湿气源吸附碳捕集: CO2/H2O共吸附机制及应用

大型湿气源排放中普遍存在的水汽是制约吸附碳捕集规模化发展的重要挑战之一。H₂O的极性往往会导致吸附材料的CO₂捕集率降低甚至出现失效,也会造成捕集系统产生温降、压降等寄生损失,甚至形成设备腐蚀、吸附剂中毒等不利影响,最终额外能耗和成本大幅提高。为解决上述挑战,深入理解CO₂与H₂O共吸附过程的作用机制,据此开发成本合理、再生能耗低且对水气不敏感的高效CO₂吸附剂及吸附技术是实现湿气源下高效吸附碳捕集的重要途径。目前,由于分散在多个领域且各有侧重,关于H₂O对CO₂吸附影响的机制分析缺乏汇总与概括,难以形成相对统一的观点。本文针对CO₂与H₂O共吸附过程,从宏观与微观层面进行了详细综述。首先,基于共吸附机制的基础研究,依次介绍了竞争吸附、变湿吸附和呼吸效应领域的研究进展并进行了简要评价。其次,基于共吸附的应用研究,阐述了湿气源CO₂捕集技术的吸附剂研发与工艺改进两部分的现状及进展,也对不同湿气源下CO₂捕集水平进行了简要评价。最后,总结了目前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。本文将分散于各领域的CO₂与H₂O共吸附过程进行集中归纳、分析和对比,或可为湿气源碳捕集技术提供有效的指导。     

吸附碳泵循环构建与能耗分析:从热力学角度

从热力学角度审视制约吸附法碳捕集技术推广和工业化应用的能耗问题,其实质是对捕集过程中能量在不同形式之间转换机制的深入认识问题.应用热力学中的"循环"这一成熟概念和衍生工具,对能量转换问题展开专题分析应是恰当的。本文基于热力学碳泵概念,从热力学角度进行吸附碳泵循环的构建与能耗分析,将碳捕集能耗分析模型具化至循环层面。从热力学第一定律角度,基于无限碳源、汇假设,定义工作于碳源、汇之间的吸附碳泵循环,形成抽象模型求解理想功耗及循环COPCO2,与混合气体分离模型(MGS)分析结果进行对比,并分析关键循环参数的影响;从热力学第二定律角度,基于状态点过程解耦方法"白箱化"吸附碳泵循环中具体过程,形成具体模型分析循环中熵增、熵产机制,证实优化传热过程、提升吸附剂性能作为有效降低能耗策略在热力学层面的恰当性。