CN114768465A - 一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统及运行方法，通过依次设置的富集部、分离部和纯化部对回质单元内的含碳气体进行碳吸附，由工业废热导通部对富集部、分离部和纯化部进行加热，并最终输出至应用单元进行后续应用。富集部在利用工业废热进行加热的同时，利用分离部的吸附材料形成再吸附反应，促进富集部中吸附材料的再生，降低了再生能耗，提高了经济性；并且分离部在利用工业废热进行加热的同时，利用纯化部的吸附材料形成再吸附反应，促进分离部中吸附材料的再生，降低了再生能耗，提高了经济性，从而从整体上提高了本实施例的吸附碳捕集系统的经济性，解决了现有碳吸附方案经济性较差的问题。
Description
技术领域
本发明属于碳吸附技术领域，尤其涉及一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统及运行方法。
背景技术
碳捕集技术目前多通过无机溶液吸收剂、有机胺溶液吸收剂、离子液体吸收剂和固体吸附剂等来实现二氧化碳的富集。其中吸附法相比于溶剂吸收法和富氧燃烧具有更低的运行成本，相比于膜分离法和化学链燃烧具有更高的技术成熟度，吸附法还可避免胺类溶剂在使用过程中产生的有毒和腐蚀性物质。因此，吸附法碳捕集技术受到了行业科研工作者和企业们的高度重视。
国内外学者从部件、系统的层面都对吸附法碳捕集技术进行过研究。但目前为止所研究、公开的吸附式碳捕集系统都是基于单级单一吸附材料的吸附式碳捕集循环。当应用单一材料构建单级吸附循环时，吸附材料的再生过程只能通过高能耗的加热、加压、抽气、吹扫等过程实现，具有较高的碳捕集系统运行成本。同时，单一的吸附材料在原理上难以实现高纯度二氧化碳的高捕集率捕集。如果可以解决这些技术难题，将提高整个吸附式碳捕集系统的稳定性、有效性与经济性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统及运行方法，以解决现有碳吸附方案经济性较差的问题。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，包括：
回质单元，所述回质单元的输入端与进口管相连通，用于接收含碳气体；
富集部，所述富集部的输入端与所述回质单元的输出端相连通，所述富集部的净化气输出端与外部大气连通，用于接收所述接收含碳气体，吸附所述含碳气体内的二氧化碳并暂存；
分离部，所述分离部的输入端与所述富集部的碳吸附气体输出端相连通，所述分离部的净化气输出端与所述回质单元的输入端相连通，用于接收经所述富集部富集后的碳吸附气体，吸附富集后的所述碳吸附气体内的二氧化碳并暂存；
纯化部，所述纯化部的输入端与所述分离部的碳吸附气体输出端相连通；所述纯化部的净化气输出端与所述回质单元的输入端相连通，用于接收经所述分离部分离后的碳吸附气体，吸附分离后的所述碳吸附气体内的二氧化碳并暂存；
应用单元，所述应用单元的输入端与所述纯化部的碳吸附气体输出端相连通，用于对经过富集、分离和纯化后的二氧化碳气体进行应用；
工业废热导通部，分别连通至所述富集部、所述分离部和所述纯化部，用于提供热量至所述富集部、所述分离部和所述纯化部。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，还包括第一缓冲容器和第二缓冲容器；
所述第一缓冲容器的输入端和输出端分别连通于所述富集部的碳吸附气体输出端和所述分离部的输入端；
所述第二缓冲容器的输入端和输出端分别连通于所述分离部的碳吸附气体输出端和所述纯化部的输入端。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述富集部包括至少两个富集装置；
每一所述富集装置的输入端均与所述回质单元的输出端相连通；所述回质单元的输出端处设有回质单元输出单向阀，每一所述富集装置的输入端处均设有入口阀；
每一所述富集装置的净化气输出端均与外部大气连通，每一所述富集装置的碳吸附气体输出端均与所述第一缓冲容器的输入端相连通；
且每一所述富集装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端均依次设有富集单向阀和富集排气阀。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述分离部包括至少两个分离装置；
每一所述分离装置的输入端均与所述第一缓冲容器的输出端相连通；所述第一缓冲容器的输出端处设有第一缓冲容器输出单向阀，每一所述分离装置的输入端处均设有入口阀；
每一所述分离装置的净化气输出端均与所述回质单元的输入端相连通，每一所述分离装置的碳吸附气体输出端均与所述第二缓冲容器的输入端相连通；
且每一所述分离装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端均依次设有分离单向阀和分离排气阀。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述纯化部包括至少两个纯化装置；
每一所述纯化装置的输入端均与所述第二缓冲容器的输出端相连通；所述第二缓冲容器的输出端处设有第二缓冲容器输出单向阀，每一所述纯化装置的输入端处均设有入口阀；
每一所述纯化装置的净化气输出端均与所述回质单元的输入端相连通，每一所述纯化装置的碳吸附气体输出端均与所述应用单元的输入端相连通；
且每一所述纯化装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端均依次设有纯化单向阀和纯化排气阀。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述富集装置、所述分离装置和所述纯化装置均为碳吸附装置；
所述碳吸附装置包括沿气体流动方向依次布置的原料气富集单元、填充单元和排气富集单元；所述原料气富集单元上设有所述碳吸附装置的输入端；所述排气富集单元上设有所述碳吸附装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述填充单元内填充的组分包括固态复合二氧化碳吸附剂和/或硫化膨胀石墨，其填充比例质量为1:1～200:1；所述固态复合二氧化碳吸附剂包括乙二胺、二乙烯三胺、聚乙烯亚胺、四乙烯五胺等含胺基官能团的材料的任一种或任多种，通过浸渍、接枝、氧化等任一种或任多种方法搭载在碳基材料、沸石基材料、氧化物材料、双层金属氧化物材料、碱性陶瓷材料、有机框架材料的任一种或任多种上。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述富集部上设有与所述工业废热部导通的第一换热入口和第一换热出口；所述分离部上设有与所述工业废热部导通的第二换热入口和第二换热出口；所述纯化部上设有与所述工业废热部导通的第三换热入口和第三换热出口。
本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，所述应用单元用于提纯食用级二氧化碳、二氧化碳制备再生燃料、二氧化碳固化封存、二氧化碳驱气驱油、二氧化碳地质封存、二氧化碳制冷剂(R744)制备中的任一种或任多种。
本发明的一种运行方法，应用于上述任意一项所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，如下：
第一工作模式：打开所述富集部的输入端和净化气输出端，使所述回质单元生成的复合气中的二氧化碳被所述富集部富集并暂存，所述富集部生成的净化气通过净化气输出端直接排放；所述富集部储存完成后，关闭所述富集部的输入端和净化气输出端。
第二工作模式：打开所述富集部的碳吸附气体输出端以及所述分离部的输入端和净化气输出端，同时利用所述工业废热导通部的热量对所述富集部进行加热，使得所述富集部中暂存的二氧化碳被释放形成碳吸附气体，并进入所述分离部，所述碳吸附气体中的二氧化碳被所述分离部分离并暂存，所述分离部生成净化气通过净化气输出端进入所述回质单元；所述分离部储存完成后，关闭所述富集部的碳吸附气体输出端以及所述分离部的输入端和净化气输出端。
第三工作模式：打开所述分离部的碳吸附气体输出端以及所述纯化部的输入端和净化气输出端，同时利用所述工业废热导通部的热量对所述分离部进行加热，使得所述分离部中暂存的二氧化碳被释放形成碳吸附气体，并进入所述纯化部，所述碳吸附气体中的二氧化碳被所述纯化部分离并暂存，所述纯化部生成净化气通过净化气输出端进入所述回质单元；所述纯化部储存完成后，关闭所述分离部的碳吸附气体输出端以及所述纯化部的输入端和净化气输出端。
第四工作模式：打开所述纯化部的碳吸附气体输出端，同时利用所述工业废热导通部的热量对所述纯化部进行加热，使得所述纯化部中暂存的二氧化碳被施放形成碳吸附气体，并进入所述应用单元；所述纯化部内的二氧化碳施放完成后，关闭所述纯化单元的碳吸附气体输出端。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1、本发明一实施例通过依次设置的富集部、分离部和纯化部对回质单元内的含碳气体进行碳吸附，由工业废热导通部对富集部、分离部和纯化部进行加热，并最终输出至应用单元进行后续应用。富集部在利用工业废热进行加热的同时，利用分离部的吸附材料形成再吸附反应，促进富集部中吸附材料的再生，降低了再生能耗，提高了经济性；并且分离部在利用工业废热进行加热的同时，利用纯化部的吸附材料形成再吸附反应，促进分离部中吸附材料的再生，降低了再生能耗，提高了经济性，从而从整体上提高了本实施例的吸附碳捕集系统的经济性，解决了现有碳吸附方案经济性较差的问题。
2、本发明一实施例利用多级复叠吸附的方式进行碳捕集和分离提纯二氧化碳，实现了二氧化碳纯度进一步提升，提高了本发明的有效性；并且，通过将分离部和纯化部的净化气输出至回质单元与进口管的含碳气体在回质单元内均匀混合，避免了多级碳捕集导致的提纯过程中含二氧化碳气体直接排放而导致的捕集效率下降，减少了多级碳捕集系统的二氧化碳损失，提高了本发明的有效性和经济性。
附图说明
图1为本发明的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统的示意图。
附图标记说明：1：进口管；2：回质单元；3：第一富集装置；3-1：第一原料气富集单元；3-2：第一填充单元；3-3：第一排气富集单元；4：第二富集装置；4-1：第二原料气富集单元；4-2：第二填充单元；4-3：第二排气富集单元；5：第一缓冲容器；6：第一分离装置；6-1：第三原料气富集单元；6-2：第三填充单元；6-3：第三排气富集单元；7：第二分离装置；7-1：第四原料气富集单元；7-2：第四填充单元；7-3：第四排气富集单元；8：第二缓冲容器；9：第一纯化装置：9-1：第五原料气富集单元；9-2：第五填充单元； 9-3：第五排气富集单元；10：第二纯化装置：10-1：第六原料气富集单元； 10-2：第六填充单元；10-3：第六排气富集单元；11：应用单元；12：外部大气；13：回质单元输出单向阀；14：第一入口阀；15：第一富集单向阀； 16：第一富集排气阀；17：第二入口阀；18：第二富集单向阀；19：第二富集排气阀；20：第三富集单向阀；21：第三富集排气阀；22：第四富集单向阀；23：第四富集排气阀；24：第一缓冲容器输出单向阀；25：第三入口阀； 26：第一分离单向阀；27：第一分离排气阀；28：回质气路；29：第四入口阀；30：第二分离单向阀；31：第二分离排气阀；32：第三分离单向阀；33：第三分离排气阀；34：第四分离单向阀；35：第四分离排气阀；36：第二缓冲容器输出单向阀；37：第五入口阀；38：第一纯化单向阀；39：第一纯化排气阀；40：第六入口阀；41：第二纯化单向阀；42：第二纯化排气阀；43：第三纯化排气阀；44：第四纯化排气阀；45：应用单元输入单向阀；46：第一换热入口；47：第一换热出口；48：第二换热入口；49：第二换热出口； 50：第三换热入口；51：第一换热出口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统及运行方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例一
参看图1，在一个实施例中，一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，包括回质单元2、富集部、分离部、纯化部、应用单元11和工业废热导通部。
其中，回质单元2的输入端与进口管1相连通，用于接收含碳气体。
富集部的输入端与回质单元2的输出端相连通，富集部的净化气输出端与外部大气12连通，用于接收含碳气体，吸附含碳气体内的二氧化碳并暂存。分离部的输入端与富集部的碳吸附气体输出端相连通，分离部的净化气输出端与回质单元2的输入端相连通，用于接收经富集部富集后的碳吸附气体，吸附富集后的碳吸附气体内的二氧化碳并暂存。纯化部的输入端与分离部的碳吸附气体输出端相连通。纯化部的净化气输出端与回质单元2的输入端相连通，用于接收经分离部分离后的碳吸附气体，吸附分离后的碳吸附气体内的二氧化碳并暂存。
应用单元11的输入端与纯化部的碳吸附气体输出端相连通，用于对经过富集、分离和纯化后的二氧化碳气体进行后续应用。
工业废热导通部则是分别连通至富集部、分离部和纯化部，用于提供热量至富集部、分离部和纯化部。
本实施例通过依次设置的富集部、分离部和纯化部对回质单元2内的含碳气体进行碳吸附，由工业废热导通部对富集部、分离部和纯化部进行加热，并最终输出至应用单元11进行后续应用。富集部在利用工业废热进行加热的同时，利用分离部的吸附材料形成再吸附反应，促进富集部中吸附材料的再生，降低了再生能耗，提高了经济性。并且分离部在利用工业废热进行加热的同时，利用纯化部的吸附材料形成再吸附反应，促进分离部中吸附材料的再生，降低了再生能耗，提高了经济性，从而从整体上提高了本实施例的吸附碳捕集系统的经济性，解决了现有碳吸附方案经济性较差的问题。
同时，本实施例利用多级复叠吸附的方式进行碳捕集和分离提纯二氧化碳，实现了二氧化碳纯度进一步提升，提高了本发明的有效性。并且，通过将分离部和纯化部的净化气输出至回质单元2与进口管1的含碳气体在回质单元2内均匀混合，避免了多级碳捕集导致的提纯过程中含二氧化碳气体直接排放而导致的捕集效率下降，减少了多级碳捕集系统的二氧化碳损失，提高了本发明的有效性和经济性。
下面对本实施例的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统的具体结构进行进一步说明(以富集部、分离部和纯化部均包括两个装置为例)：
在本实施例中，多级复叠连续固体吸附碳捕集系统还可包括第一缓冲容器5和第二缓冲容器8。
第一缓冲容器5的输入端和输出端分别连通于富集部的碳吸附气体输出端和分离部的输入端，用于杂质分离的稳压调控。第二缓冲容器8的输入端和输出端分别连通于分离部的碳吸附气体输出端和纯化部的输入端，用于纯化过程的稳压调控。
在本实施例中，富集部具体可包括第一富集装置3和第二富集装置4。
第一富集装置3和第二富集装置4的输入端与回质单元2的输出端通过管路相连通。回质单元2的输出端出设有回质单元输出单向阀13，第一富集装置3和第二富集装置4的输入端处分别设有第一入口阀14和第二入口阀 17。
第一富集装置3和第二富集装置4的净化气输出端分别通过管路与外部大气12连通，且第一富集装置3的净化气输出端依次设有第一富集单向阀 15和第一富集排气阀16，第二富集装置4的净化气输出端依次设有第二富集单向阀18和第二富集排气阀19。
第一富集装置3和第二富集装置4的碳吸附气体输出端分别通过管路与第一缓冲容器5的输入端相连通。第一富集装置3的碳吸附气体输出端依次设有第三富集单向阀20和第三富集排气阀21，第二富集装置4的碳吸附气体输出端依次设有第四富集单向阀22和第四富集排气阀23。
进一步地，分离部包括第一分离装置6和第二分离装置7。
第一分离装置6和第二分离装置7的输入端与第一缓冲容器5的输出端通过管路相连通。第一缓冲容器5的输出端出设有第一缓冲容器输出单向阀 24，第一分离装置6和第二分离装置7的输入端处分别设有第三入口阀25 和第四入口阀29。
第一分离装置6和第二分离装置7的净化气输出端分别通过回质气路28 与回质单元2的输入端相连通，且第一分离装置6的净化气输出端依次设有第一分离单向阀26和第一分离排气阀27，第二分离装置7的净化气输出端依次设有第二分离单向阀30和第二分离排气阀31。
第一分离装置6和第二分离装置7的碳吸附气体输出端分别通过管路与第二缓冲容器8的输入端相连通。第一分离装置6的碳吸附气体输出端依次设有第三分离单向阀32和第三分离排气阀33，第二分离装置7的碳吸附气体输出端依次设有第四分离单向阀34和第四分离排气阀35。
进一步地，纯化部包括第一纯化装置9和第二纯化装置10。
第一纯化装置9和第二纯化装置10的输入端与第二缓冲容器8的输出端通过管路相连通。第一缓冲容器5的输出端处设有第二缓冲容器输出单向阀 36，第一纯化装置9和第二纯化装置10的输入端处分别设有第五入口阀37 和第六入口阀40。
第一纯化装置9和第二纯化装置10的净化气输出端分别通过回质气路 28与回质单元2的输入端相连通，且第一纯化装置9的净化气输出端依次设有第一纯化单向阀38和第一纯化排气阀39，第二纯化装置10的净化气输出端依次设有第二纯化单向阀41和第二纯化排气阀42。
第一纯化装置9和第二纯化装置10的碳吸附气体输出端分别通过管路与应用单元11输入端相连通。第一纯化装置9的碳吸附气体输出端设有第三纯化排气阀43，第二纯化装置10的碳吸附气体输出端设有第四纯化排气阀44，应用单元11的输入端处设有应用单元输入单向阀45。
下面对本实施例的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统的运行流程进行说明：
含碳气体进入进口管1后，进入回质单元2与回质气路28中返回的含二氧化碳的气体杂质进行混合后，经回质单元输出单向阀13后分为两路；一路经第一入口阀14进入第一富集装置3，气体杂质(即净化气)依次通过第一富集单向阀15和第一富集排气阀16后直接排放，而所富集的二氧化碳依次经过第三富集单向阀20和第三富集排气阀21进入第一缓冲容器5；另一路经第二入口阀17进入第二富集装置4，气体杂质(即净化气)依次通过第二富集单向阀18和第二富集排气阀19后直接排放，而所富集的二氧化碳依次经过第四富集单向阀22和第四富集排气阀23进入第一缓冲容器5。
第一缓冲容器5中的富集气(即碳吸附气体)经过第一缓冲容器输出单向阀24后分为两路；一路经第三入口阀25进入第一分离装置6，气体杂质 (即净化气)依次通过第一分离单向阀26和第一分离排气阀27后，经由回质气路28进入回质单元2，而所分离的二氧化碳依次经过第三分离单向阀32 和第三分离排气阀33进入第二缓冲容器8；另一路经第四入口阀29进入第二分离装置7，气体杂质(即净化气)依次通过第二分离单向阀30和第二分离排气阀31后，经由回质气路28进入回质单元2，而所分离的二氧化碳依次经过第四分离单向阀34和第四分离排气阀35进入第二缓冲容器8。
第二缓冲容器8中的分离气(即碳吸附气体)经过第二缓冲容器输出单向阀36后分为两路；一路经第五入口阀37进入第一纯化装置9，气体杂质 (即净化气)依次通过第一纯化单向阀38和第一纯化排气阀39后，经由回质气路28进入回质单元2，而所纯化的二氧化碳(即碳吸附气体)依次经过第三纯化排气阀43和应用单元输入单向阀45进入应用单元11；另一路经第六入口阀40进入第二纯化装置10，气体杂质(即净化气)依次通过第二纯化单向阀41和第二纯化排气阀42后，经由回质气路28进入回质单元2，而所纯化的二氧化碳(即碳吸附气体)依次经过第四纯化排气阀44和应用单元输入单向阀45进入应用单元11。
在本实施例中，第一富集装置3、第二富集装置4、第一分离装置6、第二分离装置7、第一纯化装置9和第二纯化装置10均为碳吸附装置。
碳吸附装置包括沿气体流动方向依次布置的原料气富集单元、填充单元和排气富集单元。原料气富集单元上设有碳吸附装置的输入端。排气富集单元上设有碳吸附装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端。(即第一富集装置 3包括第一原料气富集单元3-1、第一填充单元3-2和第一排气富集单元3-3；即第二富集装置4包括第二原料气富集单元4-1、第二填充单元4-2和第二排气富集单元4-3；第一分离装置6包括第三原料气富集单元6-1、第三填充单元6-2和第三排气富集单元6-3；第二分离装置7包括第四原料气富集单元 7-1、第四填充单元7-2和第四排气富集单元7-3；第一纯化装置9包括第五原料气富集单元9-1、第五填充单元9-2和第五排气富集单元9-3；第二纯化装置10包括第六原料气富集单元10-1、第六填充单元10-2和第六排气富集单元10-3)
填充单元内填充的组分包括固态复合二氧化碳吸附剂和/或硫化膨胀石墨，其填充比例质量为1:1～200:1。固态复合二氧化碳吸附剂包括乙二胺、二乙烯三胺、聚乙烯亚胺、四乙烯五胺等含胺基官能团的材料的任一种或任多种，通过浸渍、接枝、氧化等任一种或任多种方法搭载在碳基材料、沸石基材料、氧化物材料、双层金属氧化物材料、碱性陶瓷材料、有机框架材料等任一种或任多种上。
其中，第一填充单元3-2和第二填充单元4-2可采用活性炭/硫化膨胀石墨复合吸附材料。优化地，活性炭与硫化膨胀石墨质量比为4:1。
第三填充单元6-2和第四填充单元7-2可采用聚乙烯亚胺浸渍的介孔碳/ 硫化膨胀石墨复合吸附材料。优化地，聚乙烯亚胺浸渍的介孔碳与硫化膨胀石墨质量比为4:1。
第五填充单元9-2和第六填充单元10-2可采用四乙烯五胺接枝的介孔树脂/硫化膨胀石墨复合吸附材料。优化地，四乙烯五胺接枝的介孔树脂与硫化膨胀石墨质量比为4:1。纯化装置在利用工业废热进行加热的同时，并且采用再生能耗低稳定性强的吸附材料，进一步降低了再生能耗，减少材料损耗，提高了本实施例的经济性和稳定性。
在本实施例中，富集装置上可设有与工业废热部导通的第一换热入口46 和第一换热出口47。分离装置上可设有与工业废热部导通的第二换热入口48 和第二换热出口49。纯化装置上可设有与工业废热部导通的第三换热入口50 和第三换热出口51。即供热废热导通部与富集装置、分离装置和纯化装置之间是换热的连接形式。
在本实施例中，应用单元11用于提纯食用级二氧化碳、二氧化碳制备再生燃料、二氧化碳固化封存、二氧化碳驱气驱油、二氧化碳地质封存等任一种或任多种。作为本发明的一个实施案例，应用单元11采用提纯食用级二氧化碳、二氧化碳制备再生燃料和二氧化碳固化封存。
在本实施例中，进口管1与回质气路28中的气体于回质单元2中均匀混气，形成混合气并进入第一富集装置3和第二富集装置4。
实施例二
本实施例提供一种运行方法，应用于上述实施例一中的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，如下：
第一工作模式：打开第一入口阀14和/或第二入口阀17以及第一富集排气阀16和/或第二富集排气阀19，使回质单元2生成的复合气中的二氧化碳被第一填充单元3-2和/或第二填充单元4-2中材料储存，气体杂质通过第一富集排气阀16和/或第二富集排气阀19直接排放；
该富集单元储存完成后，关闭第一入口阀14和/或第二入口阀17以及第一富集排气阀16和/或第二富集排气阀19。
第二工作模式：打开第三富集排气阀21和/或第四富集排气阀23、分离部的第三入口阀25和/或第四入口阀29以及第一分离排气阀27和/或第二分离排气阀31，同时利用工业废热导通部的热量对第一富集装置3和/或第二富集装装置进行加热，使得第一填充单元3-2和/或第二填充单元4-2中的二氧化碳被释放形成碳吸附气体，并进入第一分离装置6和/或第二分离装置7，碳吸附气体中的二氧化碳被第一分离装置6和/或第二分离装置7分离并储存在第三填充单元6-2和/或第四填充单元7-2内，第一分离装置6和/或第二分离装置7生成净化气通过第一分离排气阀27和/或第二分离排气阀31进入回质单元2。第一富集排气阀16和/或第二富集排气阀19。
储存完成后，关闭第三富集排气阀21和/或第四富集排气阀23、分离部的第三入口阀25和/或第四入口阀29以及第一分离排气阀27和/或第二分离排气阀31。
第三工作模式：打开第三分离排气阀33和/或第四分离排气阀35、纯化部的第五入口阀37和/或第六入口阀40以及第一纯化排气阀39和/或第二纯化排气阀42，同时利用工业废热导通部的热量对第一分离装置6和/或第二分离装置7进行加热，使得第三填充单元6-2和/或第四填充单元7-2中的二氧化碳被释放形成碳吸附气体，并进入第一纯化装置9和/或第二纯化装置 10，碳吸附气体中的二氧化碳被第一纯化装置9和/或第二纯化装置10纯化并储存在第五填充单元9-2和/或第六填充单元10-2内，第一纯化装置9和/ 或第二纯化装置10生成的净化气通过第一纯化排气阀39和/或第二纯化排气阀42进入回质单元2。
储存完成后，第三分离排气阀33和/或第四分离排气阀35、纯化部的第五入口阀37和/或第六入口阀40以及第一纯化排气阀39和/或第二纯化排气阀42。
第四工作模式：打开第三纯化排气阀43和/或第四纯化排气阀44，同时利用工业废热导通部的热量对第一纯化装置9和/或第二纯化装置10进行加热，使得第五填充单元9-2和/或第六填充单元10-2中的二氧化碳被施放形成碳吸附气体，并进入应用单元11。
第一纯化装置9和/或第二纯化装置10内的二氧化碳施放完成后，关闭第三纯化排气阀43和/或第四纯化排气阀44。
本实施例的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统具有连续运行与气体处理量的模块化拓展能力，设立多个成套的富集装置、分离装置和纯化装置可以实现第一到第四工作模式的同时连续，具有大气体处理量的高效碳捕集技术。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，包括：
回质单元，所述回质单元的输入端与进口管相连通，用于接收含碳气体；
富集部，所述富集部的输入端与所述回质单元的输出端相连通，所述富集部的净化气输出端与外部大气连通，用于接收所述接收含碳气体，吸附所述含碳气体内的二氧化碳并暂存；
分离部，所述分离部的输入端与所述富集部的碳吸附气体输出端相连通，所述分离部的净化气输出端与所述回质单元的输入端相连通，用于接收经所述富集部富集后的碳吸附气体，吸附富集后的所述碳吸附气体内的二氧化碳并暂存；
纯化部，所述纯化部的输入端与所述分离部的碳吸附气体输出端相连通；所述纯化部的净化气输出端与所述回质单元的输入端相连通，用于接收经所述分离部分离后的碳吸附气体，吸附分离后的所述碳吸附气体内的二氧化碳并暂存；
应用单元，所述应用单元的输入端与所述纯化部的碳吸附气体输出端相连通，用于对经过富集、分离和纯化后的二氧化碳气体进行应用；
工业废热导通部，分别连通至所述富集部、所述分离部和所述纯化部，用于提供热量至所述富集部、所述分离部和所述纯化部。
2.如权利要求1所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，还包括第一缓冲容器和第二缓冲容器；
所述第一缓冲容器的输入端和输出端分别连通于所述富集部的碳吸附气体输出端和所述分离部的输入端；
所述第二缓冲容器的输入端和输出端分别连通于所述分离部的碳吸附气体输出端和所述纯化部的输入端。
3.如权利要求2所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述富集部包括至少两个富集装置；
每一所述富集装置的输入端均与所述回质单元的输出端相连通；所述回质单元的输出端处设有回质单元输出单向阀，每一所述富集装置的输入端处均设有入口阀；
每一所述富集装置的净化气输出端均与外部大气连通，每一所述富集装置的碳吸附气体输出端均与所述第一缓冲容器的输入端相连通；
且每一所述富集装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端均依次设有富集单向阀和富集排气阀。
4.如权利要求3所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述分离部包括至少两个分离装置；
每一所述分离装置的输入端均与所述第一缓冲容器的输出端相连通；所述第一缓冲容器的输出端处设有第一缓冲容器输出单向阀，每一所述分离装置的输入端处均设有入口阀；
每一所述分离装置的净化气输出端均与所述回质单元的输入端相连通，每一所述分离装置的碳吸附气体输出端均与所述第二缓冲容器的输入端相连通；
且每一所述分离装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端均依次设有分离单向阀和分离排气阀。
5.如权利要求4所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述纯化部包括至少两个纯化装置；
每一所述纯化装置的输入端均与所述第二缓冲容器的输出端相连通；所述第二缓冲容器的输出端处设有第二缓冲容器输出单向阀，每一所述纯化装置的输入端处均设有入口阀；
每一所述纯化装置的净化气输出端均与所述回质单元的输入端相连通，每一所述纯化装置的碳吸附气体输出端均与所述应用单元的输入端相连通；
且每一所述纯化装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端均依次设有纯化单向阀和纯化排气阀。
6.如权利要求5所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述富集装置、所述分离装置和所述纯化装置均为碳吸附装置；
所述碳吸附装置包括沿气体流动方向依次布置的原料气富集单元、填充单元和排气富集单元；所述原料气富集单元上设有所述碳吸附装置的输入端；所述排气富集单元上设有所述碳吸附装置的净化气输出端和碳吸附气体输出端。
7.如权利要求6所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述填充单元内填充的组分包括固态复合二氧化碳吸附剂和/或硫化膨胀石墨，其填充比例质量为1:1～200:1；所述固态复合二氧化碳吸附剂包括乙二胺、二乙烯三胺、聚乙烯亚胺、四乙烯五胺等含胺基官能团的材料的任一种或任多种，通过浸渍、接枝、氧化等任一种或任多种方法搭载在碳基材料、沸石基材料、氧化物材料、双层金属氧化物材料、碱性陶瓷材料、有机框架材料的任一种或任多种上。
8.如权利要求1所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述富集部上设有与所述工业废热部导通的第一换热入口和第一换热出口；所述分离部上设有与所述工业废热部导通的第二换热入口和第二换热出口；所述纯化部上设有与所述工业废热部导通的第三换热入口和第三换热出口。
9.如权利要求1所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，其特征在于，所述应用单元用于提纯食用级二氧化碳、二氧化碳制备再生燃料、二氧化碳固化封存、二氧化碳驱气驱油、二氧化碳地质封存、二氧化碳制冷剂制备中的任一种或任多种。
10.一种运行方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任意一项所述的多级复叠连续固体吸附碳捕集系统，如下：
第一工作模式：打开所述富集部的输入端和净化气输出端，使所述回质单元生成的复合气中的二氧化碳被所述富集部富集并暂存，所述富集部生成的净化气通过净化气输出端直接排放；所述富集部储存完成后，关闭所述富集部的输入端和净化气输出端。
第二工作模式：打开所述富集部的碳吸附气体输出端以及所述分离部的输入端和净化气输出端，同时利用所述工业废热导通部的热量对所述富集部进行加热，使得所述富集部中暂存的二氧化碳被释放形成碳吸附气体，并进入所述分离部，所述碳吸附气体中的二氧化碳被所述分离部分离并暂存，所述分离部生成净化气通过净化气输出端进入所述回质单元；所述分离部储存完成后，关闭所述富集部的碳吸附气体输出端以及所述分离部的输入端和净化气输出端。
第三工作模式：打开所述分离部的碳吸附气体输出端以及所述纯化部的输入端和净化气输出端，同时利用所述工业废热导通部的热量对所述分离部进行加热，使得所述分离部中暂存的二氧化碳被释放形成碳吸附气体，并进入所述纯化部，所述碳吸附气体中的二氧化碳被所述纯化部分离并暂存，所述纯化部生成净化气通过净化气输出端进入所述回质单元；所述纯化部储存完成后，关闭所述分离部的碳吸附气体输出端以及所述纯化部的输入端和净化气输出端。
第四工作模式：打开所述纯化部的碳吸附气体输出端，同时利用所述工业废热导通部的热量对所述纯化部进行加热，使得所述纯化部中暂存的二氧化碳被施放形成碳吸附气体，并进入所述应用单元；所述纯化部内的二氧化碳施放完成后，关闭所述纯化单元的碳吸附气体输出端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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