本發(fā)明涉及一種溫室氣體捕集系統(tǒng)及方法，具體涉及一種大規(guī)模二氧化碳捕集系統(tǒng)及捕集方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟的快速發(fā)展離不開化石能源的大量使用，但是化石能源的大量燃燒會導(dǎo)致過量的二氧化碳排放到大氣中，而二氧化碳是引起溫室效應(yīng)的主要氣體。如果不對大氣中的二氧化碳濃度進行控制，將會引起地球生態(tài)系統(tǒng)的災(zāi)難性巨變，嚴重威脅人類生存。
目前對二氧化碳捕集采用的主要方法為對化石燃料燃燒后的煙氣進行二氧化碳捕集。該方法的二氧化碳吸附劑一般為堿性溶液，通過洗氣等方式對化石燃料燃燒后的煙氣進行二氧化碳捕集。這種方法雖然能有效控制排放煙氣中的二氧化碳濃度，但是其二氧化碳吸附劑是一次性的，如果想要還原該吸附劑，需要耗費大量能源，還原過程同樣也會排放二氧化碳，采用這種方式進行大氣二氧化碳濃度控制顯然是不行的。
從大氣中直接捕獲二氧化碳是一種有效降低大氣二氧化碳濃度的方法。該方法允許直接從大氣中進行低濃度下的二氧化碳捕集，捕集設(shè)備不必局限于化石燃料大量使用的工廠等地點。納米多孔材料如沸石分子篩可以作為二氧化碳吸附劑用于大氣中二氧化碳的直接捕集，但是該吸附劑需要在較高溫度下才能解吸附二氧化碳，因此吸附劑的還原會耗費大量能量，采用該種方法進行二氧化碳捕集也是不經(jīng)濟的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模二氧化碳捕集系統(tǒng)及捕集方法；該系統(tǒng)中采用的二氧化碳吸附劑為負載有碳酸鈉的納米多孔材料，當(dāng)吸附劑所處環(huán)境濕度較低時，該吸附劑可以進行二氧化碳吸附；反之，當(dāng)濕度較高時，吸附劑解吸附二氧化碳，實現(xiàn)還原再生；因此本系統(tǒng)只用控制濕度大小即可實現(xiàn)二氧化碳的捕集及吸附劑的再生；相比其他的二氧化碳捕集系統(tǒng)或方法，該方法具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單、吸附劑制備成本低、吸附劑還原能耗低、解吸附的二氧化碳較純凈，可用作食品添加劑等優(yōu)點。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種大規(guī)模二氧化碳捕集系統(tǒng)，包括：
用于進行二氧化碳捕集的二氧化碳吸附室8，其兩端分別開有進氣口及出氣口，進氣口及出氣口處分別設(shè)置有第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6和第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7，用于檢測進氣口及出氣口的二氧化碳濃度及濕度；
用于對進氣進行干燥、過濾的干燥室2，干燥室2開有進氣口及出氣口，進氣口與大氣相通，出氣口與二氧化碳吸附室8的進氣口連通；
用于增加濕度的水箱13，該水箱13有一個進氣管及出氣管，進氣管管口低于液面，出氣管管口高于液面，出氣管與二氧化碳吸附室8進氣口相連；
用于儲存解吸附出來的二氧化碳的氣罐12，該氣罐12開有進氣口及出氣口，進氣口與二氧化碳吸附室8出氣口連通，出氣口與水箱13進氣管連通；
用于連通各結(jié)構(gòu)的氣體管路，用于為管路內(nèi)氣體流動提供動力的氣泵5，控制管路開關(guān)的閥門以及氣罐12的氣罐排氣閥門15。
所述氣泵5位于第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6之前。
所述控制管路開關(guān)的閥門具體為：二氧化碳吸附室8出氣口分為兩條支路，兩條支路分別設(shè)有第三開關(guān)閥門10和第四開關(guān)閥門11，第三開關(guān)閥門10所在支路用于將吸附后的氣體排放入大氣，第四開關(guān)閥門11所在支路與氣罐12及水箱13構(gòu)成回路，用于解吸附循環(huán)；干燥室2的進氣口及出氣口分別設(shè)有第一開關(guān)閥門1和第二開關(guān)閥門4，用于控制氣流是否進入干燥室2以及是否進入二氧化碳吸附室8；水箱13的出氣口設(shè)有第五開關(guān)閥門14，用于控制高濕度氣流是否進入二氧化碳吸附室8。
上述所述大規(guī)模二氧化碳捕集系統(tǒng)的捕集方法，包括以下步驟：
步驟1：制備負載有碳酸鈉的納米多孔材料作為二氧化碳吸附劑9；
步驟2：大氣通過干燥室2進入二氧化碳吸附室8，在二氧化碳吸附室8內(nèi)，大氣中的二氧化碳被二氧化碳吸附劑9吸附，吸附后的氣體通過第三開關(guān)閥門10所在支路排入大氣；
步驟3：觀察第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6和第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7的二氧化碳濃度值，若第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7的二氧化碳濃度值小于第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6的二氧化碳濃度值，說明二氧化碳吸附劑9正在吸附二氧化碳，還未吸附飽和；若第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7的二氧化碳濃度值等于第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6的二氧化碳濃度值，說明二氧化碳吸附劑9不再吸附二氧化碳，已經(jīng)吸附飽和；
步驟4：如果二氧化碳吸附劑9已吸附飽和，使水箱13內(nèi)出來的高濕度氣流流經(jīng)二氧化碳吸附劑9，在高濕度下二氧化碳吸附劑9開始解吸附二氧化碳，解吸附出來的二氧化碳進入氣罐12內(nèi)；當(dāng)?shù)谝欢趸紳舛燃八魵鈾z測儀6和第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7的二氧化碳濃度再次相同時說明二氧化碳吸附劑9已經(jīng)完全解吸附，吸附劑實現(xiàn)還原再生。
在步驟1中，所述納米多孔材料為沸石分子篩、活性炭或其組合；所選孔徑為500nm以下。
在步驟2中，所述干燥室2內(nèi)的干燥劑3為無水氯化鈣。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
(1)充分利用納米多孔材料發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積，很少的吸附材料即可實現(xiàn)超強的二氧化碳的吸附能力。
(2)捕集系統(tǒng)相對簡單，吸附劑制備及還原成本低，使得整個系統(tǒng)進行二氧化碳捕集效益高。
(3)吸附劑對二氧化碳有極高選擇性，因此，解吸附出的二氧化碳相對純凈，可用作食品添加劑。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明的二氧化碳捕集系統(tǒng)的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標號說明：
1、第一開關(guān)閥門；2、干燥室；3、干燥劑；4、第二開關(guān)閥門；5、氣泵；6、第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀；7、第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀；8、二氧化碳吸附室；9、二氧化碳吸附劑；10、第三開關(guān)閥門；11、第四開關(guān)閥門；12、氣罐；13、水箱；14、第五開關(guān)閥門；15、氣罐排氣閥門。
具體實施方式
首先對本發(fā)明的中吸附劑的原理做如下說明：
本發(fā)明中吸附劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：
上述反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，其在納米孔的約束下反應(yīng)的進行方向由水分子數(shù)多少決定。當(dāng)水分子較少時(即濕度較低時)，反應(yīng)自由能小于零，反應(yīng)正向自發(fā)進行，生成的氫氧根可以與二氧化碳結(jié)合，吸附二氧化碳。當(dāng)水分子較多時(即高濕度時)，反應(yīng)自由能大于零，反應(yīng)逆向自發(fā)進行，氫氧根減少，二氧化碳解吸附。
下面對實施例中所需用到的附圖作簡要介紹。
參照圖1，一種大規(guī)模二氧化碳捕集系統(tǒng)，包括：用于進行二氧化碳捕集的二氧化碳吸附室8，其兩端分別開有進氣口及出氣口，進氣口及出氣口處分別設(shè)置有第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6和第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7，用于檢測進氣口及出氣口的二氧化碳濃度及濕度；用于對進氣進行干燥、過濾的干燥室2，干燥室2開有進氣口及出氣口，進氣口與大氣相通，出氣口與二氧化碳吸附室8的進氣口連通；用于增加濕度的水箱13，該水箱13有一個進氣管及出氣管，進氣管管口低于液面，出氣管管口高于液面，出氣管與二氧化碳吸附室8進氣口相連；用于儲存解吸附出來的二氧化碳的氣罐12，該氣罐12開有進氣口及出氣口，進氣口與二氧化碳吸附室8出氣口連通，出氣口與水箱13進氣管連通；用于連通各結(jié)構(gòu)的氣體管路，用于為管路內(nèi)氣體流動提供動力的氣泵5，控制管路開關(guān)的閥門以及氣罐12的氣罐排氣閥門15。
所述控制管路開關(guān)的閥門具體為：二氧化碳吸附室8出氣口分為兩條支路，兩條支路分別設(shè)有第三開關(guān)閥門10和第四開關(guān)閥門11，第三開關(guān)閥門10所在支路用于將吸附后的氣體排放入大氣，第四開關(guān)閥門11所在支路與氣罐12及水箱13構(gòu)成回路，用于解吸附循環(huán)；干燥室2的進氣口及出氣口分別設(shè)有第一開關(guān)閥門1和第二開關(guān)閥門4，用于控制氣流是否進入干燥室2以及是否進入二氧化碳吸附室8；水箱13的出氣口設(shè)有第五開關(guān)閥門14，用于控制高濕度氣流是否進入二氧化碳吸附室8。
采用上述二氧化碳捕集系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種二氧化碳捕集方法，包括以下步驟：
二氧化碳捕集過程：打開第一開關(guān)閥門1、第二開關(guān)閥門4和第三開關(guān)閥門10，關(guān)閉第四開關(guān)閥門11、第五開關(guān)閥門14和氣罐排氣閥門15，打開氣泵5，空氣由第一開關(guān)閥門1進入干燥室2，被干燥劑3過濾干燥，去除所含的大部分水分，通過第二開關(guān)閥門4進入二氧化碳吸附室8，干燥后的氣體中所含的二氧化碳在二氧化碳吸附室8內(nèi)被二氧化碳吸附劑9吸附，在二氧化碳吸附室8的進氣口及出氣口分別設(shè)有相同的第一二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀6和第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7，用于檢測進出氣流的濕度及二氧化碳濃度，吸附后的氣體經(jīng)由第三開關(guān)閥門10排入大氣中。當(dāng)?shù)谝欢趸紳舛燃八魵鈾z測儀6的二氧化碳濃度大于第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7的二氧化碳濃度時，說明吸附劑正在吸附二氧化碳，當(dāng)二者二氧化碳濃度相同時，說明吸附劑已經(jīng)飽和，不再吸附二氧化碳。
吸附劑還原及二氧化碳儲存過程：當(dāng)二氧化碳吸附劑9飽和時，關(guān)閉氣泵5，關(guān)閉閥門第一開關(guān)閥門1、第二開關(guān)閥門4和第三開關(guān)閥門10，打開第四開關(guān)閥門11和第五開關(guān)閥門14，重新打開氣泵5，此時構(gòu)成解吸附氣體回路。流經(jīng)水箱13的氣流富含水蒸氣，高濕度氣流經(jīng)第五開關(guān)閥門14進入二氧化碳吸附室8，在高濕度下，二氧化碳吸附劑9開始解吸附二氧化碳，解吸附出來的二氧化碳經(jīng)由第四開關(guān)閥門11進入氣罐12，氣罐12內(nèi)的氣體進入氣箱13構(gòu)成循環(huán)回路。經(jīng)過一定時間的循環(huán)，當(dāng)?shù)谝欢趸紳舛燃八魵鈾z測儀6和第二二氧化碳濃度及水蒸氣檢測儀7的二氧化碳濃度再次相同時，說明二氧化碳吸附劑9吸附的二氧化碳完全解吸附。此時的吸附劑已經(jīng)完全還原再生，可重新用于吸附。解吸附出來的二氧化碳儲存在氣罐12內(nèi)，通過氣罐排氣閥門15可對氣罐12內(nèi)的二氧化碳進行抽離排空。
應(yīng)當(dāng)說明的是，上述具體實施例可根據(jù)實際應(yīng)用進行若干改動。需要指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)該為本發(fā)明的保護范圍。