CN115055028B - 碳捕集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳捕集系统，所述碳捕集系统包括第一变换炉、第一吸附器、第二变换炉和第二吸附器，第一变换炉具有第一变换通道，第一变换通道的进口与合成气管道连通，第一吸附器具有第一吸附通道和第一解析通道，第一吸附通道的出口与二氧化碳排放管道连通，第一解析通道的出口与粗氢排放管道连通，第二变换炉具有第二变换通道，第二吸附器具有第二吸附通道和第二解析通道，第二吸附通道的出口与二氧化碳排放管道连通，第二解析通道的出口与粗氢排放管道连通，第一变换通道、第一吸附通道、第二变换通道和第二解析通道顺次连通形成第一通道，第一变换通道、第二吸附通道、第二变换通道和第一解析通道顺次连通形成第二通道。

Description

碳捕集系统及方法

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，尤其涉及一种碳捕集系统及方法。

背景技术

燃烧前CO2捕集技术相比与其他捕集技术具有捕集率高、能耗低的优点，作为碳捕集关键技术之一，燃烧前CO2捕集是实现碳中和目标的重要手段。

相关技术中，燃烧前CO2捕集工艺多采用变换工艺将合成气中的一氧化碳转换为CO2和氢气（变换气），变换气再通过吸收剂溶液进行CO2的吸收和解析，从而达到捕集CO2的目的。

这种溶液吸收法存在一些难以解决的问题：①变换气进入吸收塔之前需要降温，而吸收剂再生时又需要加热升温，所以变换系统与捕集系统热量梯级利用程度不够。②吸收剂溶液中含水较高，在吸收剂再生过程中需要消耗额外的热量来加热多余的水，造成无效的能耗偏高。③捕集系统的机泵较多，合成气中含固、腐蚀性组分，导致动设备故障率和运行费用较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种碳捕集系统，该碳捕集系统通过两级变换和一级吸附，利用变换反应放出的热量对吸附剂进行解析，不仅实现低能耗、低成本地碳捕集，而且简化了工艺流程。

本发明还提出了一种碳捕集方法。

本发明实施例的碳捕集系统包括第一变换炉、第一吸附器、第二变换炉和第二吸附器，所述第一变换炉具有第一变换通道，所述第一变换通道的进口与合成气管道连通，所述第一吸附器具有第一吸附通道和第一解析通道，所述第一吸附通道的出口与二氧化碳排放管道连通，所述第一解析通道的出口与粗氢排放管道连通，所述第二变换炉具有第二变换通道，所述第二吸附器具有第二吸附通道和第二解析通道，所述第二吸附通道的出口与二氧化碳排放管道连通，所述第二解析通道的出口与粗氢排放管道连通。

所述第一变换通道、所述第一吸附通道、所述第二变换通道和所述第二解析通道顺次连通形成第一通道，所述第一变换通道、所述第二吸附通道、所述第二变换通道和所述第一解析通道顺次连通形成第二通道。

所述碳捕集系统具有第一工序和第二工序，在所述第一工序，所述第一通道和所述第二吸附通道的出口开启，所述第二通道和所述第一吸附通道的出口关闭，在所述第二工序，所述第二通道和所述第一吸附通道的出口开启时，所述第一通道和所述第二吸附通道的出口关闭。

本发明实施例地碳捕集系统通过第一变换炉、第一吸附器、第二变换炉和第二吸附器的设置，使合成气经过两级变换和一级吸附，并在变换气排出系统前利用变换反应放出的热量对二氧化碳吸附剂进行解析，实现低能耗、低成本的二氧化碳捕集。

在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括第一管道和第二管道，所述第一吸附通道的出口通过所述第一管道与二氧化碳排放管道连通，所述第二吸附通道的出口通过所述第二管道与二氧化碳排放管道连通。

所述第一通道包括第三管道、第四管道和第五管道，所述第三管道连通所述第一变换通道和所述第一吸附通道，所述第四管道连通所述第一吸附通道和所述第二变换通道，所述第五管道连通所述第二变换通道和所述第二解析通道。

所述第二通道包括第六管道、第七管道和第八管道，所述第六管道连通所述第一变换通道和所述第二吸附通道，所述第七管道连通所述第二吸附通道和所述第二变换通道，所述第八管道连通所述第二变换通道和所述第一解析通道。

在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括：

第一控制组件，所述第一控制组件分别与所述第三管道和所述第六管道连接，所述第一控制组件用于控制所述第三管道和所述第六管道的通断；

第二控制组件，所述第二控制组件分别与所述第一管道和所述第四管道连通，所述第二控制组件用于控制所述第一管道和所述第四管道的通断；

第三控制组件，所述第三控制组件分别与所述第五管道和所述第八管道连通，所述第三控制组件用于控制所述第五管道和所述第八管道的通断；

第四控制组件，所述第四控制组件分别与所述第二管道和所述第七管道连通，所述第四控制组件用于控制所述第二管道和所述第七管道的通断。

在一些实施例中，所述第一控制组件包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门连接于所述第三管道，所述第二阀门连接于所述第六管道，或者，所述第一控制组件包括第一三通阀，所述第一三通阀的入口与所述第一变换通道连通，所述第一三通阀的第一出口与所述第三管道连通，所述第一三通阀的第二出口与所述第六管道连通。

所述第二控制组件包括第三阀门和第四阀门，所述第三阀门连接于所述第一管道，所述第四阀门连接于所述第四管道，或者，所述第二控制组件包括第二三通阀，所述第二三通阀的入口与所述第一吸附通道连通，所述第二三通阀的第一出口与所述第一管道连通，所述第二三通阀的第二出口与所述第四管道连通。

所述第三控制组件包括第五阀门和第六阀门，所述第五阀门连接于所述第五管道，所述第六阀门连接于所述第八管道，或者，所述第三控制组件包括第三三通阀，所述第三三通阀的入口与所述第二变换通道连通，所述第三三通阀的第一出口与所述第六管道连通，所述第三三通阀的第二出口与所述第八管道连通。

所述第四控制组件包括第七阀门和第八阀门，所述第七阀门连接于所述第二管道，所述第八阀门连接于所述第七管道，或者，所述第四控制组件包括第四三通阀，所述第四三通阀的入口与所述第二吸附通道连通，所述第四三通阀的第一出口与所述第二管道连通，所述第四三通阀的第二出口与所述第七管道连通。

在一些实施例中，所述第一吸附器包括第一中空管，所述第一中空管连接于所述第一吸附器内，所述第一中空管的内壁限定出所述第一解析通道，所述第一吸附器的内壁与所述第一中空管的外壁限定出所述第一吸附通道。

所述第二吸附器包括第二中空管，所述第二中空管连接于所述第二吸附器内，所述第二中空管的内壁限定出所述第二解析通道，所述第二吸附器的内壁与所述第二中空管的外壁限定出所述第二吸附通道。

在一些实施例中，所述第一中空管有多个，多个所述第一中空管在所述第一吸附器内间隔分布，所述第二中空管有多个，多个所述第二中空管在所述第二吸附器内间隔分布。

在一些实施例中，所述第一中空管的外周壁和所述第二中空管的外周壁上均设有散热突起。

在一些实施例中，所述第一变换通道和所述第二变换通道内均装填有变换催化剂，所述第一吸附通道和所述第二吸附通道内均装填有二氧化碳吸附剂，所述第一解析通道内的气体可与所述第一吸附通道内的二氧化碳吸附剂发生热交换，所述第二解析通道内的气体可与所述第二吸附通道内的二氧化碳吸附剂发生热交换。

在一些实施例中，所述第一变换炉为等温变换炉，所述第二变换炉为绝热变换炉。

本发明第二方面实施例的碳捕集方法采用上述任一项实施例的碳捕集系统，所述碳捕集方法包括：

进入第一工序，开启所述第一通道和所述第二管道，关闭所述第二通道和所述第一管道，合成气进入所述第一变换通道内发生变换反应并产生一次变换气，一次变换气进入所述第一吸附通道内进行二氧化碳吸附，经过吸附后的一次变换气进入所述第二变换通道继续发生变换反应，将一次变换气中剩余的一氧化碳变换为二氧化碳以生成二次变换气，二次变换气进入所述第二解析通道内对所述第二吸附通道内饱和的吸附剂进行加热再生，饱和吸附剂解析出的二氧化碳沿第二管道进入二氧化碳排放管道并排入下游系统，二次变换气沿粗氢排放管道排入下游系统。

进入第二工序，开启所述第二通道和所述第一管道，关闭所述第一通道和所述第二管道，合成气进入所述第一变换通道内发生变换反应并产生一次变换气，一次变换气进入所述第二吸附通道内进行二氧化碳吸附，经过吸附后的一次变换气进入所述第二变换通道继续发生变换反应，将一次变换气中剩余的一氧化碳变换为二氧化碳以生成二次变换气，二次变换气进入所述第一解析通道内对所述第一吸附通道内饱和的吸附剂进行加热再生，饱和吸附剂解析出的二氧化碳沿第一管道进入二氧化碳排放管道并排入下游系统，二次变换气沿粗氢排放管道排入下游系统。

再次进入第一工序，并重复上述步骤，使碳捕集系统连续运行，直至碳捕集完成。

附图说明

图1是本发明第一实施例的碳捕集系统的示意图。

图2是本发明第二实施例的碳捕集系统的示意图。

图3是本发明第三实施例的碳捕集系统的示意图。

图4是本发明实施例的碳捕集系统第一工序的示意图。

图5是本发明实施例的碳捕集系统第二工序的示意图。

附图标记：

第一变换炉1；

第一吸附器2；

第二变换炉3；

第二吸附器4；

第一管道51；第二管道52；第三管道53；第四管道54；第五管道55；第六管道56；第七管道57；第八管道58；

第一阀门61；第二阀门62；第一三通阀63；

第三阀门71；第四阀门72；第二三通阀73；

第五阀门81；第六阀门82；第三三通阀83；

第七阀门91；第八阀门92；第四三通阀93。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述本发明实施例的碳捕集系统。

如图1至图5所示，本发明实施例的碳捕集系统包括第一变换炉1、第一吸附器2、第二变换炉3和第二吸附器4。

其中，第一变换炉1具有第一变换通道（未示出），第一变换通道位于第一变换炉1内，第一变换通道的进口（如图1中所示的第一变换炉1底壁上的开口）与合成气管道连通，合成气进入第一变换通道内时发生第一级变换反应，合成气中的大部分一氧化碳经变换反应生成二氧化碳。

第一吸附器2具有第一吸附通道（未示出）和第一解析通道（未示出），第一吸附通道和第一解析通道均位于第一吸附器2内，第一吸附通道的出口（如图1中所示的第一吸附器2上部侧壁上的开口）与二氧化碳排放管道连通，第一解析通道的出口（如图1中所示的第一吸附器2顶壁上的开口）与粗氢排放管道连通，第一吸附通道和第一解析通道互不连通且第一解析通道可与第一吸附通道进行热交换，变换气进入第一吸附通道内时，第一吸附通道内的吸附剂将变换气中的二氧化碳吸附以除去变换气中的二氧化碳，变换气进入第一解析通道内时，变换气与第一吸附通道内的吸附剂进行热交换，使第一吸附通道内的吸附剂升温并将吸附的二氧化碳解析，被解析的二氧化碳沿二氧化碳排放管道进入下游系统，经过热交换的变换气温度降低并通过粗氢排放管道进入下游系统。

第二变换炉3具有第二变换通道（未示出），第二变换炉3位于第二变换炉3内，经过一级变换后的变换气进入第二变换通道内时发生第二级变换反应，将变换气中剩余的一氧化碳经变换反应生成二氧化碳。

第二吸附器4具有第二吸附通道（未示出）和第二解析通道（未示出），第二吸附通道和第二解析通道均位于第二吸附器4内，第二吸附通道的出口（如图1中所示的第二吸附器4上部侧壁上的开口）与二氧化碳排放管道连通，第二解析通道的出口（如图1中所示的第二吸附器4顶壁上的开口）与粗氢排放管道连通，第二吸附通道和第二解析通道互不连通且第二解析通道可与第二吸附通道进行热交换，变换气进入第二吸附通道内时，第二吸附通道内的吸附剂将变换气中的二氧化碳吸附以除去变换气中剩余的二氧化碳，变换气进入第二解析通道内时，变换气与第二吸附通道内的吸附剂进行热交换，使第二吸附通道内的吸附剂升温并将吸附的二氧化碳解析，被解析的二氧化碳沿二氧化碳排放管道进入下游系统，经过热交换的变换气温度降低并沿粗氢排放管道进入下游系统。

第一变换通道、第一吸附通道、第二变换通道和第二解析通道顺次连通形成第一通道，第一变换通道、第二吸附通道、第二变换通道和第一解析通道顺次连通形成第二通道。

碳捕集系统具有第一工序和第二工序：

在第一工序，第一通道和第二吸附通道的出口开启，第二通道和第一吸附通道的出口关闭，合成气进入第一变换通道内时发生第一级变换反应，合成气中的大部分一氧化碳经变换反应生成二氧化碳，随后变换气进入第一吸附通道，第一吸附通道内的吸附剂将变换气中的二氧化碳吸附以除去变换气中的二氧化碳，随后变换气进入第二变换通道内时发生第二级变换反应，将变换气中剩余的一氧化碳经变换反应生成二氧化碳，随后变换气进入第二解析通道内，变换气与第二吸附通道内的吸附剂进行热交换，使第二吸附通道内的吸附剂升温并将吸附的二氧化碳解析，被解析的二氧化碳沿二氧化碳排放管道进入下游系统，经过热交换的变换气温度降低并沿粗氢排放管道进入下游系统。

在第二工序，第二通道和第一吸附通道的出口开启时，第一通道和第二吸附通道的出口关闭，合成气进入第一变换通道内时发生第一级变换反应，合成气中的大部分一氧化碳经变换反应生成二氧化碳，随后变换气进入第二吸附通道，第二吸附通道内的吸附剂将变换气中的二氧化碳吸附以除去变换气中的二氧化碳，随后变换气进入第二变换通道内时发生第二级变换反应，将变换气中剩余的一氧化碳经变换反应生成二氧化碳，随后变换气进入第一解析通道内，变换气与第一吸附通道内的吸附剂进行热交换，使第一吸附通道内的吸附剂升温并将吸附的二氧化碳解析，被解析的二氧化碳沿二氧化碳排放管道进入下游系统，经过热交换的变换气温度降低并沿粗氢排放管道进入下游系统。

本发明实施例地碳捕集系统通过第一变换炉1、第一吸附器2、第二变换炉3和第二吸附器4的设置，使合成气经过两级变换和一级吸附，并在变换气排出系统前利用变换反应放出的热量对二氧化碳吸附剂进行解析，无需额外的热源对吸附剂进行加热再生，同时取消了机泵的设置，实现低能耗、低成本的二氧化碳捕集。

在一些实施例中，碳捕集系统还包括第一管道51和第二管道52，第一吸附通道的出口通过第一管道51与二氧化碳排放管道连通，第二吸附通道的出口通过第二管道52与二氧化碳排放管道连通。

第一通道包括第三管道53、第四管道54和第五管道55，第三管道53连通第一变换通道和第一吸附通道，第三管道53的一端与第一变换通道的出口（如图1中所示的第一变换炉1顶壁上的开口）连通，第三管道53的另一端与第一吸附通道的进口（如图1中所示的第一吸附器2下部侧壁上的开口）连通，第四管道54连通第一吸附通道和第二变换通道，第四管道54的一端与第一吸附通道的出口连通，第四管道54的另一端与第二变换通道的进口（如图1中所示的第二变换炉3顶壁上的开口）连通，第五管道55连通第二变换通道和第二解析通道，第五管道55的一端与第二变换通道的出口（如图1中所示的第二变换炉3底壁上的开口）连通，第五管道55的另一端与第二解析通道的进口（如图1中所示的第二吸附器4底壁上的开口）连通。

第二通道包括第六管道56、第七管道57和第八管道58，第六管道56连通第一变换通道和第二吸附通道，第六管道56的一端与第一吸附通道的出口连通，第六管道56的另一端与第二吸附通道的进口（如图1中所示的第二吸附器4下部侧壁上的开口）连通，第七管道57连通第二吸附通道和第二变换通道，第七管道57的一端与第二吸附通道的出口连通，第七管道57的另一端与第二变换通道的进口连通，第八管道58连通第二变换通道和第一解析通道，第八管道58的一端与第二变换通道的出口连通，第八管道58的另一端与第一解析通道的进口（如图1中所示的第一吸附器2底壁上的开口）连通。

在一些实施例中，碳捕集系统还包括第一控制组件、第二控制组件、第三控制组件和第四控制组件。其中，第一控制组件分别与第三管道53和第六管道56连接，第一控制组件用于控制第三管道53和第六管道56的通断；第二控制组件分别与第一管道51和第四管道54连通，第二控制组件用于控制第一管道51和第四管道54的通断；第三控制组件分别与第五管道55和第八管道58连通，第三控制组件用于控制第五管道55和第八管道58的通断；第四控制组件分别与第二管道52和第七管道57连通，第四控制组件用于控制第二管道52和第七管道57的通断。

如图1至图5所示，可选地，第一控制组件包括第一阀门61和第二阀门62，第一阀门61连接于第三管道53，第二阀门62连接于第六管道56，或者，第一控制组件包括第一三通阀63，第一三通阀63的入口与第一变换通道连通，第一三通阀63的第一出口与第三管道53连通，第一三通阀63的第二出口与第六管道56连通。

第二控制组件包括第三阀门71和第四阀门72，第三阀门71连接于第一管道51，第四阀门72连接于第四管道54，或者，第二控制组件包括第二三通阀73，第二三通阀73的入口与第一吸附通道连通，第二三通阀73的第一出口与第一管道51连通，第二三通阀73的第二出口与第四管道54连通。

第三控制组件包括第五阀门81和第六阀门82，第五阀门81连接于第五管道55，第六阀门82连接于第八管道58，或者，第三控制组件包括第三三通阀83，第三三通阀83的入口与第二变换通道连通，第三三通阀83的第一出口与第五管道55连通，第三三通阀83的第二出口与第八管道58连通。

第四控制组件包括第七阀门91和第八阀门92，第七阀门91连接于第二管道52，第八阀门92连接于第七管道57，或者，第四控制组件包括第四三通阀93，第四三通阀93的入口与第二吸附通道连通，第四三通阀93的第一出口与第二管道52连通，第四三通阀93的第二出口与第七管道57连通。

如图1所示，在一个具体的实施例中，第一控制组件包括第一阀门61和第二阀门62，第一阀门61连接于第三管道53，第二阀门62连接于第六管道56；第二控制组件包括第三阀门71和第四阀门72，第三阀门71连接于第一管道51，第四阀门72连接于第四管道54；第三控制组件包括第五阀门81和第六阀门82，第五阀门81连接于第五管道55，第六阀门82连接于第八管道58；第四控制组件包括第七阀门91和第八阀门92，第七阀门91连接于第二管道52，第八阀门92连接于第七管道57。

在第一工序，第一阀门61、第四阀门72、第五阀门81和第七阀门91打开，第二阀门62、第三阀门71、第六阀门82和第八阀门92关闭，使合成气顺次进入第一变换通道、第一吸附通道、第二变换通道和第二解析通道，使合成气完成两次变换和一次吸附，完成对变换气的碳捕集，并且，将变换产生的热量传递给第二吸附通道内的吸附剂，使第二吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，完成对第二吸附通道内的吸附剂的解析。

在第二工序，第二阀门62、第三阀门71、第六阀门82和第八阀门92打开，第一阀门61、第四阀门72、第五阀门81和第七阀门91关闭，使合成气顺次进入第一变换通道、第二吸附通道、第二变换通道和第一解析通道，使合成气完成两次变换和一次吸附，完成对变换气的碳捕集，并且，将变换产生的热量传递给第一吸附通道内的吸附剂，使第一吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，完成对第一吸附通道内的吸附剂的解析。

如图2所示，在另一个具体的实施例中，第一控制组件包括第一三通阀63，第一三通阀63的入口与第一变换通道连通，第一三通阀63的第一出口与第三管道53连通，第一三通阀63的第二出口与第六管道56连通；第二控制组件包括第二三通阀73，第二三通阀73的入口与第一吸附通道连通，第二三通阀73的第一出口与第一管道51连通，第二三通阀73的第二出口与第四管道54连通；第三控制组件包括第三三通阀83，第三三通阀83的入口与第二变换通道连通，第三三通阀83的第一出口与第五管道55连通，第三三通阀83的第二出口与第八管道58连通；第四控制组件包括第四三通阀93，第四三通阀93的入口与第二吸附通道连通，第四三通阀93的第一出口与第二管道52连通，第四三通阀93的第二出口与第七管道57连通。

在第一工序，第一三通阀63的入口与第一出口连通，第二三通阀73的入口与第二出口连通，第三三通阀83的入口与第一出口连通，第四三通阀93的入口与第一出口连通，使合成气完成两次变换和一次吸附，完成对变换气的碳捕集，并且，将变换产生的热量传递给第二吸附通道内的吸附剂，使第二吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，完成对第二吸附通道内的吸附剂的解析。

在第二工序，第一三通阀63的入口与第二出口连通，第二三通阀73的入口与第一出口连通，第三三通阀83的入口与第二出口连通，第四三通阀93的入口与第二出口连通，使合成气顺次进入第一变换通道、第二吸附通道、第二变换通道和第一解析通道，使合成气完成两次变换和一次吸附，完成对变换气的碳捕集，并且，将变换产生的热量传递给第一吸附通道内的吸附剂，使第一吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，完成对第一吸附通道内的吸附剂的解析。

如图3所示，在又一个具体的实施例中，第一控制组件包括第一三通阀63，第一三通阀63的入口与第一变换通道连通，第一三通阀63的第一出口与第三管道53连通，第一三通阀63的第二出口与第六管道56连通；第二控制组件包括第三阀门71和第四阀门72，第三阀门71连接于第一管道51，第四阀门72连接于第四管道54；第三控制组件包括第三三通阀83，第三三通阀83的入口与第二变换通道连通，第三三通阀83的第一出口与第五管道55连通，第三三通阀83的第二出口与第八管道58连通；第四控制组件包括第七阀门91和第八阀门92，第七阀门91连接于第二管道52，第八阀门92连接于第七管道57。

在第一工序，第一三通阀63的入口与第一出口连通，第三三通阀83的入口与第一出口连通，第四阀门72和第七阀门91开启，使合成气完成两次变换和一次吸附，完成对变换气的碳捕集，并且，将变换产生的热量传递给第二吸附通道内的吸附剂，使第二吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，完成对第二吸附通道内的吸附剂的解析。

在第二工序，第一三通阀63的入口与第二出口连通，第三三通阀83的入口与第二出口连通，第三阀门71和第八阀门92开启，使合成气顺次进入第一变换通道、第二吸附通道、第二变换通道和第一解析通道，使合成气完成两次变换和一次吸附，完成对变换气的碳捕集，并且，将变换产生的热量传递给第一吸附通道内的吸附剂，使第一吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，完成对第一吸附通道内的吸附剂的解析。

由此，在这些实施例中，本发明实施例的碳捕集系统可根据实际管路的排布选择阀的安装位置和连接关系。

在一些实施例中，第一吸附器2包括第一中空管（未示出），第一中空管连接于第一吸附器2内，第一中空管的内壁限定出第一解析通道，第一吸附器2的内壁与第一中空管的外壁限定出第一吸附通道。

第二吸附器4包括第二中空管（未示出），第二中空管连接于第二吸附器4内，第二中空管的内壁限定出第二解析通道，第二吸附器4的内壁与第二中空管的外壁限定出第二吸附通道。

进一步地，第一中空管有多个，多个第一中空管在第一吸附器2内间隔分布，第二中空管有多个，多个第二中空管在第二吸附器4内间隔分布。

需要说明的是，变换气进入第一中空管时，变换气通过第一中空管的管壁向第一吸附通道内辐射热量，从而使第一吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，第一吸附通道内饱和的吸附剂释放二氧化碳后变为不饱和吸附剂，完成对第一吸附通道内吸附剂的解析；变换气进入第二中空管时，变换气通过第二中空管的管壁向第二吸附通道内辐射热量，从而使第二吸附通道内的吸附剂升温释放二氧化碳，第二吸附通道内饱和的吸附剂释放二氧化碳后变为不饱和吸附剂，完成对第二吸附通道内吸附剂的解析。

由此，在这些实施例中，本发明实施例的碳捕集系统通过第一中空管和第二中空管的设置，使第一吸附器2通道和第一解析通道互不连通且可进行热交换、第二吸附通道和第二解析通道互不连通且可进行热交换。

进一步地，第一中空管的外周壁和第二中空管的外周壁上均设有散热突起。散热突起增加了第一中空管与第一吸附通道内吸附剂的接触面积、散热突起增加了第二中空管与第二吸附通道内吸附剂的接触面接，进一步增大了变换气向第一吸附通道或第二吸附通道内热传递的速率，提高变换气余热的利用效率。

在一些实施例中，第一变换通道和第二变换通道内均装填有变换催化剂，第一吸附通道和第二吸附通道内均装填有二氧化碳吸附剂，第一解析通道内的气体可与第一吸附通道内的二氧化碳吸附剂发生热交换，第二解析通道内的气体可与第二吸附通道内的二氧化碳吸附剂发生热交换。

可选的，第一吸附通道和第二吸附通道内装填的二氧化碳吸附剂为固态的二氧化碳吸附剂。

在一些实施例中，第一变换炉1为等温变换炉，第二变换炉3为绝热变换炉。合成气在第一变换炉1内发生变换反应后，产生250-300℃的变换气，防止变换气温度过高影响吸附剂对二氧化碳的吸收，经过一次吸附后的变换气中大部分二氧化碳被吸附，随后变换气进入第二变换炉3继续发生变换反应，产生300-400℃的变换气，变换气进入第一解析通道或第二解析通道后对吸附剂进行加热，使二氧化碳从吸附剂中解析出来，完成解析。

以下结合附图描述本发明实施例的碳捕集方法。

如图1至图5所示，本发明第二方面实施例的碳捕集方法采用上述任一项实施例的碳捕集系统，碳捕集方法包括：

如图4所示，进入第一工序，开启第一通道和第二管道52，关闭第二通道和第一管道51，合成气进入第一变换通道内发生变换反应并产生一次变换气，一次变换气进入第一吸附通道内进行二氧化碳吸附，经过吸附后的一次变换气进入第二变换通道继续发生变换反应，将一次变换气中剩余的一氧化碳变换为二氧化碳以生成二次变换气，二次变换气进入第二解析通道内对第二吸附通道内饱和的吸附剂进行加热再生，饱和吸附剂解析出的二氧化碳沿第二管道52进入二氧化碳排放管道并排入下游系统，二次变换气沿粗氢排放管道排入下游系统。

如图5所示，进入第二工序，开启第二通道和第一管道51，关闭第一通道和第二管道52，合成气进入第一变换通道内发生变换反应并产生一次变换气，一次变换气进入第二吸附通道内进行二氧化碳吸附，经过吸附后的一次变换气进入第二变换通道继续发生变换反应，将一次变换气中剩余的一氧化碳变换为二氧化碳以生成二次变换气，二次变换气进入第一解析通道内对第一吸附通道内饱和的吸附剂进行加热再生，饱和吸附剂解析出的二氧化碳沿第一管道51进入二氧化碳排放管道并排入下游系统，二次变换气沿粗氢排放管道排入下游系统。

再次进入第一工序，并重复上述步骤，使碳捕集系统连续运行，直至碳捕集完成。

本发明实施例地碳捕集方法通过使合成气经过两级变换和一级吸附，完成碳捕集，同时，在变换气排出系统前利用变换反应放出的热量对吸附剂进行解析，完成吸附剂的再生，无需额外的热源对吸附剂进行加热再生，实现低能耗、低成本的二氧化碳捕集。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“前”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碳捕集系统，其特征在于，包括：

第一变换炉，所述第一变换炉具有第一变换通道，所述第一变换通道的进口与合成气管道连通；

第一吸附器，所述第一吸附器具有第一吸附通道和第一解析通道，所述第一吸附通道的出口与二氧化碳排放管道连通，所述第一解析通道的出口与粗氢排放管道连通；

第二变换炉，所述第二变换炉具有第二变换通道；

第二吸附器，所述第二吸附器具有第二吸附通道和第二解析通道，所述第二吸附通道的出口与二氧化碳排放管道连通，所述第二解析通道的出口与粗氢排放管道连通；

所述第一变换通道、所述第一吸附通道、所述第二变换通道和所述第二解析通道顺次连通形成第一通道，所述第一变换通道、所述第二吸附通道、所述第二变换通道和所述第一解析通道顺次连通形成第二通道；

所述碳捕集系统具有第一工序和第二工序，在所述第一工序，所述第一通道和所述第二吸附通道的出口开启，所述第二通道和所述第一吸附通道的出口关闭，在所述第一工序，合成气顺次进入所述第一变换通道、所述第一吸附通道、所述第二变换通道和所述第二解析通道，使合成气完成两次变换和一次吸附，并且，将变换产生的热量传递给所述第二吸附通道内的吸附剂；

在所述第二工序，所述第二通道和所述第一吸附通道的出口开启时，所述第一通道和所述第二吸附通道的出口关闭，在所述第二工序，使合成气顺次进入所述第一变换通道、所述第二吸附通道、所述第二变换通道和所述第一解析通道，使合成气完成两次变换和一次吸附，并且，将变换产生的热量传递给所述第一吸附通道内的吸附剂；

第一管道和第二管道，所述第一吸附通道的出口通过所述第一管道与二氧化碳排放管道连通，所述第二吸附通道的出口通过所述第二管道与二氧化碳排放管道连通。

2.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一通道包括第三管道、第四管道和第五管道，所述第三管道连通所述第一变换通道和所述第一吸附通道，所述第四管道连通所述第一吸附通道和所述第二变换通道，所述第五管道连通所述第二变换通道和所述第二解析通道；

所述第二通道包括第六管道、第七管道和第八管道，所述第六管道连通所述第一变换通道和所述第二吸附通道，所述第七管道连通所述第二吸附通道和所述第二变换通道，所述第八管道连通所述第二变换通道和所述第一解析通道。

3.根据权利要求2所述的碳捕集系统，其特征在于，还包括：

第一控制组件，所述第一控制组件分别与所述第三管道和所述第六管道连接，所述第一控制组件用于控制所述第三管道和所述第六管道的通断；

第二控制组件，所述第二控制组件分别与所述第一管道和所述第四管道连通，所述第二控制组件用于控制所述第一管道和所述第四管道的通断；

第三控制组件，所述第三控制组件分别与所述第五管道和所述第八管道连通，所述第三控制组件用于控制所述第五管道和所述第八管道的通断；

第四控制组件，所述第四控制组件分别与所述第二管道和所述第七管道连通，所述第四控制组件用于控制所述第二管道和所述第七管道的通断。

4.根据权利要求3所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一控制组件包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门连接于所述第三管道，所述第二阀门连接于所述第六管道，或者，所述第一控制组件包括第一三通阀，所述第一三通阀的入口与所述第一变换通道连通，所述第一三通阀的第一出口与所述第三管道连通，所述第一三通阀的第二出口与所述第六管道连通；

所述第二控制组件包括第三阀门和第四阀门，所述第三阀门连接于所述第一管道，所述第四阀门连接于所述第四管道，或者，所述第二控制组件包括第二三通阀，所述第二三通阀的入口与所述第一吸附通道连通，所述第二三通阀的第一出口与所述第一管道连通，所述第二三通阀的第二出口与所述第四管道连通；

所述第三控制组件包括第五阀门和第六阀门，所述第五阀门连接于所述第五管道，所述第六阀门连接于所述第八管道，或者，所述第三控制组件包括第三三通阀，所述第三三通阀的入口与所述第二变换通道连通，所述第三三通阀的第一出口与所述第五管道连通，所述第三三通阀的第二出口与所述第八管道连通；

所述第四控制组件包括第七阀门和第八阀门，所述第七阀门连接于所述第二管道，所述第八阀门连接于所述第七管道，或者，所述第四控制组件包括第四三通阀，所述第四三通阀的入口与所述第二吸附通道连通，所述第四三通阀的第一出口与所述第二管道连通，所述第四三通阀的第二出口与所述第七管道连通。

5.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一吸附器包括第一中空管，所述第一中空管连接于所述第一吸附器内，所述第一中空管的内壁限定出所述第一解析通道，所述第一吸附器的内壁与所述第一中空管的外壁限定出所述第一吸附通道；

所述第二吸附器包括第二中空管，所述第二中空管连接于所述第二吸附器内，所述第二中空管的内壁限定出所述第二解析通道，所述第二吸附器的内壁与所述第二中空管的外壁限定出所述第二吸附通道。

6.根据权利要求5所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一中空管有多个，多个所述第一中空管在所述第一吸附器内间隔分布，所述第二中空管有多个，多个所述第二中空管在所述第二吸附器内间隔分布。

7.根据权利要求5所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一中空管的外周壁和所述第二中空管的外周壁上均设有散热突起。

8.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一变换通道和所述第二变换通道内均装填有变换催化剂，所述第一吸附通道和所述第二吸附通道内均装填有二氧化碳吸附剂，所述第一解析通道内的气体可与所述第一吸附通道内的二氧化碳吸附剂发生热交换，所述第二解析通道内的气体可与所述第二吸附通道内的二氧化碳吸附剂发生热交换。

9.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述第一变换炉为等温变换炉，所述第二变换炉为绝热变换炉。

10.一种碳捕集方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的碳捕集系统，所述碳捕集方法包括：

进入第一工序，开启所述第一通道和所述第二管道，关闭所述第二通道和所述第一管道，合成气进入所述第一变换通道内发生变换反应并产生一次变换气，一次变换气进入所述第一吸附通道内进行二氧化碳吸附，经过吸附后的一次变换气进入所述第二变换通道继续发生变换反应，将一次变换气中剩余的一氧化碳变换为二氧化碳以生成二次变换气，二次变换气进入所述第二解析通道内对所述第二吸附通道内饱和的吸附剂进行加热再生，饱和吸附剂解析出的二氧化碳沿第二管道进入二氧化碳排放管道并排入下游系统，二次变换气沿粗氢排放管道排入下游系统；

进入第二工序，开启所述第二通道和所述第一管道，关闭所述第一通道和所述第二管道，合成气进入所述第一变换通道内发生变换反应并产生一次变换气，一次变换气进入所述第二吸附通道内进行二氧化碳吸附，经过吸附后的一次变换气进入所述第二变换通道继续发生变换反应，将一次变换气中剩余的一氧化碳变换为二氧化碳以生成二次变换气，二次变换气进入所述第一解析通道内对所述第一吸附通道内饱和的吸附剂进行加热再生，饱和吸附剂解析出的二氧化碳沿第一管道进入二氧化碳排放管道并排入下游系统，二次变换气沿粗氢排放管道排入下游系统；

再次进入第一工序，并重复上述步骤，使碳捕集系统连续运行，直至碳捕集完成。

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