【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、捕获分散的温室气体(ghg)是减缓ghg排放的多样化技术组合的重要组成部分。美国每年排放的5.2千兆吨(gt)co2中的大部分是从分布源(例如，从小点源或一些运输源)相对少量释放的。对于这种排放，点源捕获可能是不可行的。在这些情况下，捕获分散的co2是用于实现全经济范围净零排放的一种交叉且互补的方法。
2、工业直接空气捕获系统(dac)是可用的，例如，climeworks多孔吸附剂系统(spiteri等人，专利申请no.us20200061519)和carbon engineering的围绕能够每年产生1mmt或更多co2的koh-caco3工艺进行的设计(keith等人，2018年，joule 2(8)：1573-1594)。与大多数当前的dac系统一样，co2回收过程涉及引入热量(fasihi等人，2019年，j.clean.prod.224：957-980)。在基于吸附剂的系统中，最显著的能量损失发生自吸附剂和热交换材料和结构支撑物的相关质量的循环加热和冷却。kulkarni和sholl 2012，ind.eng.chem.res.51(25)：8631-8645估计到典型的变温吸附(tsa)dac系统的第二定律效率为7.4％，其利用更高容量的吸附剂可被提高到约11.6％。根据keith等人(2018年)针对碳工程设计提供的详细热力学分析，得出第二定律效率为8.3％，其包括将co2压缩至150巴。然而，这一估计并不包括供应在该过程中每生产一吨co2所消耗的4.7吨水的总能源(或环境)成本。事实上
3、一种可能的替代方法是湿气或变湿dac工艺。在变湿吸附(msa)中，暴露于高相对湿度导致水分取代在干燥条件下已被吸附的co2(he等人，2013energ.environ.sci.6(2)：488-493，杨等人，2018，chem.comm.54(39)：4915-4918)。理论上，该工艺消除了严重限制tsa设计中的热力学效率的传热要求。然而，在已发表的几篇关于dac的msa系统的论文(wang2011，45(15)：6670-6675，shi 2020，angew.chem.int.edit.59(18)：6984-7006)中，循环中关键的水管理就下列内容几乎未受到关注，即，每产生一摩尔co2所消耗的近5摩尔的清洁水(wang等人，2013，phys.chem.chem.phys.15(2)：504-514)或在msa循环过程中大量水的吸附/解吸对传热的影响。
技术实现思路
1、本文公开了一种装置，包括：
2、(a)大气水分提取单元；以及
3、(b)直接空气捕获单元，该直接空气捕获单元被定位在大气水分提取单元的下游并与之连通，
4、其中，该装置能够可逆地在以下模式下运行：(i)吸附模式，用于从进入的空气流中吸附水分和co2；以及(ii)再生模式，用于释放所吸附的水分和co2，
5、其中，大气水分提取单元包括第一干燥剂床，该第一干燥剂床包括吸附剂，该吸附剂在吸附模式期间从进入的空气流中吸附水分，并在再生模式期间释放水分，以及
6、其中，直接空气捕获单元包括第一水分响应型co2吸附剂床，该第一水分响应型co2吸附剂床包括吸附剂，该吸附剂在吸附模式期间从空气流中吸附co2，并在再生模式期间一旦与水蒸汽接触就释放co2。
7、本文还公开了一种方法，该方法包括在以下模式下运行本文中公开的装置：(a)吸附模式，用于从第一空气流中去除水分和co2；以及(b)再生模式，用于释放所吸附的水分和co2，
8、其中，吸附模式包括：
9、(a)使第一空气流与第一干燥剂床接触，以降低该流的含水量，并产生具有相对于第一空气流降低的含水量的第二空气流；
10、(b)使第二空气流与第一水分响应型co2吸附剂床接触，以降低该流的co2含量并从该床中释放水分，从而产生第三流，该第三流具有相对于第一空气流和第二空气流降低的co2含量，并且第三流的含水量高于第二流的含水量但低于第一流的含水量；以及
11、(c)将第三流排放到环境大气中；以及
12、其中，该再生模式包括：
13、(a)释放由第一干燥剂床吸附的水分，以产生水蒸汽流；
14、(b)使水蒸汽流与第一水分响应型co2吸附剂床接触，以释放由该床吸附的co2，并从水蒸汽流中吸附水分，从而产生包含水蒸汽和co2的排放流；以及
15、(c)使排放流通过一个或多个冷凝器和压缩机，以产生(i)液态水冷凝物排放和(ii)co2流。
16、从下面参照附图进行的详细描述中，前述内容将变得更加明白。
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1.一种装置，包括：
2.如权利要求1所述的装置，其中：
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一干燥剂床被热耦合到所述第二干燥剂床。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述大气水分提取单元和所述直接空气捕获单元被配置成使得在所述吸附模式期间被所述第一干燥剂床吸附的水分在所述再生模式期间被释放并且接触所述第一水分响应型CO2吸附剂床，以释放所吸附的CO2。
5.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一序列和所述第二序列被配置成使得在所述吸附模式期间由所述第一干燥剂床或所述第二干燥剂床吸附的水分在所述再生模式期间被释放并且接触所述第一水分响应型CO2吸附剂床或所述第二水分响应型CO2吸附剂床，以释放所吸附的CO2。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括第一回收干燥剂床，所述第一回收干燥剂床被布置在所述第一水分响应型CO2吸附剂床的下游并与所述第一水分响应型CO2吸附剂床连通。
7.如权利要求2所述的装置，其中，所述装置还包括：第一回收干燥剂床，所述第一回收干燥剂床被布置在所述第一水分响应型CO2吸附
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
9.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一干燥剂床和所述第二干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述纳米结构化多孔材料包括金属有机框架材料。
11.如权利要求10的所述装置，其中，所述金属有机框架材料选自由Fe-MIL-100、MOF-303、MOF-801、MOF-841及其组合构成的组。
12.如权利要求6所述的装置，其中，所述第一回收干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
13.如权利要求7所述的装置，其中，所述第一回收干燥剂床和所述第二回收干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
14.如权利要求12或13所述的装置，其中，所述纳米结构化多孔材料包括金属有机框架材料。
15.如权利要求12所述的装置，其中，所述金属有机框架材料选自由Fe-MIL-100、MOF-303、MOF-801、MOF-841及其组合构成的组。
16.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一水分响应型CO2吸附剂床包括被利用季铵基团官能化的多孔碳材料。
17.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一水分响应型CO2吸附剂床和所述第二水分响应型CO2吸附剂床包括被利用季铵基团官能化的多孔碳材料。
18.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一序列和所述第二序列被相对于彼此密封。
19.如权利要求3所述的装置，其中，至少一根传热管将所述第一干燥剂床热耦合至所述第二干燥剂床。
20.如权利要求2所述的装置，其中，所述装置还包括交替地与所述第一干燥剂床和所述第二干燥剂床连通的真空源。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述装置还包括CO2压缩机，所述CO2压缩机交替地与所述第一水分响应型CO2吸附剂床和所述第二水分响应型CO2吸附剂床连通。
22.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：冷凝器，所述冷凝器被定位在所述第一水分响应型CO2吸附剂床的下游并与所述第一水分响应型CO2吸附剂床连通；真空泵，所述真空泵被定位在所述冷凝器的下游并与所述冷凝器连通；以及CO2压缩机，所述CO2压缩机被定位在所述真空泵的下游并与所述真空泵连通。
23.一种方法，包括在以下模式下运行如权利要求1或权利要求2所述的装置：(A)吸附模式，用于从第一空气流中去除水分和CO2；以及(B)再生模式，用于释放所吸附的水分和CO2，
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述装置还包括第一回收干燥剂床，所述第一回收干燥剂床被布置在所述第一水分响应型CO2吸附剂床的下游...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种装置，包括：
2.如权利要求1所述的装置，其中：
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一干燥剂床被热耦合到所述第二干燥剂床。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述大气水分提取单元和所述直接空气捕获单元被配置成使得在所述吸附模式期间被所述第一干燥剂床吸附的水分在所述再生模式期间被释放并且接触所述第一水分响应型co2吸附剂床，以释放所吸附的co2。
5.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一序列和所述第二序列被配置成使得在所述吸附模式期间由所述第一干燥剂床或所述第二干燥剂床吸附的水分在所述再生模式期间被释放并且接触所述第一水分响应型co2吸附剂床或所述第二水分响应型co2吸附剂床，以释放所吸附的co2。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括第一回收干燥剂床，所述第一回收干燥剂床被布置在所述第一水分响应型co2吸附剂床的下游并与所述第一水分响应型co2吸附剂床连通。
7.如权利要求2所述的装置，其中，所述装置还包括：第一回收干燥剂床，所述第一回收干燥剂床被布置在所述第一水分响应型co2吸附剂床的下游并与所述第一水分响应型co2吸附剂床连通；以及第二回收干燥剂床，所述第二回收干燥剂床被布置在所述第二水分响应型co2吸附剂床的下游并与所述第二水分响应型co2吸附剂床连通。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
9.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一干燥剂床和所述第二干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述纳米结构化多孔材料包括金属有机框架材料。
11.如权利要求10的所述装置，其中，所述金属有机框架材料选自由fe-mil-100、mof-303、mof-801、mof-841及其组合构成的组。
12.如权利要求6所述的装置，其中，所述第一回收干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结构多孔材料在第一压力下从空气流中吸附水分，并且在经受第二压力时释放水分，其中，所述第二压力低于所述第一压力。
13.如权利要求7所述的装置，其中，所述第一回收干燥剂床和所述第二回收干燥剂床包括纳米结构多孔材料，所述纳米结...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·P·麦格拉伊，R·K·莫特库里，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究院，
类型：发明
国别省市：
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