1.一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)固相液膜挂膜阶段:将高沸点CO2液相吸收剂与水混合配制吸收液,记为贫液;贫液第一次浸渍于高比表面的多孔固相材料上形成液膜层,多孔固相材料与所述贫液质量比为1:
1~10,得到负载液膜的固相吸附剂;
2)快速吸附阶段:将负载液膜的固相吸附剂在空气中充分暴露,并与流动空气接触,空气中低浓度CO2通过浓度差快速传质到液膜表面,实现浓缩吸附,直至固相吸附剂表面液膜对CO2吸附饱和;
3)液膜洗涤收集阶段:通过清水循环洗涤,使液膜从固相吸附剂表面脱落,获得富含CO2的再生液,记为富液;
4)重新挂膜、吸附、液膜洗涤收集阶段:重复步骤1)‑3)的操作,用贫液对固相吸附剂循环淋洗使再次挂膜,进行下一轮吸附,对CO2吸附饱和后仍采用富液进行循环淋洗,直至富液中CO2吸附量达到再生所需浓度,收集用于后续再生;
5)富液再生阶段:收集的富液进入解析塔进行加热脱附再生,获得高纯CO2气体进行储存和后续利用,富液再生后重新用于液膜洗涤收集阶段,或者富液再生后于其中清水平衡浓度形成贫液,用于重新进入挂膜阶段。
2.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于步骤1)中所述高沸点CO2液相吸收剂为有机胺、离子液体中的至少一种,有机胺为三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺中的至少一种,离子液体是包括阳离子供体和阴离子供体,阳离子供体为咪唑或吡啶,阴离子供体为1,5‑二氮杂双环[4.3.0]壬‑5‑烯DBN或四乙烯五胺;所述离子液体的制备方法是:将所述阳离子供体和阴离子供体按照1.5‑3:1的摩尔比混合,70‑80℃搅拌1‑3小时。
3.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于所述多孔固相材料为活性炭颗粒、活性炭纤维、大孔树脂中的至少一种,其比表面积为
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500m/g以上,优选1000m/g以上;步骤1)中所述高沸点CO2液相吸收剂与水的质量比是1:
0.1~5,优选1:4~5,多孔固相材料与所述贫液质量比为1:9~10。
4.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于步骤2)中所述吸附时间为1‑10h,优选2‑4h。
5.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于步骤3)用于洗涤液膜的清水或者步骤4)用于洗涤液膜的富液与多孔固相材料的质量比均为20~50:1,优选30:1。
6.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于步骤4)用于再次挂膜的循环淋洗的贫液与多孔固相材料的质量比是20~50:1,优选为
40:1;步骤4)中富液中CO2吸附量达到的再生所需浓度是1.0mol/kg以上,优选1.5mol/kg以上。
7.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于步骤5)中所述富液再生温度为80~130℃,优选90‑100℃。
8.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于空气中低浓度CO2的浓度是400ppm以下,优选为300‑400ppm。
9.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于该方法采用以下装置进行操作,包括CO2吸附装置、富液循环泵、富液池、贫液循环泵、贫液池和解吸塔,CO2吸附装置用于固定装载多孔固相材料;
在浸渍挂膜阶段,所述贫液循环泵用于将贫液池中的贫液输送至CO2吸附装置上对多孔固相材料进行滴淋挂膜,滴落下来的贫液滴淋液收集于贫液池中形成循环,直至所述贫液在多孔固相材料上挂膜完成;
在第一次液膜洗涤收集阶段,富液池中首先加入清水,所述富液循环泵用于将富液池中的富液输送至CO2吸附装置上对多孔固相材料进行滴淋洗涤,滴落下来的富液滴淋液收集于富液池中形成循环,直至将液膜从多孔固相材料表面洗脱下来;后续液膜洗涤收集阶段时,仍采用富液池中的富液进行循环淋洗,直至富液中CO2吸附量达到再生所需浓度,收集用于后续再生;
富液再生阶段,收集的富液进入解析塔进行加热脱附再生,部分水分蒸发汽化并携带CO2气体逸出,对逸出的混合蒸汽冷凝使其中的水分冷凝下来,即可获得高纯CO2气体进行储存和后续利用。
10.如权利要求1所述的一种固相液膜法低能耗捕集空气中二氧化碳的方法,其特征在于所述CO2吸附装置包括支撑主管(1)、其内部设置的输液总管、以及其外部上端侧部沿圆周均匀间隔设置的若干分流管(3),所述输液总管的出口与每个分流管(3)均进行连接;
每个分流管(3)下方均固定设置一个不锈钢网框架(5),分流管(3)底部靠近不锈钢网框架(5)沿其长度方向均匀设置若干滴液孔(4),不锈钢网框架(5)上安装有两个不锈钢网片以及它们之间夹持的多孔固相材料,不锈钢网框架(5)下方设有回流槽(6),回流槽(6)固定于支撑主管(1)上,所述支撑主管(1)下端侧部还设置有集液槽(7),每个回流槽(6)向着集液槽(7)倾斜并通过出液管路与集液槽(7)连接,集液槽(7)底部设有槽液体出口(8),槽液体出口(8)分为两路分别与富液池和贫液池由管路连接,所述输液总管的进口分为两路,一路通过富液循环泵与富液池由管路连接,另一路通过贫液循环泵与贫液池由管路连接,相应管路上均设有控制阀门。