[發明專利]基于MOFs吸附劑的直接空氣碳捕集及利用系統和方法

在審

• 申請號: 202310040321.3
• 申請日: 2023-01-12
• 公開（公告）號: CN115999308A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 方朝君;孔凡海;姚嘯林;鮑強;王樂樂;姚燕;楊曉寧;馬云龍;王凱;羅彥佩
• 申請（專利權）人: 蘇州西熱節能環保技術有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 王會

本發明公開了基于MOFs吸附劑的直接空氣碳捕集及利用系統和方法，該系統包括：吸附反應器系統，用于吸附空氣中的COsubgt;2/subgt;或進行解吸附；蒸汽發生器及疏水回收系統，與吸附反應器系統相連，用于為吸附反應器系統提供熱源；再生冷卻除水系統，與吸附反應器系統和蒸汽發生器及疏水回收系統相連。本發明中，采用MOFs吸附劑作為吸附反應器系統進行碳吸附的吸附材料，通過蒸汽發生器及疏水回收系統為吸附反應器系統提供熱源，以升高MOFs吸附劑所在區域的溫度，便于后期實現解吸附，捕集的二氧化碳用于都市農業，通過太陽能發電與儲能系統為蒸汽發生器及疏水回收系統提供電能，可實現空氣碳捕集與農業經濟雙贏、能源供給更綠色的目標。

技術領域

本發明屬于碳捕集技術領域，具體涉及基于MOFs吸附劑的直接空氣碳捕集及利用系統和方法。

背景技術

在工業源二氧化碳捕集示范工程得到了大量部署，作為重要的補充和緩解碳封存中運輸環節的成本壓力的手段，直接空氣捕集技術(direct?air?capture，DAC)也得到了重視與發展。從空氣中直接捕集的二氧化碳可以作為工業原料，對土地進行反哺，進入碳循環閉環，能夠產生負碳的效應，有助于降低大氣中二氧化碳濃度水平。DAC技術面臨的首要挑戰是低濃度情況下碳捕集的能耗問題，以及低濃度下吸附劑如何實現較高的吸附容量、如何實現快速傳質和吸脫附等。

申請公布號為CN113813746A的中國發明專利，公布了一種從空氣中直接捕集二氧化碳的裝置，其采用的是薄層移動床和球形固態胺吸附劑，薄層移動床的高度為10m～25m，球型固態胺吸附劑需要在其中上下轉移，系統磨損較大。申請公布號為CN112169537A的中國發明專利，公布了一種快速變溫吸附轉輪式直接空氣二氧化碳捕集系統實現連續捕集二氧化碳，但是由于需要使用3D打印技術成型的轉輪為整體式結構，性能雖好，但是成本極高。

我們注意到各種金屬有機框架材料(MOFs)被不斷開發出來，MOFs材料往往具有發達的孔道結構和巨大的比表面積，兼具優良的表面和孔道可調變性，在較低溫度下便可實現再生。含有金屬中心的Mg-MOF-74、MIL-101(Cr)、SIFSIX-3-Cu/Ni/Zn等MOFs材料均表現出了較高的二氧化碳吸附性能。MOFs材料容易制成薄板形式，且材質一般較輕，便于組裝和使用。但是將MOFs材料與二氧化碳捕集的研究甚少。

發明內容

為解決現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供基于MOFs吸附劑的直接空氣碳捕集及利用系統和方法。

為實現上述目的，達到上述技術效果，本發明采用的技術方案為：

基于MOFs吸附劑的直接空氣碳捕集及利用系統，包括：

吸附反應器系統，所述吸附反應器系統用于吸附空氣中的CO₂或進行解吸附；

蒸汽發生器及疏水回收系統，所述蒸汽發生器及疏水回收系統與吸附反應器系統相連，用于為吸附反應器系統提供熱源；

再生冷卻除水系統，所述再生冷卻除水系統與吸附反應器系統和蒸汽發生器及疏水回收系統相連；

當需要吸附空氣中的CO₂時，空氣進入吸附反應器系統進行碳吸附后排入大氣；

當需要解吸附時，通過蒸汽發生器及疏水回收系統為吸附反應器系統提供熱源，升高吸附反應器系統內的吸附劑模塊所在區域的溫度，啟動再生冷卻除水系統，產生微負壓環境，進而將吸附的CO₂解吸出來。

在本發明提供的基于MOFs吸附劑的直接空氣碳捕集及利用系統中，還包括太陽能發電與儲能系統，所述太陽能發電與儲能系統與蒸汽發生器及疏水回收系統相連，用于為蒸汽發生器及疏水回收系統提供電能。