有技术相比，本发明提供的基于

湿法再生吸附材料的 co2直接空气捕集系统采用特定结构及连接关系，实现整体较好的相互作用，能够实现以下有益效果：(1)降低吸附材料再生能耗、成本(采用湿度调控的固体吸附材料，再生过程无需升温加热)；(2)提高空间利用率(系统集成度更高，无特大型设备)；(3)实现连续捕集和存储co2；(4)输出高浓度的co2(预先抽除多余空气，减压脱附)；(5)不对co2气体产生污染(整个过程不使用化学试剂，无毒无害)；具有广阔的应用前景。

[0078]

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的co2吸附材料为负载有碳酸根离子的纳米多孔材料，具体制备方法如下：

[0079]

首先由聚乙烯基底和d201树脂粉末(质量分数60％)的混合物拉片热压成膜，再用80℃去离子水进行4h的水热处理；接着，将材料放进0.5mol/l 的na2co3溶液中进行4次离子交换，单次持续时间为4h；每次离子交换后都要将材料取出并用去离子水冲洗2次，随后再放入新配制的na2co3溶液；制备完成后，将材料晾干备用。

[0080]

实施例1

[0081]

采用上述技术方案中所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，具体工作过程如下：

[0082]

co2吸附材料干燥：以第一捕集罐7为例，环境中的空气(co2浓度为 0.04％)以2300m3/h的流量经过热源1的加热(40℃～50℃)后，由风机2送入除湿装置3，使空气相对湿度降低至20％～30％的范围；经过加热和除湿的空气通过阀门21进入第一捕集罐7，从上至下吹过第一组co2吸附材料10 从而发挥干燥作用，然后再通过阀门30排入大气；整个干燥过程持续1小时。

[0083]

co2吸附：第一组co2吸附材料10经过1小时干燥过程后，可以关闭热源1(也可以不关闭热源1)，其他与干燥过程保持一致，用相对湿度为 20％～30％的空气，以2300m3/h的流量继续吹扫1小时。

[0084]

co2脱附储存：先使用真空泵16将第一捕集罐7中的空气经过阀门33、 46抽除，使第一捕集罐7中压力降至2kpa以下(需要说明的是，在co2脱附储存过程中，真空泵不一定必须将捕集罐内压力抽至2kpa以下，通过控制泵运行时间可调节罐内压力，使部分空气留存，最终也存入储气罐，理论上可使储气罐最终的co2浓度为0.04％～100％范围内任意数值)；随后，用于脱附过程的水经过阀门20、27进入第一喷淋装置4，将第一组co2吸附材料10 均匀喷淋5～10分钟，co2在淋湿的过程中逐渐解吸；由真空泵16经过阀门 33、47将第一捕集罐7中的产生的混合气体送入气液分离器17，分离出来的 co2气体(经检测，浓度可达90％以上；本发明先通过真空泵抽除捕集罐内的多余空气，再进行co2输送，能提高最终co2浓度，最高可达99％以上)由压缩机18经过阀门48打入co2储罐19进行加压储存。

[0085]

经过上述第一次循环后，第一捕集罐7中的残余液态水通过阀门37排入储液罐13；在之后的循环中，这一排水过程与co2吸附材料干燥过程同步进行；当储液罐13达到液位上限时，由水泵14通过阀门43、44、45将水抽至水箱15；此外，将水箱15与阀门20处的进水口相连，实现水的循环利用。

[0086]

根据不同循环方式对本发明实施例1提供的基于湿法再生吸附材料的 co2直接空气捕集方法进一步说明：

[0087]

优先采用连续吸附：

[0088]

系统运行过程参见图2所示，第一捕集罐7按照干燥、吸附、脱附储存三个过程依次

进行，而第二捕集罐8先进行脱附储存，第三捕集罐9先进行吸附过程；这样一来，保证了每个小时内都有一个捕集罐在进行脱附储存过程，可以实现连续储存co2的目的(连续式、较小流量，3个捕集罐以上述连续吸附模式进行循环时，可以连续输出浓度稳定的co2气体)。

[0089]

间歇吸附：

[0090]

系统运行过程参见图3所示，三个捕集罐均按照干燥、吸附、脱附储存过程依次进行，则每隔两小时三个捕集罐同时进行脱附储存过程(间歇式、较大流量)。

[0091]

本发明实施例1提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法有益效果如下：

[0092]

(1)只用控制湿度大小即可实现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)吸附过程对气源的湿度要求较低，可减少除湿过程能耗；(3)脱附过程在常温下完成，喷淋水也为常温，避免了不必要的加热能耗；(4)脱附过程预先抽除空气，排除了其他杂质气体，大幅提高最终 co2浓度；(5)整个流程不使用化学试剂等有毒有害物质，收集的co2可用作食品添加剂等；(6)优选方式下可连续捕集储存co2，也可间歇捕集储存 co2；(7)通过控制运行的罐体数量可控制单位时间co2产量；(8)通过控制干燥、吸附、脱附时间可控制单位时间co2产量；(9)通过控制捕集罐中压力可控制co2出口浓度；(10)通过控制真空泵的启停，可以实现常压脱附和减压脱附；(11)系统结构相对简单，集成度更高，空间利用率高。当然，本发明还可以增加捕集装置的数量，延长单次循环时间(特别是干燥和吸附过程所用的总时间)，也可以实现连续捕集和存储。

[0093]

实施例2

[0094]

采用上述技术方案中所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，具体工作过程如下：

[0095]

co2吸附材料干燥：采用真空干燥的方式，初始阶段主要是抽除空气，其余阶段是抽除水汽。以第一捕集罐7为例，真空泵16先通过阀门33抽除第一捕集罐7内的空气并从阀门46排出，使得罐内压力降至2kpa以下(需要说明的是，在抽真空干燥的同时，可对捕集罐内的co2吸附材料适当不断加热，使材料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面的低压空气中，从而被真空泵抽走除去，进一步提高干燥速度)；随后过程抽除的主要是水汽，故直接通过阀门47进入气液分离器17；在干燥过程中，还有一部分水汽遇冷凝结直接由阀门36流入储液罐13。

[0096]

co2吸附：启动风机2和除湿装置3(通过风机2和除湿装置3的配套运行，预先降低空气湿度，能增加co2吸附效率)，使进口空气的相对湿度降至20％～30％；经过除湿的空气以2300m3/h的流量通过阀门21进入第一捕集罐7，从上至下吹过第一组吸附材料10从而使其中的co2被吸附，然后再通过阀门30排入大气。

[0097]

co2脱附储存：先使用真空泵16将第一捕集罐7中的空气经过阀门33、 46抽除，使第一捕集罐7中压力降至2kpa以下(需要说明的是，在co2脱附储存过程中，真空泵不一定必须将捕集罐内压力抽至2kpa以下，通过控制泵运行时间可调节罐内压力，使部分空气留存，最终也存入储气罐，理论上可使储气罐最终的co2浓度为0.04％～100％范围内任意数值)；随后，用于脱附过程的水经过阀门20、27进入第一喷淋装置4，将第一组吸附材料10均匀喷淋5～10分钟，co2在淋湿的过程中逐渐解吸；由真空泵16经过阀门33、47 将第一捕集罐7中的产生的混合气体送入气液分离器17，分离出来的co2气体(经检测，浓度可达90％以上；本

发明先通过真空泵抽除捕集罐内的多余空气，再进行co2输送，能提高最终co2浓度，最高可达99％以上)由压缩机18经过阀门48打入co2储罐19进行加压储存。

[0098]

经过上述第一次循环后，第一捕集罐7中会残余较多液态水，需要通过阀门37排入储液罐13，然后再进行co2吸附材料干燥过程；由于排水步骤较快，在之后的循环中，这一排水操作也归到co2吸附材料干燥过程中，花费的时间共同限定为1小时；当储液罐13达到液位上限时，由水泵14通过阀门43、44、45将水抽至水箱15；此外，将水箱15与阀门20处的进水口相连，实现水的循环利用。

[0099]

根据不同循环方式对本发明实施例2提供的基于湿法再生吸附材料的 co2直接空气捕集方法进一步说明：

[0100]

优先采用连续吸附：

[0101]

系统运行过程参见图4所示，第一捕集罐7按照干燥、吸附、脱附储存三个过程依次进行，而第二捕集罐8先进行脱附储存，第三捕集罐9先进行吸附过程；这样一来，保证了每个小时内都有一个捕集罐在进行脱附储存过程，可以实现连续储存co2的目的(连续式、较小流量，3个捕集罐以上述连续吸附模式进行循环时，可以连续输出浓度稳定的co2气体)。

[0102]

需要说明的是，干燥过程中抽除水分、脱附储存过程中抽除空气和输送 co2的操作均要使用真空泵16，只需通过控制不同管路上的阀门通断即可。

[0103]

间歇吸附：

[0104]

系统运行过程参见图5所示，三个捕集罐均按照干燥、吸附、脱附储存过程依次进行，则每隔两小时三个捕集罐同时进行脱附储存过程(间歇式、较大流量)。

[0105]

干燥过程中抽除水分、脱附储存过程中抽除空气和输送co2的操作均要使用真空泵16；打开阀门22、24、26，使三个捕集罐连通，则每次可在达到同一压力值时关闭真空泵16。

[0106]

本发明实施例2提供的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统及方法有益效果如下：

[0107]

(1)只用控制湿度大小即可实现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)通过真空脱水对co2吸附材料进行干燥，干燥速度快，且能有效避免材料污染或变质；(3)吸附过程对气源的湿度要求较低，可减少除湿过程能耗；(4)脱附过程在常温下完成，喷淋水也为常温，避免了不必要的加热能耗；(5)脱附过程预先抽除空气，排除了其他杂质气体，大幅提高最终co2浓度；(6)整个流程不使用化学试剂等有毒有害物质，收集的co2可用作食品添加剂等。(7)优选方式下可连续捕集储存co2，也可间歇捕集储存co2；(8)通过控制运行的罐体数量可控制单位时间co2产量；(9)通过控制干燥、吸附、脱附时间可控制单位时间co2产量；(10)通过控制捕集罐中压力可控制co2出口浓度；(11)通过控制真空本的启停，可以实现常压脱附和减压脱附；(12)系统结构相对简单，集成度更高，空间利用率高。

[0108]

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。技术特征：

1.一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，包括：若干组并联的捕集装置；所述捕集装置顶部设有进气口，上部设有液相进口，所述液相进口与捕集装置内部设置的喷淋装置相通，所述喷淋装置下方设有co2吸附材料，所述co2吸附材料固定在捕集装置中部，底部设有物料出口，所述物料出口分别与co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路和液相支路相连；分别与若干组并联的捕集装置的进气口相连的除湿装置；与所述除湿装置相连的风机；所述风机连接有热源；分别与若干组并联的捕集装置的混合气体支路相连的真空泵；与所述真空泵相连的气液分离器；所述气液分离器的气相出口经压缩机与co2储罐相连；分别与若干组并联的捕集装置的液相支路相连的储液罐；与所述储液罐相连的水泵；所述水泵连接有水箱。2.根据权利要求1所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，其特征在于，所述若干组并联的捕集装置为三组。3.根据权利要求1所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，其特征在于，所述co2吸附材料为负载有碳酸根离子的纳米多孔材料。4.根据权利要求1所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，其特征在于，所述进气口、液相进口、co2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路、液相支路均设有阀门。5.根据权利要求1～4任一项所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，其特征在于，所述气液分离器的液相出口与液相进口相连；所述水箱还设有与液相进口相连的液相出口；所述co2储罐还设有与液相进口相连的液相出口。6.一种基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，其特征在于，采用权利要求1～4任一项所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集系统，包括以下步骤：a)将空气加热后除湿，通入第一组捕集装置对其中的co2吸附材料进行干燥，再由物料出口经co2吸附材料干燥气相支路排出；b)对除湿后的空气采用步骤a)干燥后的co2吸附材料进行co2吸附；c)采用水喷淋的方式对步骤b)中吸附co2后的co2吸附材料进行co2脱附，得到的混合气体由物料出口经混合气体支路进入气液分离器进行气液分离，得到的co2压缩后储存；最后将第一组捕集装置中残余的水由物料出口经液相支路进入储液罐，后续由水泵抽至水箱；将与第一组捕集装置并联的其他组捕集装置重复上述步骤a)～c)，进行连续吸附或间歇吸附，实现co2直接空气捕集。7.根据权利要求6所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，其特征在于，步骤b)中所述除湿后的空气的相对湿度为15％～35％，流量为2000m3/h～2500m3/h。8.根据权利要求6所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，其特征在于，步骤c)中所述co2脱附的压力为1kpa～3kpa，水喷淋的时间为4min～15min。9.根据权利要求6所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，其特征在于，所述连续吸附的过程采用三组捕集装置实现，第一组捕集装置按照步骤a)干燥、步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存三个过程连续循环进行，第二组捕集装置对应按照步骤c)co2脱附

储存、步骤a)干燥、步骤b)co2吸附三个过程连续循环进行，第三组捕集装置对应按照步骤b)co2吸附、步骤c)co2脱附储存、步骤a)干燥三个过程连续循环进行，实现连续储存co2。10.根据权利要求6～9任一项所述的基于湿法再生吸附材料的co2直接空气捕集方法，其特征在于，所述步骤a)采用真空干燥的方式进行捕集装置中co2吸附材料的干燥。

技术总结

本发明提供了一种基于湿法再生吸附材料的CO2直接空气捕集系统，包括：若干组并联的捕集装置，其顶部设有进气口，上部设有液相进口并与内部设置的喷淋装置相通，喷淋装置下方设有CO2吸附材料，底部设有物料出口，物料出口分别与CO2吸附材料干燥气相支路、混合气体支路和液相支路相连；分别与若干组并联的捕集装置的进气口相连的除湿装置、风机、热源；分别与若干组并联的捕集装置的混合气体支路相连的真空泵、气液分离器、压缩机、CO2储罐；分别与若干组并联的捕集装置的液相支路相连的储液罐、水泵、水箱。该系统能够实现以下有益效果：降低吸附材料再生能耗、成本；提高空间利用率；实现连续捕集和存储CO2；输出高浓度的CO2；不对CO2气体产生污染。体产生污染。体产生污染。

技术研发人员：李锋 王凯 张继 朱亮亮 陈曦 王珮骅

受保护的技术使用者：霖和气候科技（北京）有限公司

技术研发日：2022.03.03

技术公布日：2022/5/10