[发明专利]基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法

说明书

本发明公开了基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法，该系统包括：吸附反应器系统，用于吸附空气中的COsubgt;2/subgt;或进行解吸附；蒸汽发生器及疏水回收系统，与吸附反应器系统相连，用于为吸附反应器系统提供热源；再生冷却除水系统，与吸附反应器系统和蒸汽发生器及疏水回收系统相连。本发明中，采用MOFs吸附剂作为吸附反应器系统进行碳吸附的吸附材料，通过蒸汽发生器及疏水回收系统为吸附反应器系统提供热源，以升高MOFs吸附剂所在区域的温度，便于后期实现解吸附，捕集的二氧化碳用于都市农业，通过太阳能发电与储能系统为蒸汽发生器及疏水回收系统提供电能，可实现空气碳捕集与农业经济双赢、能源供给更绿色的目标。

技术领域

本发明属于碳捕集技术领域，具体涉及基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法。

背景技术

在工业源二氧化碳捕集示范工程得到了大量部署，作为重要的补充和缓解碳封存中运输环节的成本压力的手段，直接空气捕集技术(direct air capture，DAC)也得到了重视与发展。从空气中直接捕集的二氧化碳可以作为工业原料，对土地进行反哺，进入碳循环闭环，能够产生负碳的效应，有助于降低大气中二氧化碳浓度水平。DAC技术面临的首要挑战是低浓度情况下碳捕集的能耗问题，以及低浓度下吸附剂如何实现较高的吸附容量、如何实现快速传质和吸脱附等。

申请公布号为CN113813746A的中国发明专利，公布了一种从空气中直接捕集二氧化碳的装置，其采用的是薄层移动床和球形固态胺吸附剂，薄层移动床的高度为10m～25m，球型固态胺吸附剂需要在其中上下转移，系统磨损较大。申请公布号为CN112169537A的中国发明专利，公布了一种快速变温吸附转轮式直接空气二氧化碳捕集系统实现连续捕集二氧化碳，但是由于需要使用3D打印技术成型的转轮为整体式结构，性能虽好，但是成本极高。

我们注意到各种金属有机框架材料(MOFs)被不断开发出来，MOFs材料往往具有发达的孔道结构和巨大的比表面积，兼具优良的表面和孔道可调变性，在较低温度下便可实现再生。含有金属中心的Mg-MOF-74、MIL-101(Cr)、SIFSIX-3-Cu/Ni/Zn等MOFs材料均表现出了较高的二氧化碳吸附性能。MOFs材料容易制成薄板形式，且材质一般较轻，便于组装和使用。但是将MOFs材料与二氧化碳捕集的研究甚少。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统和方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统，包括：

吸附反应器系统，所述吸附反应器系统用于吸附空气中的CO₂或进行解吸附；

蒸汽发生器及疏水回收系统，所述蒸汽发生器及疏水回收系统与吸附反应器系统相连，用于为吸附反应器系统提供热源；

再生冷却除水系统，所述再生冷却除水系统与吸附反应器系统和蒸汽发生器及疏水回收系统相连；

当需要吸附空气中的CO₂时，空气进入吸附反应器系统进行碳吸附后排入大气；

当需要解吸附时，通过蒸汽发生器及疏水回收系统为吸附反应器系统提供热源，升高吸附反应器系统内的吸附剂模块所在区域的温度，启动再生冷却除水系统，产生微负压环境，进而将吸附的CO₂解吸出来。

在本发明提供的基于MOFs吸附剂的直接空气碳捕集及利用系统中，还包括太阳能发电与储能系统，所述太阳能发电与储能系统与蒸汽发生器及疏水回收系统相连，用于为蒸汽发生器及疏水回收系统提供电能。