[发明专利]太阳能有机朗肯循环辅助的真空变压变温耦合吸附碳捕集系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能辅助碳捕集技术领域，具体涉及到一种太阳能有机朗肯循环辅助的真空变压变温耦合吸附碳捕集系统。以太阳能有机朗肯循环发电技术和真空变压变温耦合吸附碳捕集技术为核心，满足低能耗下捕集二氧化碳的需求。

背景技术

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第5次评估报告显示二氧化碳在大气中的浓度已经比工业化之前高出了40％，作为最主要的温室气体，二氧化碳的过量排放会造成温室效应和气候变化，故控制大型二氧化碳排放源如电厂、水泥厂和化工厂的二氧化碳排放至关重要。目前的主要措施是利用碳捕集与封存(CCS)技术对烟气进行脱碳，现有的碳捕集技术可分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集，其中应用较为广泛的是燃烧后捕集，即利用化学吸收或物理吸附等方法对燃烧生成的烟气进行二氧化碳捕集。

一方面，传统碳捕集技术较为关注捕集工艺或者系统的可行性，造成相关技术的开发面临商业化应用困境。例如许多研究关注在比较成熟的化学吸收法，但是其解吸过程需要潜热、显热和吸收热三部分能量来完成化学解吸，故捕集能耗较高，约为3-4GJ/ton。相比之下，吸附法碳捕集在单位捕捉能力、固体解吸能量要求等方面比吸收法更加具有优势。吸附法碳捕集有变温吸附、变压吸附和变电吸附三种基本方式，以及多种耦合吸附方式。

另一方面，太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源，一直受到世界各国的广泛关注。作为主要的清洁能源，太阳能光热利用技术发展迅猛，常用的太阳能集热器包括平板集热器、槽式集热器、碟式集热器、复合抛物线集热器、塔式集热器等。同时，有机工质由于其低沸点特性，在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，推动涡轮机做功，适合于低温热源做功发电。因此，太阳辐照低能流密度、易于转换为低温热源的物理特性与有机朗肯循环(ORC)之间具有潜在的联系，把两者有机结合，可以形成基于ORC的太阳能低温发电系统。该系统通过低聚焦比集热装置把太阳辐照转换为低温热能，通过ORC把低温热能转换为机械能和电能。此外，太阳能有机朗肯循环中冷凝器大量冷凝热可以作为低温余热进行利用。

如果利用太阳能有机朗肯循环对吸附式碳捕集系统进行电力和热能供应，既能最大程度地有效利用可再生能源，又能满足对大型排放源进行二氧化碳减排的要求。因此，从全新的降低能耗的出发点，开发一种有效利用太阳能并且捕集能耗较低的碳捕集系统，是有效缓解二氧化碳排放的一个理想技术方案。

目前，相关专利文献有以下报道：

一方面，在二氧化碳吸附材料方面进行创新。例如，公开号为CN103861557A的中国发明专利申请中提出了一种新型固态胺二氧化碳吸附剂，首次添加表面活性剂的方法来降低二氧化碳在固态胺吸附剂内的扩散阻力，提高胺的利用率，进而提高材料的二氧化碳的吸附性能。公开号为CN103203220A的中国发明专利申请披露了一种二氧化碳吸附剂的制备方法，主要是利用苯胺与Y型分子筛进行聚合反应，得到固体颗粒；将固体颗粒进行碳化反应，得到二氧化碳吸附剂，该材料合成简单，性能优于活性炭。公开号为CN103120931A的中国专利申请提出一种笼形二氧化碳吸附材料及其制备方法，该方法包括蒙脱石的酸化改性以及笼形二氧化碳吸附材料的合成，该复合材料中有机胺有效负载量在10～60％之间，具有良好的吸附和脱附能力，且稳定性良好。但是，以上专利只是在新型材料角度的创新，并没有涉及具体的二氧化碳捕集过程和循环；此外，对低能耗材料的盲目追求，容易导致对捕集工艺能耗的错误理解，出现材料能耗降低，工艺能耗却上升的情况。

另一方面，在二氧化碳吸附塔结构上进行创新。例如公告号为CN203990246U的中国实用新型专利提出了一种二氧化碳变压吸附塔，采用了矩形结构的气体吸附通道，并用过折流板隔开，形成折流式固定吸附塔。该结构具有气体均匀性好、气体流程长、吸附剂利用率高和床层稳定等优势。公开号为CN105749696A的中国发明专利申请提出了一种基于低品位热能的二氧化碳变温吸脱附系统，其新型的吸附塔结构以烟气中的低品位热能作为能量来源，并捕集烟气中的二氧化碳。公开号为CN101795750A的专利文献中提出一种独立式结构的吸附塔和汽提塔，其适于从燃烧化石燃料的发电站的废气流中捕获二氧化碳。但是，这些专利仅是在吸附塔结构上进行创新，过多追求吸附捕集装置结构的优化，但实际市场化的产品很难做到理想的优化加工要求，同时该类发明的特征很难在降低捕集能耗方面有所突破。