二氧化碳捕获系统的制作方法

本发明的领域是二氧化碳捕获系统和方法。具体地，本申请涉及用于通过降低从液体或流体溶液中汽提co2所需的过温(over-temperature)而降低碳捕获的成本的系统和方法。

背景技术：

1、目前，作为一种缓解气候变化的方式，需要减少来自工业设施的二氧化碳(co2)排放。在2020年5月，美国国家能源技术实验室(national energy technology laboratory，netl)发布了一份题为“碳捕获技术概要(compendium of carbon capture technology)”的报告(“netl报告”)，该报告概述了可用的技术。目前，大部分商业co2捕获系统首先将co2吸收到吸收剂比如胺溶液或碱性固体中。然后，使用水蒸气或其他热源从吸附剂中汽提(strip)(即解吸)co2。

2、目前，热量或水蒸气的成本是该过程的主要开支，因此需要减少该过程所需的昂贵热量或水蒸气的量。

3、在实验上，通常需要向该过程提供与在平衡时所需的热量相比更多的热量。大部分汽提过程在与基于平衡所需的温度相比更高的温度工作。例如，即使移除足够的co2所需的平衡温度仅为80℃，用于从含有3m n,n-二乙基乙醇胺(deea)/2m n-甲基-1,3-丙二胺(mapa)的溶液中移除co2的汽提单元中的锅炉也可能在115-125℃工作。过高的温度被称为“过温”，并且表示浪费的能量。更高的温度的使用还导致水和胺的更大蒸发，由此进一步增加进行co2汽提所需的热量。更高的温度还将可用废热源的使用仅限于废热处于足够高的温度以供使用的那些。

4、在过去，大部分研究人员已经假设co2汽提的速率受诸如下式在内的各种化学反应的速率限制：

5、h2co3→co2+h2o

6、如netl报告中所述，这导致共同努力寻找具有改善的动力学的胺混合物。还已经尝试了催化剂。然而，仍需要显著的过温。

技术实现思路

1、本申请的系统降低了捕获和富集co2所需的过温。本申请的系统包括提高co2气泡成核的结构。具体地，所述系统包括：

2、捕获单元，所述捕获单元能够将co2吸附或吸收到流体流中；

3、汽提单元，所述汽提单元能够从所述流体流中移除co2；

4、其中所述系统包括以下各项中的至少一项：

5、(a)在所述流体流内的固体粒子，所述固体粒子包含以下各项中的至少一项：

6、(i)直径为0.1至100微米的孔隙；

7、(ii)最小开口宽度为0.1至100微米的裂缝；

8、(iii)最小开口为0.1至100微米的裂纹；

9、(b)在所述汽提单元内的固体粒子，所述固体粒子包含以下各项中的至少一项：

10、(i)直径为0.1至100微米的孔隙；

11、(ii)最小开口宽度为0.1至100微米的裂缝；

12、(iii)最小开口为0.1至100微米的裂纹；

13、(c)在所述汽提单元内的固体表面，所述固体表面包含以下各项中的至少一项：

14、(i)直径为0.1至100微米的孔隙；

15、(ii)最小开口宽度为0.1至100微米的裂缝；

16、(iii)最小开口为0.1至100微米的裂纹；

17、(iv)直径为0.1至100微米的疏水性材料岛状物。

18、在一些优选的实施方案中，所述孔隙、裂缝、裂纹、岛状物为1至100微米。在一些优选的实施方案中，所述孔隙、裂缝、裂纹、岛状物为1至20微米。在一些优选的实施方案中，所述孔隙、裂缝、裂纹、岛状物为2至10微米。

19、在一些优选的实施方案中，所述孔隙、裂纹或裂缝中的至少一种是疏水性的。

20、在一些优选的实施方案中，所述固体粒子的密度大于或等于所述流体的密度。

21、在一些优选的实施方案中，所述固体粒子的密度大于或等于1.2。在一些优选的实施方案中，所述固体粒子的密度大于或等于1.5。在一些优选的实施方案中，所述固体粒子的密度大于或等于1.8。

22、在一些优选的实施方案中，所述粒子包括以下各项中的至少一项：氧化铝、碳化硅、碳酸钙、硫酸钙、瓷和碳，更优选地包括多孔碳或硫酸钙。

23、在一些优选的实施方案中，所述粒子包括疏水性聚合物。在一些优选的实施方案中，所述疏水性聚合物为以下各项中的至少一项：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基吡啶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯(ptfe)。在一些更优选的实施方案中，所述疏水性聚合物为ptfe。

24、在一些优选的实施方案中，所述岛状物包括以下各项中的至少一项：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基吡啶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚偏二氟乙烯和ptfe。

25、在一些优选的实施方案中，所述流体流包含一种或多种胺。包含叔胺的制剂是优选的，比如包含以下各项中的至少一项的制剂：哌嗪(pz)、n-甲基-1,3-丙二胺(mapa)、一乙醇胺(mea)和二乙醇胺(dea)。

26、在一些优选的实施方案中，叔胺包括以下各项中的至少一项：n-甲基二乙醇胺(mdea)、2-(二甲基氨基)乙醇(dmae)、n-叔丁基二乙醇胺(tbdea)、3-二甲基氨基-1-丙醇(dma-1p)、3-(二甲基氨基)-1,2-丙二醇(dma-1,2-pd)、2-二乙基乙醇胺(deea)、3-二乙基氨基-1,2-丙二醇(dea-1,2-pd)、3-二乙基氨基-1-丙醇(dea-1p)、三乙醇胺(tea)、1-二甲基氨基-2-丙醇(dma-2p)、1-(2-羟基乙基)吡咯烷(1-(2he)prld)、1-二乙基氨基-2-丙醇(dea-2p)、3-吡咯烷基-1,2-丙二醇(prld-1,2-pd)、2-(二异丙基氨基)乙醇(dipae)、1-(2-羟基乙基)哌啶(1-(2he)pp)、2-(二甲基氨基)-2-甲基-1-丙醇(dma-2m-1p)、3-哌啶基-1,2-丙二醇(3pp-1,2-pd)、3-二甲基氨基-2,2-二甲基-1-丙醇(dma-2,2-dm-1p)、3-羟基-1-甲基哌啶(3h-1mpp)、n-乙基二乙醇胺(edea)、1-乙基-3-羟基哌啶(1e-3hpp)、4-乙基-甲基-氨基-2-丁醇(4ema-2b)、n-异丙基二乙醇胺(ipdea)和1-甲基-2-哌啶乙醇(1m-2ppe)，最优选地包括deea。

27、在一些优选的实施方案中，所述流体流为液体。

技术特征：

1.一种用于捕获和富集co2的系统，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述孔隙、裂纹和裂缝中的至少一种是疏水性的。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述粒子包括以下各项中的至少一项：氧化铝、碳化硅、碳酸钙、硫酸钙、瓷和碳。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述粒子包括疏水性聚合物。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述疏水性聚合物为以下各项中的至少一项：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基吡啶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述粒子包括硫酸钙。

7.根据权利要求3所述的系统，其中所述粒子包括多孔碳。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述岛状物包括疏水性聚合物。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述疏水性聚合物包括以下各项中的至少一项：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基吡啶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体包括胺。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述胺为叔胺。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述流体包括以下各项中的至少一项：哌嗪(pz)、n-甲基-1,3-丙二胺(mapa)、一乙醇胺(mea)和二乙醇胺(dea)。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述流体包括以下各项中的至少一项：n-甲基二乙醇胺(mdea)、2-(二甲基氨基)乙醇(dmae)、n-叔丁基二乙醇胺(tbdea)、3-二甲基氨基-1-丙醇(dma-1p)、3-(二甲基氨基)-1,2-丙二醇(dma-1,2-pd)、2-二乙基乙醇胺(deea)、3-二乙基氨基-1,2-丙二醇(dea-1,2-pd)、3-二乙基氨基-1-丙醇(dea-1p)、三乙醇胺(tea)、1-二甲基氨基-2-丙醇(dma-2p)、1-(2-羟基乙基)吡咯烷(1-(2he)prld)、1-二乙基氨基-2-丙醇(dea-2p)、3-吡咯烷基-1,2-丙二醇(prld-1,2-pd)、2-(二异丙基氨基)乙醇(dipae)、1-(2-羟基乙基)哌啶(1-(2he)pp)、2-(二甲基氨基)-2-甲基-1-丙醇(dma-2m-1p)、3-哌啶基-1,2-丙二醇(3pp-1,2-pd)、3-二甲基氨基-2,2-二甲基-1-丙醇(dma-2,2-dm-1p)、3-羟基-1-甲基哌啶(3h-1mpp)、n-乙基二乙醇胺(edea)、1-乙基-3-羟基哌啶(1e-3hpp)、4-乙基-甲基-氨基-2-丁醇(4ema-2b)、n-异丙基二乙醇胺(ipdea)和1-甲基-2-哌啶乙醇(1m-2ppe)。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述流体包括deea。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体为液体。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述固体粒子的密度大于或等于所述流体的密度。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述固体粒子的密度大于或等于1.2。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述固体粒子的密度大于或等于1.5。

19.根据权利要求1所述的系统，其中所述固体粒子的密度大于或等于1.8。

20.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述孔隙的所述直径为1至100微米。

21.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述孔隙的所述直径为1至20微米。

22.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述孔隙的所述直径为2至10微米。

23.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述裂缝的所述最小开口宽度为1至100微米。

24.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述裂缝的所述最小开口宽度为1至20微米。

25.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述裂缝的所述最小开口宽度为2至10微米。

26.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述裂纹的所述最小开口为1至100微米。

27.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述裂纹的所述最小开口为1至20微米。

28.根据权利要求1所述的系统，其中在所述流体流内的所述固体粒子的所述裂纹的所述最小开口为2至10微米。

29.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述孔隙的所述直径为1至100微米。

30.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述孔隙的所述直径为1至20微米。

31.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述孔隙的所述直径为2至10微米。

32.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述裂缝的所述最小开口宽度为1至100微米。

33.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述裂缝的所述最小开口宽度为1至20微米。

34.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述裂缝的所述最小开口宽度为2至10微米。

35.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述裂纹的所述最小开口为1至100微米。

36.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述裂纹的所述最小开口为1至20微米。

37.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体粒子的所述裂纹的所述最小开口为2至10微米。

38.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述孔隙的所述直径为1至100微米。

39.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述孔隙的所述直径为1至20微米。

40.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述孔隙的所述直径为2至10微米。

41.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述裂缝的所述最小开口宽度为1至100微米。

42.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述裂缝的所述最小开口宽度为1至20微米。

43.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述裂缝的所述最小开口宽度为2至10微米。

44.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述裂纹的所述最小开口为1至100微米。

45.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述裂纹的所述最小开口为1至20微米。

46.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的所述裂纹的所述最小开口为2至10微米。

47.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的疏水性材料岛状物的所述直径为1至100微米。

48.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的疏水性材料岛状物的所述直径为1至20微米。

49.根据权利要求1所述的系统，其中在所述汽提单元内的所述固体表面的疏水性材料岛状物的所述直径为2至10微米。

50.一种用于捕获和富集co2的系统。

51.一种用于捕获和富集co2的方法。

技术总结
本申请的系统通过降低从液体或流体溶液中汽提CO<subgt;2</subgt;所需的过高温度而降低了碳捕获的成本。该系统包括提高CO<subgt;2</subgt;气泡成核的速率的结构。

技术研发人员：理查德·I·马塞勒,杨宏洲
受保护的技术使用者：氢涞新能源科技（美国）公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24