[發明專利]利用電介質加熱收集二氧化碳的系統和方法

在審

• 申請號: 201410046772.9
• 申請日: 2014-02-10
• 公開（公告）號: CN103991873A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: T·H·克魯克斯;D·A·加拉索;J·A·邁格努森
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: C01B31/20
• 分類號: C01B31/20;C01B5/00;B01D53/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

技術領域

本申請涉及二氧化碳收集，并且更具體而言，涉及利用電介質加熱從吸附劑材料回收收集的二氧化碳。

技術背景

某些分子，比如二氧化碳或水，可被作為目標并且從氣體流中收集用于各種應用。例如，二氧化碳可被收集作為工業過程的副產物并且用于從空氣的供給中去除過量的二氧化碳。

可用各種技術從各種源中獲得二氧化碳。傳統的二氧化碳收集技術可能是非常能量密集型的，特別是當以工業規模運轉時。用于二氧化碳收集的兩個最嚴苛的能量需要通常是用于驅動氣體流通過或經過收集介質所需的能量以及用于從收集介質中再生和俘獲二氧化碳所需的能量。因此，二氧化碳材料成本可能是顯著的，特別是當大量使用時。

用于收集二氧化碳的一個方法采用分子篩吸附二氧化碳分子。去除吸附的二氧化碳需要大量的能量。這種能量通常通過輻射加熱和/或通過用高真空拉脫分子供應。

然而，加熱系統需要顯著的能量，并且因而是低效的。其還需要設計系統的結構組件，以便所有組件部分可迅速且有效地均勻遍布所述系統輻射熱。這通常需要金屬的系統、多個輻射加熱器以及電力的供應。另外，由于大多數分子篩由是常規絕緣體的陶瓷材料制成，所以其不容易導熱并且必須設計為很靠近多個熱源。

此外，由于分子篩也是具有極性電荷的多孔材料，其也具有用于保持其它帶電分子的親合力。這可使分子篩較不可能釋放帶電分子，比如水。因此，某些靶分子可能需要甚至更高的溫度以便被釋放，從而需要更多的能量。

還可能需要額外的能量源，比如高真空，以便有效地釋放分子。由于需要額外的能量用于操作和額外的結構組件，利用真空給系統添加額外的成本。分子篩必須裝在能夠抵擋較低壓力的室內，因此所述室必須被加固并且必須添加真空閥和密封件。

已知的二氧化碳收集系統一般通過使氣體流通過收集床以便從氣體流中吸附二氧化碳來運行。之后將必須通過熱、真空或兩者的組合從收集床中回收或脫附二氧化碳。這將必須在能夠維持真空的室內完成。因此，需要通常由金屬制成的有厚、重壁的室，其能夠抵擋熱暴露和高真空而不變形。在一段時間之后，吸附的二氧化碳被釋放到所述室中。需要的時間段取決于各種因素，比如吸附的氣體和用于釋放分子的條件。例如，溫度越高，時間越快，但在更高的運行成本下需要更多能量輸入。作為另一個實例，真空度越低，時間越快，但在更高的運行成本以及對于真空室和相關聯的真空組件的更高成本下需要更多能量輸入。

因此，本領域技術人員繼續進行二氧化碳收集領域的研究和開發工作。

發明內容

在一個方面中，公開的用于從工藝氣體中收集二氧化碳的系統可包括吸附劑材料，其用于從工藝氣體中吸附二氧化碳分子；靠近吸附劑材料的電介質加熱器，其用于從吸附劑材料中脫附二氧化碳；以及具有封裝吸附劑材料的內體積的容器。

在另一個方面中，公開的用于從工藝氣體中收集二氧化碳的系統可包括冷凝器，其用于從工藝氣體中去除熱；干燥劑室，其具有從工藝氣體中吸附水以便產生基本干燥的氣體的干燥劑材料和從干燥劑材料中脫附水的第一電介質加熱器；以及接觸室，其具有從干燥氣體中吸附二氧化碳的吸附劑材料和從吸附劑材料中脫附二氧化碳的第二電介質加熱器。

在又另一個方面中，公開了用于將在吸附材料上收集的二氧化碳脫附的方法，所述方法可包括以下步驟：(1)提供吸附劑材料；(2)將二氧化碳吸附到吸附劑材料上；以及(3)電介質加熱吸附的二氧化碳以便實現脫附。

通過下面的具體實施方式、附圖和所附的權利要求書，公開的用于收集二氧化碳的系統和方法的其它方面將變得顯而易見。

附圖簡述

圖1是公開的用于收集二氧化碳的實施方式的示意性框圖；

圖2是公開的干燥劑室的實施方式的示意性框圖；

圖3是公開的接觸室的實施方式的示意性框圖；

圖4是圖示公開的用于收集二氧化碳的方法的實施方式的流程圖；和

圖5是圖示公開的用于將在吸附材料上收集的二氧化碳脫附的方法的實施方式的流程圖。

具體實施方式

下面的具體實施方式參照附圖，其圖示本公開內容的具體實施方式。具有不同結構和操作的其它實施方式不偏離本公開內容的范圍。同樣的參考數字在不同的圖中可以指相同的元件或組件。

參照圖1，公開的用于收集二氧化碳的系統的一個實施方式——一般指定為10——可包括氣體源12和接觸室20。任選地，系統10還可包括空氣移動單元14、冷凝器16和干燥劑室18。在不偏離本公開內容范圍的情況下可將額外的子系統并入系統10中。