本文所描述的主題涉及用于直接空氣捕獲的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、直接空氣捕獲(dac)，一種直接從大氣中捕獲co2的方法，是減輕人為溫室氣體排放的若干種手段中的一種手段。dac的優(yōu)點(diǎn)在于，它可處理分布式源(例如，汽車、飛機(jī))的排放，而不是附接到特定的發(fā)射源諸如特定的工廠。

2、dac的主要挑戰(zhàn)是低成本、高效率的空氣接觸。當(dāng)前dac過程的挑戰(zhàn)包括提供具有處理巨大體積流量的充滿二氧化碳的空氣的能力的系統(tǒng)，以及用于以可接受的成本提供用于再生的能量的裝置。

3、較老的dac系統(tǒng)依靠連接的吸附器面板(呈“序列”)在不連續(xù)的過程中圍繞橢圓形軌道機(jī)械移動并沿該相同軌道進(jìn)入單區(qū)域再生腔室。這需要(i)需要移動大量的質(zhì)量(不連續(xù)地)，(ii)相對復(fù)雜的移動系統(tǒng)，以及(iii)僅具有在其內(nèi)跨延長的時段執(zhí)行寬范圍的解吸功能的單區(qū)域的再生箱。需要提供具有足夠簡化的設(shè)計(jì)以允許在可靠且可重復(fù)的基礎(chǔ)上捕獲二氧化碳并且既節(jié)省成本又可縮放的dac系統(tǒng)。此外，需要使與面板的機(jī)械移動相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)最小化并且還改善所述單體面板的再生的過程連續(xù)性和效率的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提供簡化且可縮放的直接空氣捕獲(dac)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從空氣或氣體中捕獲co2并將產(chǎn)生純度>95％的co2產(chǎn)物。本發(fā)明的系統(tǒng)將導(dǎo)致dac的成本降低。

2、在許多實(shí)施方案中，描述了被設(shè)計(jì)成減少從空氣和含有二氧化碳的氣體中捕獲co2的成本以及與捕獲過程相關(guān)聯(lián)的能量負(fù)擔(dān)的先進(jìn)dac過程。該過程包括單獨(dú)吸附器面板(每個面板具有多個吸附器單元，該多個吸附器單元可以是單體或替代性構(gòu)型)在空氣流中、在單個平面中、或替代性地在多于一個平面中與一個或多個早期生成過程相比簡化的、連續(xù)的移動，該一個或多個早期生成過程要求連接的吸附器面板以不連續(xù)的方式圍繞橢圓形結(jié)構(gòu)的相當(dāng)復(fù)雜的移動。預(yù)期在空氣流中(以及在某些實(shí)施方案中，在再生區(qū)域中)使用連續(xù)地移動的單獨(dú)吸附器面板基本上消除了啟動和停止連接的面板所需的相對復(fù)雜性—從而消除了移動具有顯著慣性的大量的質(zhì)量的需要，并顯著降低了工廠的總體機(jī)械和過程風(fēng)險(xiǎn)。此外，吸附器面板的機(jī)械移動的復(fù)雜性降低使得基板和吸附劑的構(gòu)型和總體積具有更大的靈活性，從而顯著提高系統(tǒng)的吞吐量。這些優(yōu)點(diǎn)將導(dǎo)致更大的工廠可靠性、改進(jìn)的可縮放性、以及較低的每單位吞吐量的資本費(fèi)用。在以下描述中，短語“連續(xù)地移動”或“連續(xù)的移動”可指一個或多個面板以基本恒定的速度移動。

3、在許多實(shí)施方案中，還描述了用于捕獲二氧化碳的移動系統(tǒng)。因此，本文所述的過程或方法的實(shí)踐可通過一種或多種類型的設(shè)備來進(jìn)行，并且應(yīng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。該上下文中術(shù)語“過程”的使用意指包括術(shù)語“方法”或與術(shù)語“方法”同義。

4、該系統(tǒng)和過程利用單獨(dú)吸附器面板的簡化移動，由此代替連接的吸附器面板以不連續(xù)的方式圍繞橢圓形的機(jī)械移動，此類面板在空氣流中單獨(dú)地、連續(xù)地、跨單個平面(或替代性地在多于一個平面中)移動以用于執(zhí)行該過程和捕獲二氧化碳。

5、此外，該過程將碳捕獲階段所需的面板移動與再生階段所需的面板移動分開，從而提供更大的靈活性以優(yōu)化再生箱和該箱內(nèi)的區(qū)域的大小(而不以任何方式影響空氣流內(nèi)的關(guān)鍵碳捕獲步驟)。與使用僅具有單個多功能區(qū)域的再生箱進(jìn)行整個解吸過程的一個或多個早期生成過程相比，這允許當(dāng)前設(shè)計(jì)和方法利用具有多個單獨(dú)區(qū)域的再生箱進(jìn)行二氧化碳解吸所需的各種步驟。預(yù)期對于再生過程的不同步驟使用多個區(qū)域帶來許多益處，包括(i)使每個區(qū)域更高效地專用于特定功能(移除空氣，預(yù)熱，解吸c(diǎn)o2，冷卻吸附器)的能力，和(ii)氣體流的更大連續(xù)性。此外，通過同時再生多個面板，這與單個面板、單區(qū)域再生箱系統(tǒng)相比提高了容量。這些優(yōu)點(diǎn)將導(dǎo)致較低的能量需求、改進(jìn)的可縮放性、以及較低的每單位吞吐量的操作和資本費(fèi)用。

技術(shù)特征：

1.一種用于從環(huán)境空氣中移除二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為連續(xù)地移動通過所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)的至少一部分以及通過所述至少一個再生單元的至少一部分。

3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為連續(xù)地移動通過所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)的所有部分以及通過所述至少一個再生單元的所有部分。

4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個氧氣清除部段包括可密封腔室，其中所述至少一個co2解吸部段包括解吸腔室、氣體入口和氣體出口，并且其中所述至少一個干燥/冷卻部段包括干燥/冷卻腔室、第一干燥/冷卻入口和第一干燥/冷卻出口。

5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為移動通過所述解吸腔室，并且氣體被配置為從所述氣體入口流向所述氣體出口，使得所述氣體在接觸解吸較少的吸附器面板之前首先接觸解吸較多的吸附器面板。

6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為移動通過所述至少一個再生單元的多個部段，并且其中所述至少一個再生單元的一個或多個部段被配置為提供一種或多種氣體相對于所述多個吸附器面板在所述部段內(nèi)的行進(jìn)方向的逆流流動。

7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為從所述至少一個氧氣清除部段朝向所述至少一個干燥/冷卻部段在第一方向上移動通過所述至少一個再生單元的多個部段，并且其中，在所述至少一個再生單元的所述多個部段中的每個部段中，所述部段被配置為促使一種或多種氣體在與所述第一方向相反的第二方向上流動通過所述部段。

8.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為連續(xù)地移動通過所述co2解吸部段中的多個腔室中的每個腔室。

9.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為連續(xù)地移動通過所述co2解吸部段的所述可密封腔室。

10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板包括第一吸附器面板和第二吸附器面板，其中所述第一吸附器面板和所述第二吸附器面板被配置為在至少所述第一吸附器面板的一部分或所述第二吸附器面板的一部分在所述解吸腔室外部的同時連續(xù)地移動通過所述解吸腔室。

11.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個co2解吸部段還包括附加解吸腔室和介于所述解吸腔室與所述附加解吸腔室之間的集氣室，其中所述集氣室被配置為允許來自所述附加解吸腔室的蒸汽流入所述解吸腔室。

12.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個干燥/冷卻部段的所述第一干燥/冷卻入口與惰性氣體源連通。

13.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述氣體入口連接到蒸汽源。

14.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括第一門、第二門、第三門和第四門，其中所述第一門位于所述至少一個氧氣清除部段的第一端部處，所述第二門位于所述至少一個氧氣清除部段與所述至少一個co2解吸部段之間，并且所述第三門位于所述至少一個co2解吸部段與所述至少一個干燥/冷卻部段之間，并且所述第四門位于所述至少一個干燥/冷卻部段的端部處。

15.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個氧氣清除部段的所述第一出口連接到真空源。

16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板被配置為周期性地移動通過所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)的至少一部分以及/或者通過所述至少一個再生單元的至少一部分。

17.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個干燥/冷卻部段的所述第一干燥/冷卻出口連接到真空源。

18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括兩個吸附器結(jié)構(gòu)和兩個再生單元，其中所述兩個再生單元位于所述兩個吸附器結(jié)構(gòu)之間。

19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述吸附器結(jié)構(gòu)還包括預(yù)熱器，所述預(yù)熱器被配置為在所述空氣由所述至少一個風(fēng)扇循環(huán)通過所述一部分面板之前加熱所述空氣。

20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括被配置為將所述多個吸附器面板運(yùn)輸進(jìn)入、通過和離開所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)和所述至少一個再生單元的多個軌道。

21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)中的所述多個軌道包括第一軌道和第二軌道，所述第一軌道和所述第二軌道各自在縱向方向上延伸進(jìn)入、通過和離開所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)，并且其中所述系統(tǒng)還包括至少一個側(cè)向轉(zhuǎn)移單元，所述至少一個側(cè)向轉(zhuǎn)移單元被配置為將至少一個面板從所述第一軌道移動到所述第二軌道。

22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括介于所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)與所述至少一個側(cè)向轉(zhuǎn)移單元之間的至少一個等待區(qū)域。

23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個再生單元位于所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)的第一端部處，并且至少一個側(cè)向轉(zhuǎn)移部段位于所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)的第二端部處。

24.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述第一軌道基本上平行于所述第二軌道。

25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括被配置為將所述多個吸附器面板運(yùn)輸進(jìn)入、通過和離開所述至少一個再生單元的多個軌道。

26.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板在所述至少一個再生單元中水平地取向。

27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括被配置為將所述多個吸附器面板運(yùn)輸進(jìn)入、通過和離開所述至少一個吸附器結(jié)構(gòu)和所述至少一個再生單元的多個軌道，并且其中水平地取向的所述多個吸附器面板中的每個吸附器面板在包括至少兩個導(dǎo)軌的軌道上運(yùn)輸。

28.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板在所述至少一個再生單元中豎直地取向。

29.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述再生單元還包括預(yù)熱部段，所述預(yù)熱部段包括連接到受熱氣體源的預(yù)熱入口。

30.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板中的每個面板包括由支撐結(jié)構(gòu)保持在一起的多個單體陣列，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括第一豎直支撐件和第二豎直支撐件以及聯(lián)接到所述第一豎直支撐件和所述第二豎直支撐件的網(wǎng)，其中所述網(wǎng)的平面垂直于所述第一豎直支撐件或所述第二豎直支撐件的平面，并且其中所述網(wǎng)還包括被配置為接收所述多個單體陣列中的陣列的開口。

31.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板中的每個面板包括由支撐結(jié)構(gòu)保持在一起的多個單體陣列，其中所述系統(tǒng)還包括多個密封支柱，并且其中所述多個密封支柱中的密封支柱位于所述多個單體陣列中的相鄰單體陣列之間。

32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括密封表面，其中所述密封表面聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)，其中所述密封表面被配置為與所述多個密封支柱中的至少一個密封支柱接觸。

33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述密封表面是靜止塊，并且所述多個單體陣列被配置為相對于密封塊移動。

34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述密封表面包括第一端部處的第一開口和第二端部處的第二開口，其中所述開口被配置為允許氣體流動經(jīng)過或通過所述多個單體陣列的容納在由所述密封表面和與所述密封塊接觸的所述至少一個密封支柱限定的空間內(nèi)的一部分。

35.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述密封表面包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分與所述多個密封支柱中在所述多個吸附器面板中的面板的第一面上的至少一個密封支柱接觸，并且其中所述第二部分與所述多個密封支柱中在所述多個吸附器面板中的所述面板的第二面上的至少一個密封支柱接觸。

36.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述密封表面包括多個密封件，其中所述多個密封件中的每個密封件與所述多個吸附器面板中的面板的單個面接觸。

37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述多個密封件包括至少兩個密封件，并且其中所述至少兩個密封件中的至少一個密封件與所述多個吸附器面板中的所述面板的第一面接觸，并且所述至少兩個密封件中的另一個密封件與所述多個吸附器面板中的所述面板的第二面接觸，其中所述第二面與所述第一面相反。

38.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板中的每個面板包括由支撐結(jié)構(gòu)保持在一起的多個單體陣列，其中所述系統(tǒng)還包括位于所述多個單體陣列與所述支撐結(jié)構(gòu)之間的可變形密封劑，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括框架和至少一個密封支柱，并且其中所述框架和所述密封支柱具有公共平面內(nèi)的表面。

39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述密封劑位于所述多個單體陣列中的各個單體陣列之間。

40.一種直接空氣捕獲的方法，所述方法包括以下步驟：

41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中封閉在所述co2解吸部段中的所述至少一個面板包括至少第一面板和第二面板，其中所述第一面板在所述第二面板之前進(jìn)入所述解吸部段，并且其中使解吸氣體流動通過所述解吸部段，使得所述解吸氣體首先接觸所述第一面板并且然后接觸所述第二面板。

42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中通過向所述第二腔室中的所述至少一個面板施加蒸汽來從所述第二腔室收獲所述co2。

43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述至少一個面板具有第一面和第二面，并且其中所施加的蒸汽流以蜿蜒方式或以螺旋形方式從所述第一面橫向地流動通過所述至少一個面板到所述第二面并且返回一次或多次。

44.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述至少一個面板具有第一面和第二面，并且其中當(dāng)所述至少一個面板移動通過所述第一腔室、所述第二腔室和/或所述第三腔室時，一種或多種氣體的一個或多個氣流以蜿蜒方式或以螺旋形方式從所述第一面橫向地流動通過所述至少一個面板到所述第二面并且返回一次或多次。

45.如權(quán)利要求40所述的方法，所述方法還包括在空氣循環(huán)通過多個吸附器面板之前加熱所述空氣的步驟。

46.如權(quán)利要求40所述的方法，所述方法還包括以下步驟：

47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中冷卻和/或干燥所述第四腔室中的所述至少一個面板的步驟包括使冷卻氣體循環(huán)通過所述第四腔室中的所述至少一個面板。

48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中冷卻和/或干燥所述第三腔室中的所述至少一個面板的步驟包括使離開所述第四腔室的所述氣體循環(huán)進(jìn)入所述第三腔室。

49.如權(quán)利要求48所述的方法，所述方法還包括加熱離開所述第四腔室的所述氣體并使所加熱的氣體循環(huán)進(jìn)入所述第三腔室。

50.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述多個吸附器面板沿著所述吸附器結(jié)構(gòu)中的多個軌道移動。

51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述多個軌道包括第一軌道和第二軌道，并且其中所述第一軌道平行于所述第二軌道，并且其中所述多個吸附器面板經(jīng)由側(cè)向轉(zhuǎn)移部段從所述第一軌道移動到所述第二軌道。

52.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述多個吸附器面板在所述至少一個再生單元中水平地取向。

53.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述多個吸附器面板中的每個面板包括由支撐結(jié)構(gòu)保持在一起的多個單體陣列。

54.如權(quán)利要求53所述的方法，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括豎直部件和水平部件，其中所述豎直部件被配置為位于所述多個單體陣列中的相鄰陣列之間，并且其中所述水平部件被配置為位于所述多個單體陣列中的陣列的底表面下方。

55.如權(quán)利要求53所述的方法，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括第一豎直支撐件和第二豎直支撐件以及聯(lián)接到所述第一豎直支撐件和所述第二豎直支撐件的網(wǎng)，其中所述網(wǎng)的平面垂直于所述第一豎直支撐件或所述第二豎直支撐件的平面，其中所述網(wǎng)還包括被配置為支撐所述多個單體陣列中的陣列的開口。

56.如權(quán)利要求53所述的方法，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：

57.一種用于解吸c(diǎn)o2的再生單元，包括：

58.如權(quán)利要求57所述的單元，其中所述氣體在與所述第一方向基本相反的方向上從所述氣體入口流動到所述氣體出口，使得所述氣體在接觸解吸較少的面板之前首先接觸解吸較多的面板。

59.如權(quán)利要求57所述的單元，其中所述單元還包括位于所述第一壁上或所述第二壁上的至少一個集氣室，其中位于所述第一壁上或所述第二壁上的所述至少一個集氣室被配置為接收來自所述第二流動路徑的所述氣體流并且使所述氣體流在第三流動路徑中通過所述至少一個面板的所述面流動到所述第二壁上的所述至少一個集氣室。

60.如權(quán)利要求57所述的單元，其中所述至少一個軌道的所述第一方向垂直于所述第一流動路徑的方向。

61.一種用于從環(huán)境空氣中移除二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

62.如權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，其中所述熱泵包括：

63.如權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，其中：

64.如權(quán)利要求63所述的系統(tǒng)，其中所述熱泵還包括聯(lián)接到所述至少一個再生單元的干燥/冷卻部段的第二冷凝器，其中輸出的氣體蒸氣從所述干燥/冷卻部段流到所述第二冷凝器，并且其中所述第二冷凝器被配置為冷凝所述氣體蒸氣的一部分以向所述鍋爐輸出液態(tài)水，以在低于所述第一制冷劑壓力的第二制冷劑壓力下將熱量轉(zhuǎn)移到所述制冷劑，并且輸出所述制冷劑的蒸氣形式。

65.一種用于從吸附器面板解吸c(diǎn)o2的單元，所述單元包括解吸腔室，多個吸附器面板移動通過所述解吸腔室，并且解吸氣體流動通過所述解吸腔室，使得所述解吸氣體在接觸所述多個吸附器面板中較少解吸的一個面板之前首先接觸所述多個吸附器面板中較多解吸的另一個面板。

66.一種用于從環(huán)境空氣中移除二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

67.如權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板包括第一吸附器面板和第二吸附器面板，其中所述第一吸附器面板和所述第二吸附器面板被配置為在至少所述第一吸附器面板的一部分或所述第二吸附器面板的一部分在所述co2解吸腔室外部的同時連續(xù)地移動通過所述co2解吸腔室。

68.如權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述多個吸附器面板中的每個面板包括保持在一起的多個陣列、和多個密封支柱，其中所述多個密封支柱中的密封支柱位于所述多個陣列中的相鄰陣列之間，并且其中所述多個密封支柱中的所述密封支柱提供用于接合一個或多個密封件以防止氣體在所述相鄰陣列之間移動的連續(xù)平坦密封表面。

技術(shù)總結(jié)
描述了直接空氣捕獲的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括線性方向上(或圓形構(gòu)型中)的多個移動的吸附器面板和被配置為使空氣移動穿過這些吸附器面板的一個或多個風(fēng)扇；此類吸附器面板可相對于地面豎直地或水平地取向。系統(tǒng)可包括獨(dú)立的再生箱，該再生箱包括被配置為向該再生箱輸送和從該再生箱移除多種氣體的集管、導(dǎo)管和閥的系統(tǒng)。該再生箱包含多個腔室，使得諸如氧氣移除和面板冷卻的步驟可與面板熱預(yù)熱和面板上的CO<subgt;2</subgt;的解吸獨(dú)立地和同時地進(jìn)行。這些解吸面板可被配置為實(shí)現(xiàn)相對于用于熱預(yù)熱和解吸的熱氣體的逆流流動。多級熱泵可促進(jìn)廢熱的再利用和過程加熱要求的脫碳。

技術(shù)研發(fā)人員：D·埃萊諾維茨,C·S·桑德森
受保護(hù)的技術(shù)使用者：零碳系統(tǒng)公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6