[發明專利]一種太陽能界面蒸發直接解吸式碳捕集系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201910295506.2
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109954382B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 趙軍;付建欣;鄧帥;孫太尉;王珺瑤;徐耀鋒;王福中
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D53/62
• 分類號: B01D53/62;B01D53/78;B01D53/96
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程小艷

本發明公開了一種太陽能界面蒸發直接解吸式碳捕集系統，主要由二氧化碳吸收部分、解吸塔解吸部分、太陽能界面蒸發解吸部分、分子光熱儲能部分組成。本發明在化學吸收法碳捕集系統的基礎上進行改進，增加太陽能界面蒸發解吸裝置實現“解吸塔?再沸器”的功能，通過界面蒸發裝置直接將二氧化碳從吸收劑中解吸出來；增加分子光熱儲能系統輔助加熱，降低傳統儲能裝置儲能時的能量損耗。還公開了該系統的控制方法。本發明通過新型太陽能利用裝置，將可再生能源耦合于碳捕集系統中，解決了傳統碳捕集系統能耗大的問題，促進了我國負碳排放技術的發展。

技術領域

本發明涉及太陽能界面蒸發直接解吸式碳捕集技術領域，涉及吸收法二氧化碳捕集技術、新型太陽能界面蒸發技術和太陽能分子光熱儲能技術，具體涉及一種太陽能界面蒸發直接解吸式碳捕集系統及其控制方法。

背景技術

溫室氣體排放的持續增加導致日趨嚴重的全球氣候變暖，正不斷引起各國的關注。而溫室氣體中，CO₂濃度升高所帶來的溫室效應尤為嚴重。碳捕集與封存(CCS)技術是實現主動碳減排的方法之一。國際能源署(IEA)指出，考慮到當前全球能源部門CO₂排放量增加的趨勢以及化石燃料在一次能源消費中繼續發揮的主導作用，CCS的緊迫性只會增加。由此可見碳捕集技術的重要性。

化學吸收法碳捕集技術可以直接應用于現有燃煤電廠和工業體系，發展最為成熟。然而，高能耗是一直以來限制其進一步商業化的致命缺陷，尤其是吸收劑再生過程所需能耗，高達3GJ/t?CO₂。傳統解吸方式是基于“解吸塔-再沸器”結構，利用再沸器提供高溫蒸汽，在解吸塔中實現汽提過程，因而導致再沸器的高能耗。降低化學吸收法碳捕集能耗，一方面可以利用可再生能源作為輔助熱源輔助解吸塔完成解吸；另一方面，探索新型解吸技術也是解決能耗問題的重要方向。

太陽能界面蒸發技術最初用于解決海水淡化問題，相比于傳統的體塊加熱，界面蒸發通過熱局域化可實現更高的熱效率和蒸汽速率，由于其技術優勢，正引起廣泛研究。隨著技術的發展，太陽能界面蒸發已應用于醫療殺菌、污水處理等領域，而實現吸收法碳捕集解吸過程是該技術的創新性應用。該技術通過吸收體加熱實現高溫環境，通過界面蒸發實現解吸塔的汽提過程，最后利用氣液分離器實現蒸汽-CO₂分離，可在一定程度上替代傳統“解吸塔-再沸器”解吸模式。分子光熱儲能技術是一種新型太陽能利用及儲能方式，相比傳統液體蓄熱，具有儲能壽命長、儲能密度高和損耗低的優點，將其應用于碳捕集技術中，可進一步降低能耗，同時彌補太陽能不穩定的缺陷。

發明內容

針對傳統吸收法碳捕集技術吸收劑再生能耗大的缺陷，本發明提出一種太陽能界面蒸發直接解吸式碳捕集系統，利用太陽能界面蒸發裝置部分替代解吸塔功能完成解吸過程，有效降低吸收劑再生所需能耗；同時加入分子光熱儲能系統以輔助加熱，彌補太陽能的不穩定性。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是一種太陽能界面蒸發直接解吸式碳捕集系統，包括二氧化碳吸收部分、解吸塔解吸部分、太陽能界面蒸發解吸部分、分子光熱儲能部分；采用化學吸收法的捕集系統，利用太陽能界面蒸發裝置實現了CO₂的解吸過程，部分替代了傳統“解吸塔-再沸器”，利用太陽能作為吸收劑再生能源，分子光熱儲能部分輔助加熱吸收劑。

所述二氧化碳吸收部分包括吸收塔、富液泵、貧/富液換熱器、冷凝器；所述吸收塔底部富液出口經富液泵后連接至貧/富液換熱器富液進口處，所述貧/富液換熱器富液出口與換熱器相連，所述貧/富液換熱器貧液進、出口分別連至貧液泵出口和冷凝器貧液進口；所述冷凝器出口連接至吸收塔進口；

所述二氧化碳吸收部分的功能為利用吸收劑吸收待分離氣體中的CO₂；所述待分離氣體從底部進入吸收塔，被吸收劑吸收CO₂后從頂部排出，吸收劑成為富液；所述富液被富液泵依次泵入貧/富液換熱器和換熱器進行換熱，換熱后富液進入解吸塔或界面蒸發解吸器，由此完成吸收過程。