[实用新型]一种间接换热变温吸附碳捕集系统

说明书

本实用新型公开了一种间接换热变温吸附碳捕集系统，包括吸附腔体，其特征在于，所述吸附腔体设有进气阀门和出气阀门，有一换热管道贯穿于所述吸附腔体，所述吸附腔体内填充有吸附剂，所述换热管道的前后两端均通过四通换向阀和管路并联有高温介质热源和低温介质冷源。本实用新型是以循环系统中吸附剂材料、吸附相和烟气的物性为基础构建的一循环过程为基础设计的，不但可以满足碳捕集系统的热力学方面的研究需求，而且是解决碳捕集技术的热力学方面研究的一个理想方案。

技术领域

本实用新型涉及碳捕集技术的热力学研究领域，尤其涉及一种间接换热变温吸附碳捕集系统。

背景技术

全球二氧化碳浓度的上升，带来温度上升，使得全球的极端天气增多，并且使得地球的极地冰盖开始融化，海平面上升。1900年起全球海平面平均上涨了19厘米，近些年上涨速度在不断加快，这将严重威胁很多岛屿和低地国家。由于二氧化碳对温室效应的负面贡献，气候问题逐渐成为全球关注的焦点。通常缓解气候变化的手段有提高能源转换效率、使用可再生能源和二氧化碳捕集与封存，其中碳捕集与封存被认为是应对气候变化挑战的有效技术举措之一。

传统碳捕集技术较为关注系统的可行性，不考虑系统的能耗，造成相关技术的开发面临商业化困境。例如商业化较成熟的溶液吸收法，其捕捉能耗较高，通常捕捉每吨二氧化碳耗能大约3-4MJ/ton。目前在碳捕集能效分析方面，有针对性的工具或模型研究仍处于探索阶段。学界主要存在三类模型：(1)气体分离模型，此类模型是一种集总模型，普适性较好，但是过于简化。(2)过程分析模型，此类模型的特色是对案例的针对性强，缺点是普适性差，“一事一议”，缺乏共性规律把握。(3)全生命周期或能值分析模型，此类模型源自对产品大时间尺度下的环境排放分析，对过程的能质转化特征细节把握不足。

相对吸收碳捕集技术的高能耗问题，吸附碳捕集技术具有自身技术优势，比如再生耗热量低、热能品位要求低、单位捕捉能力大和系统所需设备少等优点。根据脱附过程吸附量变化方式的不同，吸附碳捕集技术被分成变温吸附和变压吸附两种方式。近些年来，关于二氧化碳吸附材料和吸附过程领域的研究发明主要呈现以下特征：

(1)一些研究人者尝试在二氧化碳吸附材料方面进行创新。例如，CN103861557A专利文献中提出了一种新型固态胺二氧化碳吸附剂，使用表面活性剂的方法来降低二氧化碳在固态胺吸附剂内的扩散阻力，提高胺的利用率，进而提高材料的二氧化碳的吸附性能。CN103203220A专利文献中提出一种利用苯胺与Y型分子筛进行聚合反应，得到固体颗粒；将固体颗粒进行碳化反应得到二氧化碳吸附剂，该材料合成简单，性能优于活性炭。CN103120931A专利文献中提出一种笼形二氧化碳吸附材料及其制备方法，该方法包括蒙脱石的酸化改性以及笼形二氧化碳吸附材料的合成，该复合材料中有机胺的有效负载量在10～60％之间，具有良好的吸附和脱附能力，且稳定性良好。CN104056598A专利文献中公开了一种MOFs基二氧化碳吸附剂，包括MOFs和负载于MOFs的孔道中和表面的有机胺，所述MOFs和有机胺的质量比为0.1～10:1。WO2013US66281和US09144770专利文献中提出一种改性活性炭用于二氧化碳泵的吸附材料，该材料把氧化镁注入到活性炭中，其中氧化镁含量约占材料总质量的15％。EP20080772173专利文献中提出一种中空纤维吸附材料，该材料以聚合物为基体，可以用于烟气二氧化碳的捕捉。类似的吸附合成材料的国内外专利文献包括：WO2013US60721、WO2008US84237、US07288136、CN104437383A和 CN102500324A等专利文献。但是，以上专利文献中披露的技术方案只是在吸附材料合成角度的创新，在具体二氧化碳吸附过程、循环和系统并没有涉及。