[发明专利]一种可再生能源耦合驱动捕集空气中CO2

说明书

本发明提供一种可再生能源耦合驱动捕集空气中CO₂的系统和方法。所述系统包括可再生能源互补电力系统和以低能耗双循环为特征的化学吸收法捕碳工艺，所述方法是采用太阳能、风能等可再生能源进行电力转化，为系统中的耗电设备提供驱动力，借助锂电池储存和输出电力，富余电力可制氢存储或燃料电池发电等多元手段消纳。所用吸收剂吸收CO₂后的溶液，引入相变驱动剂后低温下使CO₂吸收剂再生循环，而结合CO₂的浆液采用微波再生相变驱动剂。本发明提供的碳捕集系统和方法，充分利用可再生资源提供过程能源，避免了化石能源的使用，而且吸收剂再生能耗低，有望对能源、环境和资源利用的绿色高质量发展发挥重要的作用。

技术领域

本发明属于大气中二氧化碳捕集技术领域，涉及一种可再生能源耦合驱动捕集空气中CO₂的系统和方法。

背景技术

近年来，化石燃料的大量使用导致大气中CO₂温室气体排放量急剧增多，加剧了全球变暖，全球温度上升导致大量冰川融化加快、海平面升高、生态环境发生变化。通过CO₂减排等碳中和技术来延缓全球变暖尤为重要。传统的碳捕集技术主要集中在固定点源的燃烧前捕集和燃烧后捕集技术，这两种技术主要是对以化石燃料为基础的发电厂、炼油厂、化工厂、水泥厂等大型固定点源排放的CO₂进行处理。除了工业以及电力行业等固定点源的温室气体排放，接近55%的温室气体排放来源于小型工厂、交通工具排放的CO₂尾气、生活燃气等零散分布源，而直接空气CO₂捕集技术(DAC)则可以直接降低空气中CO₂浓度，是重要的“负碳排放”技术之一，是实现“双碳”目标的托底技术保障，近年来受到广泛关注。

直接空气捕集CO₂技术是通过吸收剂或吸附剂对空气中的二氧化碳进行捕捉，DAC技术大多采用工业级风扇将空气吸入装有液态化学吸收剂或固态吸附剂的碳捕集单元，完成捕捉后将含有大量CO₂的吸收剂或吸附剂通过改变热量、压力或温度进行CO₂再生并用于再次捕集，而二氧化碳则被分离并储存起来。在这捕集系统中，化石电力作为风机、流体输送泵、再生热源的直接能源，显然不符合可持续发展未来的方向，大力发展光电、风电等可再生能源发电技术不仅有助于缓解我国对化石能源的严重依赖，也将大量减少电力部门的温室气体与其他污染物排放。

国内外研究学者围绕直接空气碳捕集技术进行了大量研究和开发工作，以直接降低大气中CO₂浓度。专利CN102527191A公开了一种二氧化碳回收设备和二氧化碳回收方法，主要利用溶液吸收二氧化碳，但该技术方案需要大面积的设备用地，不具备现实可操作性。专利CN113786710A公开了采用太阳能集热和弃光电能对碳捕集系统供能，可高效地利用一些原本应被舍弃的风电和光电为碳捕集系统供能，比传统的汽轮机抽蒸汽供能的碳捕集方式相比更节能。专利CN113813746A公开了一种从空气中直接捕集二氧化碳的装置和方法，能够实现从空气中直接捕集二氧化碳并连续生产高纯度二氧化碳产品，同时该装置设备布置紧凑、占地面积小、但耗能高，设备制作复杂。另外，加拿大Carbon Engineering公司利用氢氧化钾溶液对空气中的二氧化碳进行吸附，但其再生过程需将吸附材料加热到900℃，需要消耗大量热能。上述直接空气捕集CO₂技术所采用的装置或工艺大多采用化石电力供电，或是设备体积庞大或是再生能耗高，不利于推广应用。因此，寻求在避免化石能源使用的同时，也能解决直接空气捕集CO₂装置体积庞大以及CO₂再生能耗高等关键问题显得极为重要。

发明内容