[发明专利]一种二氧化碳直接空气捕集方法

说明书

本发明提供了一种二氧化碳直接空气捕集方法，包括以下步骤：(1)吸收阶段：通过吸附剂吸收捕集空气中的二氧化碳直至饱和；(2)解吸再生阶段：在高真空状态下，将吸附剂加热至105～110℃，使吸附剂解吸再生，释放出纯的二氧化碳气体；(3)冷却阶段：利用空气对吸附剂降温至室温后，进行下一个吸收‑解吸再生循环；所述吸附剂由包括如下步骤的方法制备得到：将煤粉与碳酸钾溶液混合后进行活化处理，生成多孔碳材料；再与碳纳米管、离子液体混合后，进行碳化处理，制得所述吸附剂。本发明二氧化碳直接空气捕集方法可以高效地吸收空气中的二氧化碳，且不需要过高的再生能耗，成本较低，工艺简单易操作。

技术领域

本发明属于碳捕集技术领域，具体地，本发明涉及一种二氧化碳直接空气捕集方法。

背景技术

目前，大气中的二氧化碳浓度已超过417ppm，且其排放量逐年增加。作为温室气体的主要成分，CO₂排放量的增多加剧了全球变暖，进而导致大量冰川融化加快、海平面升高、生态环境发生恶劣变化。因此，通过CO₂减排等碳中和技术来延缓全球变暖越来越受重视。

二氧化碳捕集、利用和封存技术(carbon capture,utilization and storage，CCUS)被认为是减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、最可行的方法。CCUS作为深度减排技术，对火电、钢铁、水泥、化工等工业固定排放源进行直接捕集相对有效且可节约运输成本。然而不同排放源二氧化碳浓度及捕集方式的不同使碳捕集技术的能耗差异较大。目前主要的碳捕集技术分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集。燃烧前捕集是将燃料中的含碳组分转化为水煤气，进而将二氧化碳从中分离，该方式多用于整体煤气化联合循环电站；富氧燃烧捕集则是将纯氧从空气中分离并通入燃烧系统，辅以烟气循环，该技术捕集的二氧化碳纯度高，但系统总投资较高；燃烧后捕集则是从烟气中分离二氧化碳，该技术能耗较高。此外，以上几种二氧化碳捕集方式都是应对工业集中源排放CO₂的集中捕集技术，但实际上，全球每年约有30～50％的CO₂来自交通运输业、居民建筑热能、小型工厂等分布式排放源。

直接空气捕集(Direct air capture，DAC)二氧化碳技术是一种重要的CCUS技术，也是一种不可或缺的负排放技术，其不同于传统二氧化碳捕集技术，DAC工艺可以作为集中捕集技术的有效补偿。该技术可以从环境空气中去除CO₂，从而有效地降低空气中二氧化碳的含量。DAC工艺一般由空气捕集模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO₂储存模块三部分组成。在空气捕集模块，大多先通过引风机等设备对空气中CO₂进行捕集，再通过固体吸附材料或液体吸收材料吸收CO₂；吸收剂或吸附剂再生模块主要通过高温脱附等方法对材料进行再生；CO₂储存模块主要通过压缩机将收集的CO₂送入储罐中贮存。DAC工艺可对小型化石燃料燃烧装置以及交通工具等“分散式”排放源进行捕集，更重要的是可以维持并真实地降低大气中二氧化碳浓度。因此，DAC工艺作为实现“双碳”目标的托底技术，从空气中直接去除二氧化碳，并永久转化和封存，其技术的开发显得尤为重要。目前国际上的直接空气碳捕集工艺主要采用碱性溶液和胺类吸附剂，而已有的碱性溶液再生过程中耗能较高，不利用工程利用；现有的胺类吸附剂吸附容量较低，总体处理量较小，工程中吸收-再生循环使用过程中稳定性较差。

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，本发明实施例提供了一种二氧化碳直接空气捕集方法，包括以下步骤：

(1)吸收阶段：通过吸附剂吸收捕集空气中的二氧化碳直至饱和；

(2)解吸再生阶段：在高真空状态下，将吸附剂加热至105～110℃，使吸附剂解吸再生，释放出纯的二氧化碳气体；

(3)冷却阶段：利用空气对吸附剂降温至室温后，进行下一个吸收-解吸再生循环；