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吸附法捕集二氧化碳工艺及装置

吸附法捕集二氧化碳工艺及装置

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  • 发布时间:2024-02-21
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【概要描述】直接从空气中捕获二氧化碳(Direct Air Capture,DAC)技术不受特定地点的限制,因为其二氧化碳来源是大气,这样可以避免工业排放中的污染物比如二氧化硫(SOx)和氮氧化物(NOx),这些污染物可能对农作物和吸附剂产生负面影响。在二氧化碳捕获的过程中,吸附剂的性能以及吸附和脱附过程的优化至关重要,这些因素共同决定了整个过程的经济性。吸附剂的开发和筛选主要集中在降低脱附温度上,以实现节能目标,固态胺吸附剂因此显示出比其他吸附剂更大的优势。由于大气中二氧化碳的浓度非常低,因此需要大量的空气循环通过吸附剂床层,以确保空气和吸附材料之间有充分的接触,同时还要尽量降低床层的阻力。

吸附法捕集二氧化碳工艺及装置

【概要描述】直接从空气中捕获二氧化碳(Direct Air Capture,DAC)技术不受特定地点的限制,因为其二氧化碳来源是大气,这样可以避免工业排放中的污染物比如二氧化硫(SOx)和氮氧化物(NOx),这些污染物可能对农作物和吸附剂产生负面影响。在二氧化碳捕获的过程中,吸附剂的性能以及吸附和脱附过程的优化至关重要,这些因素共同决定了整个过程的经济性。吸附剂的开发和筛选主要集中在降低脱附温度上,以实现节能目标,固态胺吸附剂因此显示出比其他吸附剂更大的优势。由于大气中二氧化碳的浓度非常低,因此需要大量的空气循环通过吸附剂床层,以确保空气和吸附材料之间有充分的接触,同时还要尽量降低床层的阻力。

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直接从空气中捕获二氧化碳(Direct Air Capture,DAC)技术不受特定地点的限制,因为其二氧化碳来源是大气,这样可以避免工业排放中的污染物比如二氧化硫(SOx)和氮氧化物(NOx),这些污染物可能对农作物和吸附剂产生负面影响。在二氧化碳捕获的过程中,吸附剂的性能以及吸附和脱附过程的优化至关重要,这些因素共同决定了整个过程的经济性。吸附剂的开发和筛选主要集中在降低脱附温度上,以实现节能目标,固态胺吸附剂因此显示出比其他吸附剂更大的优势。由于大气中二氧化碳的浓度非常低,因此需要大量的空气循环通过吸附剂床层,以确保空气和吸附材料之间有充分的接触,同时还要尽量降低床层的阻力。

常用吸附剂

在物理吸附剂方面,常用的有沸石分子筛、活性炭等无机多孔材料。这些材料具有成本较低、易于再生和操作简便的特点。然而,工业烟道气通常是由化石燃料燃烧产生的混合气体,其中包含粉尘和水蒸气等杂质。特别是烟道气中的水分子会在吸附剂表面优先吸附,这会导致吸附剂对二氧化碳的吸附下降。此外,烟道气中的部分粉尘杂质可能会进入吸附剂的孔道内部,从而显著降低吸附剂的吸附效率。相对而言,化学吸附剂的常用类型包括碱性金属氧化物、类水滑石类化合物以及表面改性的多孔材料。

沸石分子筛

一种硅铝酸盐材料,主要成分为SiO2和Al2O3,具有微孔结构。它的孔道尺寸通常在0.5-1.2 nm之间。沸石分子筛对CO2分子的吸附可以被理解为Lewis酸碱之间的配位反应或加合反应。

碳基材料

碳基材料具有可调整的物理和化学性质,可以通过控制合成条件和后处理过程,制成包括石墨烯、活性炭纤维(ACFs)、有序多孔碳、碳分子筛(CMSs)和碳纳米管(CNTs)在内的多种形态,这些材料都具备发达的孔隙结构和特定的表面特性。可以是单体、泡沫、气凝胶、薄膜、薄片、纤维或颗粒等形式。由于碳基材料通常拥有较高的比表面积,它们对二氧化碳的吸附能力往往超过了沸石分子筛。

介孔材料

介孔材料是一类多孔材料,其孔径介于2-50 nm之间,例如SBA-15、MCM-41、KIT-6、HMS等。这些材料通常具有高比表面积、有序的孔道结构、狭窄的孔径分布以及可调节的孔径大小等特点。

MOF材料

MOF材料由于其高比表面积和大量空间存在于孔道内部和外部,为CO2分子的装载和吸附提供了便利,因此其对CO2的吸附能力远远超过其他传统多孔材料。

固态胺吸附剂

一种常用的吸附材料,它通过与二氧化碳发生化学反应而发挥吸附作用。常用的有机胺包括烷基胺、链烷醇胺和氨基聚合物等。这种吸附属于化学吸附,利用吸附剂中的氨基官能团与二氧化碳发生反应,生成氨盐。

常见的吸附法捕集二氧化碳装置

吸附法捕集二氧化碳的技术主要是通过特定的吸附材料(如活性炭、分子筛等)来捕集烟气中的二氧化碳。这一过程通常包括以下几个关键设备和步骤:

  1. 烟气流送系统:这个系统负责将工业排放的烟气导向吸附装置。它通常包括烟道、流量控制阀门、风机等组件。
  2. 吸附装置:这是捕集二氧化碳的核心区域,其中含有填充有吸附材料的吸附塔。烟气在通过这些塔时,二氧化碳被吸附材料捕集。

吸附捕集装置

  1. 吸附材料:选择合适的吸附材料对于捕集二氧化碳至关重要。这些材料需要有较高的二氧化碳吸附容量和良好的选择性,以区分和捕集二氧化碳与其他气体。
  2. 解吸系统:吸附满二氧化碳的材料需要定期进行解吸,以释放出二氧化碳。这可以通过加热、减压或其他方法实现。解吸后的材料可以恢复吸附能力,实现循环利用。
  3. CO2 收集和处理设施:释放出的二氧化碳气体可以被收集,并进行进一步处理,如压缩、液化或直接输送至封存地点。
  4. 控制系统:为了确保捕集效率和过程的稳定,吸附法捕集二氧化碳的系统需要配备先进的控制和监测设备,如温度传感器、压力传感器、流量计等。

吸附捕集控制系统

  1. 辅助设备:包括冷却系统、压缩空气系统等,用于维持吸附装置的运行和优化二氧化碳的解吸效果。

 

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