CN115430255A - 耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。其中，该系统包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元；每个二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接；热泵单元中蒸发器的入口与原空气管道连接，热泵单元中蒸发器的出口与水分离存储单元连接；热泵单元中冷凝器的入口与解吸介质管道连接，热泵单元中冷凝器的出口与总热解吸介质管道连接；水分离存储单元与总除水空气管道连接；二氧化碳存储单元分别与每个二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。本方案一方面可以利用热泵技术来降低系统的能耗，另一方面也可以提升二氧化碳捕集效率，并同时实现捕水的目的。

Description

耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法

技术领域

本申请涉及水和二氧化碳的捕集技术领域，尤其涉及一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。

背景技术

随着全球气候变化，二氧化碳减排技术受到越来越多的关注；除了常规的从工业源减排二氧化碳外，直接从空气中捕集二氧化碳也作为一种可行的二氧化碳减排技术路线成为全世界关注的热点。

吸附法是从空气中捕集二氧化碳的主要方式，其通常采用固定床吸附剂对空气的中二氧化碳进行吸附，再采用蒸汽等热的解吸介质对吸附剂进行加热，使二氧化碳解吸附，从而实现空气中二氧化碳的脱除。但由于空气中的水分含量远高于二氧化碳，所以实际应用吸附法直接捕集空气中二氧化碳时，水分会与二氧化碳产生竞争吸附，导致定量吸附剂对二氧化碳吸附量的下降，严重影响二氧化碳的捕集效率，增加二氧化碳的捕集能耗。

此外，在荒漠、戈壁等干旱地区淡水缺乏，从空气中捕水也成为缓解水资源短缺的一种重要技术途径。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。

根据本申请的第一方面，提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元；其中：

每个所述二氧化碳吸附器，用于对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并在加热后的解吸介质的作用下对已吸附的二氧化碳进行解吸附；每个所述二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接；

所述热泵单元，用于对原空气进行降温，并对解吸介质进行加热；所述热泵单元中蒸发器的入口与原空气管道连接，所述热泵单元中蒸发器的出口与所述水分离存储单元连接；所述热泵单元中冷凝器的入口与解吸介质管道连接，所述热泵单元中冷凝器的出口与总热解吸介质管道连接，且所述总热解吸介质管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的热解吸介质管道连接；

所述水分离存储单元，用于对经降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；所述水分离存储单元与总除水空气管道连接，且所述总除水空气管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的除水空气管道连接；

所述二氧化碳存储单元，用于对解吸气中的二氧化碳进行存储；所述二氧化碳存储单元分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。

在本申请的一些实施例中，每个所述二氧化碳吸附器连接的除水空气管道均安装有除水气进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的净空气管道均安装有净空气排气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的热解吸介质管道均安装有介质进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的解吸气管道均安装有解吸气排气阀。

作为一种实施方式，所述水分离存储单元包括气液分离器和储水罐；其中：

所述气液分离器，用于对降温后的原空气进行气液分离；所述气液分离器的气体入口与热泵单元的蒸发器的出口连接；所述气液分离器的气体出口与所述总除水空气管道连接；所述气液分离器的液体出口与所述储水罐连接。

在本申请的一些实施例中，所述系统还包括引风机；其中：

所述引风机分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的净空气管道连接，以排出经二氧化碳吸附后的洁净空气。

在本申请的一些实施例中，所述解吸介质为纯二氧化碳气体。

作为一种实施方式，所述二氧化碳存储单元包括真空泵、压缩机和二氧化碳储罐；其中：

所述真空泵的入口分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接，以将解吸出的二氧化碳气体排出；

所述压缩机的入口与所述真空泵的出口连接，用于对解吸出的二氧化碳气体进行压缩；

所述二氧化碳储罐与所述压缩机的出口连接，用于对压缩后液态的二氧化碳进行存储。

其中，每个所述二氧化碳吸附器中均布置有基于多孔基材与有机胺改性制备的二氧化碳吸附剂。

根据本申请的第二方面，提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法，所述方法应用于上述第一方面所述的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，包括：

所述热泵单元中的蒸发器对所述原空气进行降温处理；

所述水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；

处于吸附过程的二氧化碳吸附器对除水空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气；

所述热泵单元中的冷凝器对解吸介质进行加热处理；

处于解吸过程的二氧化碳吸附器，在加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳进行解吸附，获取解吸出的二氧化碳气体；

所述二氧化碳存储单元对解吸出的二氧化碳气体进行存储。

根据本申请的技术方案，通过热泵单元对原空气进行降温，并通过水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，以对原空气中的水分进行捕集，二氧化碳吸附器对除水后的空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气，此外，二氧化碳吸附器在通过热泵单元加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳进行解吸，从而实现空气中水和二氧化碳的同时捕集。本方案利用热泵单元将空气中的低品位热能转化为可用于二氧化碳解吸的高品位热能，不仅可以使系统的能耗降低，也可以实现对原空气中水分的捕集，对干旱地区用水需求具有重要的意义。此外，对原空气进行降温除水，不仅可以降低二氧化碳吸附阶段中水的竞争吸附，也可以提高空气中二氧化碳的吸附容量，提升二氧化碳的捕集效率，缓解温室气体造成的气候变化。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统的结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法的流程图。

附图标记：

第一二氧化碳吸附器，101；第二二氧化碳吸附器，102；热泵单元，103；节流阀，103-1；蒸发器，103-2；第一压缩机，103-3；冷凝器，103-4；水分离存储单元，104；气液分离器，104-1；储水罐，104-2；二氧化碳存储单元，105；真空泵，105-1；第二压缩机，105-2；二氧化碳储罐，105-3；引风机，106；第一除水空气管道，L1；第一净空气管道，L2；第一热解吸介质管道，L3；第一解吸气管道L4；第二除水空气管道，L5；第二净空气管道，L6；第二热解吸介质管道，L7；第二解吸气管道，L8；原空气管道，L9；解吸介质管道，L10；总热解吸介质管道，L11；总除水空气管道，L12；第一除水气进气阀，V1；第一净空气排气阀，V2；第一介质进气阀，V3；第一解吸气排气阀，V4；第二除水气进气阀，V5；第二净空气排气阀，V6；第二介质进气阀，V7；第二解吸气排气阀，V8。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，随着全球气候变化，二氧化碳减排技术受到越来越多的关注；除了常规的从工业源减排二氧化碳外，直接从空气中捕集二氧化碳也作为一种可行的二氧化碳减排技术路线成为全世界关注的热点。但是由于空气中的水分含量远高于二氧化碳，所以直接通过吸附法捕集二氧化碳时，水的存在严重影响二氧化碳的捕集效率。

在相关技术中，捕集空气中二氧化碳通常采用吸附法，利用活性炭、胺基二氧化碳等多孔固体吸附剂进行物理或化学吸附。但空气中水的含量远高于二氧化碳，水的浓度通常比二氧化碳浓度(约为400ppm)高一个数量级以上。在利用常规吸附法从空气中脱除二氧化碳时，空气中的水会与二氧化碳产生竞争吸附，降低吸附剂对二氧化碳的吸附容量和吸附效率。此外，在荒漠、戈壁等干旱地区淡水缺乏，从空气中捕水也成为缓解水资源短缺的一种重要技术途径。

为了解决上述问题，本申请提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统及方法。

图1为本申请实施例提供的一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统的结构框图。该系统包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元。其中，二氧化碳吸附器的数量可以为多个，具体数量可以基于实际需求来确定，图1中以二氧化碳吸附器为两个为例进行说明。如图1所示，该系统包括：第一二氧化碳吸附器101、第二二氧化碳吸附器102、热泵单元103、水分离存储单元104和二氧化碳存储单元105。

在本申请的一些实施例中，第一二氧化碳吸附器101和第二二氧化碳吸附器102均用于对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并在加热后的解吸介质的作用下对已吸附的二氧化碳进行解吸附。每个二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接，其中，第一二氧化碳吸附器101对应的连接端口分别与第一除水空气管道L01、第一净空气管道L02、第一热解吸介质管道L03和第一解吸气管道L04连接。第二二氧化碳吸附器102对应的连接端口分别与第二除水空气管道L05、第二净空气管道L06、第二热解吸介质管道L07和第二解吸气管道L08连接。其中，第一除水空气管道L01和第二除水空气管道L05为将原空气中的水分后除去后的气体的管道，第一净空气管道L02和第二净空气管道L06为用于排放除去二氧化碳和水分后的洁净空气的管道，第一热解吸介质管道L03和第二热解吸介质管道L07为用于输送加热后的解吸介质的管道，第一解吸气管道L04和第二解吸气管道L08为用于排放捕集到的二氧化碳气体的管道。

作为一种实施方式，每个二氧化碳吸附器连接的除水空气管道均安装有除水气进气阀；每个二氧化碳吸附器连接的净空气管道均安装有净空气排气阀；每个二氧化碳吸附器连接的热解吸介质管道均安装有介质进气阀；每个二氧化碳吸附器连接的解吸气管道均安装有解吸气排气阀。如图1所示，第一除水空气管道L01安装有第一除水气进气阀V1，第一净空气管道L02安装有第一净空气排气阀V2，第一热解吸介质管道L03安装有第一介质进气阀V3，第一解吸气管道L04安装有第一解吸气排气阀V4，第二除水空气管道L05安装有第二除水气进气阀V5，第二净空气管道L06安装有第二净空气排气阀V6，第二热解吸介质管道L07安装有第二介质进气阀V7，第二解吸气管道L08安装有第二解吸气排气阀V8。由于每个二氧化碳吸附器不能同时进行吸附过程和解吸过程，所以可以通过以上进气阀和排气阀来控制各个二氧化碳吸附器进行解吸过程或者吸附过程的切换。

举例而言，如图1所示，将第一二氧化碳吸附器101连接的第一除水空气管道L01上的第一除水气进气阀V1和第一净空气管道L02上的第一净空气排气阀V2开启，将第一二氧化碳吸附器101连接的第一热解吸介质管道L03上的第一介质进气阀V3和第一解吸气管道L04上的第一解吸气排气阀V4关闭，同时将第二二氧化碳吸附器102连接的第二除水空气管道L05上的第二除水气进气阀V5和第二净空气管道L06上的第二净空气排气阀V6关闭，将第二二氧化碳吸附器102连接的第二热解吸介质管道L07上的第二介质进气阀V7和第二解吸气管道L08上的第二解吸气排气阀V8开启。这样，第一二氧化碳吸附器101处于吸附过程中，第二二氧化碳吸附器处于解吸过程中。

在本申请的一些实施例中，每个二氧化碳吸附器中均布置有基于多孔基材(如：沸石、硅胶、分子筛、金属有机框架等)与有机胺改性制备的二氧化碳吸附剂。

在本申请的一些实施例中，热泵单元103用于对原空气进行降温，并对解吸介质进行加热。如图1所示，热泵单元103中包括节流阀103-1、蒸发器103-2、第一压缩机103-3、冷凝器103-4。热泵单元103中蒸发器103-2的入口与原空气管道L09连接，热泵单元103中蒸发器103-2的出口与水分离存储单元104连接。热泵单元103中冷凝器103-4的入口与解吸介质管道L10连接，热泵单元103中冷凝器103-4的出口与总热解吸介质管道L11连接，且总热解吸介质管道L11分别与第一热解吸介质管道L03和第二热解吸介质管道L07连接。其中，原空气管道L09为输送原空气的管道，解吸介质管道L10为输送解吸介质的管道，总热解吸介质管道L11为用于输送加热后的解吸介质的总管道。

其中，热泵单元103中低压气态冷媒经过第一压缩机103-3被压缩为高温高压气体，被压缩后的冷媒进入冷凝器103-4开始液化，冷媒放出热量变为液态，且释放出的热量为解吸介质吸收，使解吸介质的温度升高，变为液态的冷媒经过节流阀103-1后压力降低，压力降低后的冷媒在蒸发器103-2的作用下吸收原空气的热量，变为低压气体，同时原空气在蒸发器103-2的作用下温度降低，释放的热量被冷媒吸收，使原空气中的水分冷凝。接下来，低压气态冷媒再次进入第一压缩机103-3，完成整个冷媒循环。

此外，水分离存储单元104用于对经降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储。水分离存储单元104与总除水空气管道L12连接，且总除水空气管道分别与第一除水空气管道L01和第二除水空气管道L05连接。

作为一种实施方式，水分离存储单元104可以包括气液分离器104-1和储水罐104-2。其中，气液分离器104-1用于对降温后的原空气进行气液分离。气液分离器104-1的气体入口与热泵单元103的蒸发器103-2的出口连接。气液分离器104-1的气体出口与总除水空气管道L12连接，气液分离器104-1的液体出口与储水罐104-2连接。也就是说，原空气经过热泵单元103中的蒸发器103-2后，温度降低，原空气中的水分被冷凝，经过气液分离器104-1之后，将温度降低后的原空气中的液态水分和气体进行分离，其中，液态水分进入到储水罐进行存储，除去水之后的气体通过总除水空气管道L12排出。

在本申请的一些实施例中，该系统还可以包括引风机106，引风机106分别与每个二氧化碳吸附器对应的净空气管道连接，以排出经二氧化碳吸附后的洁净空气。如图1所示，引风机106分别与第一二氧化碳吸附器对应的第一净空气管道L02和第二二氧化碳吸附器对应的第二净空气管道L06连接，若第一二氧化碳吸附器101处于吸附过程中，则在引风机106的作用下，除去水后的空气从总除水空气管道L12经过第一除水空气管道L01进入第一二氧化碳吸附器101，第一二氧化碳吸附器101对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并将洁净空气由第一净空气管道L02排出。

此外，二氧化碳存储单元105用于对解吸气中的二氧化碳进行存储。二氧化碳存储单元105分别与每个二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。如图1所示，二氧化碳存储单元105分别与第一解吸气管道L04和第二解吸气管道L08连接。由于解吸气中既包括解吸介质，也包括解吸得到的二氧化碳气体，所以若解吸介质为其他非二氧化碳气体，则二氧化碳存储单元105需要先对解吸气中的二氧化碳气体进行分离，再将分离后得到的二氧化碳气体进行存储。

在本申请的一些实施例中，解吸介质可以为纯二氧化碳气体，在这种情况下，二氧化碳存储单元105可以直接对解吸气进行存储。如图1所示，二氧化碳存储单元可以包括真空泵105-1、第二压缩机105-2和二氧化碳储罐105-3。其中，真空泵105-1的入口分别与每个二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接，以将解吸出的二氧化碳气体排出，即真空泵105-1的入口分别与第一解吸气管道L04和第二解吸气管道L08连接，以将解吸出的二氧化碳气体排出。第二压缩机105-2的入口与真空泵105-1的出口连接，用于对解吸出的二氧化碳气体进行压缩。二氧化碳储罐105-3与第二压缩机105-2的出口连接，用于对压缩后液态的二氧化碳进行存储。

作为一种示例，若第二二氧化碳吸附器102处于解吸过程中，则在真空泵105-1的作用下，加热后的解吸介质通过总热解吸介质管道L11进入到第二热解吸介质管道L07，以使加热后的解吸介质进入到第二二氧化碳吸附器102，在加热后的解吸介质的作用下，第二二氧化碳吸附器102中的二氧化碳吸附剂吸热发生物理化学反应，实现二氧化碳的解吸附，并将解吸气通过第二解吸气管道L08排出，经压缩后，得到液态的二氧化碳并存储在二氧化碳储罐105-3中。

基于本申请实施例中的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，接下来将以应用场景的示例对其工作原理进行介绍。比如图1中的第一二氧化碳吸附器101处于吸附过程，第二二氧化碳吸附器102处于解吸过程。原空气在蒸发器103-2中放热降温至5℃-25℃，以使原空气中的水分被降温冷凝，随后在气液分离器104-1中滤网的作用下实现冷凝水的分离，冷凝水进入到储水罐104-2，除水后的空气进入到第一二氧化碳吸附器101，以将除水后的空气中的二氧化碳吸附，得到的洁净空气经引风机106的作用排放至大气中。解吸介质在冷凝器103-4中吸收冷媒的热量被加热到60℃-100℃，加热后的解吸介质在真空泵105-1的作用下进入到第二二氧化碳吸附器102中，以对二氧化碳进行解吸，解吸后得到的二氧化碳气体通过真空泵105-1引出，并被第二压缩机105-2加压后，送入二氧化碳储罐105-3中进行存储。

也就是说，本方案通过热泵单元，将原空气中的水分降温冷凝，在捕水的同时，实现在二氧化碳吸附之前除去空气中的水分，以避免水的竞争吸附，并利用低温条件下二氧化碳吸附容量大的特点，提高空气中二氧化碳的吸附容量，以提升二氧化碳捕集效率。通过热泵单元，利用原空气降温所释放的热量，对解吸介质进行加热，以实现对应二氧化碳吸附器中二氧化碳的解吸附，从而可以降低系统能耗。

需要说明的是，本申请实施例的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统中的二氧化碳吸附器的数量为多个，且通过对应排气阀和进气阀的控制，使多个二氧化碳吸附器中既包括处于吸附过程的二氧化碳吸附器，也包括处于解吸过程的二氧化碳吸附器。也就是说，原空气经过热泵单元的蒸发器降低温度，经气液分离后，得到的除水空气进入到处于吸附过程的二氧化碳吸附器中，经吸附排出洁净空气，同时解吸介质经热泵单元的冷凝器来加热，加热后的解吸介质进入处于解吸过程的二氧化碳吸附器中，使对应二氧化碳吸附器中的二氧化碳吸附剂吸收热量并实现二氧化碳的解吸附过程，并将解吸气排出。其中处于吸附过程的二氧化碳吸附器的数量，以及处于解吸过程的二氧化碳吸附器的数量可以基于实际应用情况来确定。

作为一种示例，若耦合热泵的空气捕水捕碳的系统中包括三个二氧化碳吸附器、热泵单元、气液分离器、储水罐和二氧化碳存储单元，且三个二氧化碳吸附器分别为二氧化碳吸附器1、二氧化碳吸附器2和二氧化碳吸附器3。其中，二氧化碳吸附器1和二氧化碳吸附器2的第一进气阀和第一排气阀开启，二氧化碳吸附器3的第二进气阀和第二排气阀开启，即二氧化碳吸附器1和二氧化碳吸附器2处于吸附过程中，而二氧化碳吸附器3处于解吸过程中。该耦合热泵的空气捕水捕碳的系统的工作原理包括：原空气进入到热泵单元的蒸发器中温度降低，使原空气中的水分被降温冷凝，随后在气液分离器中滤网的作用下实现冷凝水的分离，冷凝水进入到储水罐，除水后的空气进入到二氧化碳吸附器1和二氧化碳吸附器2，以将除水后的空气中的二氧化碳吸附，得到的洁净空气在引风机的作用排放至大气中。解吸介质为纯二氧化碳气体，该解吸介质在热泵单元的冷凝器中吸收冷媒的热量，加热后的解吸介质进入到二氧化碳吸附器3中，以对二氧化碳进行解吸，解吸后得到的二氧化碳气体进入到二氧化碳存储单元进行存储。

根据本申请实施例的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，通过热泵单元对原空气进行降温，并通过水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，以对原空气中的水分进行捕集，二氧化碳吸附器对除水后的空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气，此外，二氧化碳吸附器在通过热泵单元加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳气体解吸，从而实现空气中水和二氧化碳的同时捕集。本方案利用热泵单元将空气中的低品位热能转化为也用于二氧化碳解吸的高品位热能，不仅可以使系统的能耗降低，也可以实现对原空气中水分的捕集，对干旱地区用水需求具有重要的意义。此外，对原空气进行降温除水，不仅可以降低二氧化碳吸附阶段中水的竞争吸附，也可以提高空气中二氧化碳的吸附容量，提升二氧化碳的捕集效率，缓解温室气体造成的气候变化。

为了实现上述实施例，本申请提供了一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法。

图2为本申请实施例所提供的一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法的流程图。该方法应用于上述实施例中的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统。如图2所示，该方法可以包括：

步骤201，热泵单元中的蒸发器对原空气进行降温处理。

如图1所示，原空气进入到热泵单元103中的蒸发器103-1，蒸发器103-1吸收原空气的热量，使原空气的温度降低，以使原空气中的水分被降温冷凝。

步骤202，水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储。

步骤203，处于吸附过程的二氧化碳吸附器对除水空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气。

也就是说，经气液分离后得到的气体为原空气除水后的气体，经过除水空气管道进入到处于吸附过程的二氧化碳吸附器，对应的二氧化碳吸附器对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并将洁净空气排出。

步骤204，热泵单元中的冷凝器对解吸介质进行加热处理。

如图1所示，解吸介质进入到热泵单元103中的冷凝器103-4，解吸介质吸收冷凝器103-4释放出的热量，以实现对解吸介质的加热处理。

步骤205，处于解吸过程的二氧化碳吸附器，在加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳进行解吸附，获取解吸出的二氧化碳气体。

也就是说，本方案通过热泵单元，将原空气中的水分降温冷凝，在捕水的同时，实现在二氧化碳吸附之前除去空气中的水分，以避免水的竞争吸附，并利用低温条件下二氧化碳吸附容量大的特点，提高空气中二氧化碳的吸附容量，以提升二氧化碳捕集效率。通过热泵单元，利用原空气降温所释放的热量，对解吸介质进行加热，以实现对应二氧化碳吸附器中二氧化碳的解吸附，从而可以降低系统能耗。

步骤206，二氧化碳存储单元对解吸出的二氧化碳气体进行存储。

根据本申请实施例的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，通过热泵单元对原空气进行降温，并通过水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，以对原空气中的水分进行捕集，二氧化碳吸附器对除水后的空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气，此外，二氧化碳吸附器在通过热泵单元加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳气体解吸，从而实现空气中水和二氧化碳的同时捕集。本方案利用热泵单元将空气中的低品位热能转化为也用于二氧化碳解吸的高品位热能，不仅可以使系统的能耗降低，也可以实现对原空气中水分的捕集，对干旱地区用水需求具有重要的意义。此外，对原空气进行降温除水，不仅可以降低二氧化碳吸附阶段中水的竞争吸附，也可以提高空气中二氧化碳的吸附容量，提升二氧化碳的捕集效率，缓解温室气体造成的气候变化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，其特征在于，包括：多个二氧化碳吸附器、热泵单元、水分离存储单元和二氧化碳存储单元；其中：

每个所述二氧化碳吸附器，用于对除水空气中的二氧化碳进行吸附，并在加热后的解吸介质的作用下对已吸附的二氧化碳进行解吸附；每个所述二氧化碳吸附器分别与各自对应的除水空气管道、净空气管道、热解吸介质管道和解吸气管道连接；

所述热泵单元，用于对原空气进行降温，并对解吸介质进行加热；所述热泵单元中蒸发器的入口与原空气管道连接，所述热泵单元中蒸发器的出口与所述水分离存储单元连接；所述热泵单元中冷凝器的入口与解吸介质管道连接，所述热泵单元中冷凝器的出口与总热解吸介质管道连接，且所述总热解吸介质管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的热解吸介质管道连接；

所述水分离存储单元，用于对经降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；所述水分离存储单元与总除水空气管道连接，且所述总除水空气管道分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的除水空气管道连接；

所述二氧化碳存储单元，用于对解吸气中的二氧化碳进行存储；所述二氧化碳存储单元分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述二氧化碳吸附器连接的除水空气管道均安装有除水气进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的净空气管道均安装有净空气排气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的热解吸介质管道均安装有介质进气阀；每个所述二氧化碳吸附器连接的解吸气管道均安装有解吸气排气阀。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水分离存储单元包括气液分离器和储水罐；其中：

所述气液分离器，用于对降温后的原空气进行气液分离；所述气液分离器的气体入口与热泵单元的蒸发器的出口连接；所述气液分离器的气体出口与所述总除水空气管道连接；所述气液分离器的液体出口与所述储水罐连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括引风机；其中：

所述引风机分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的净空气管道连接，以排出经二氧化碳吸附后的洁净空气。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述解吸介质为纯二氧化碳气体。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳存储单元包括真空泵、压缩机和二氧化碳储罐；其中：

所述真空泵的入口分别与每个所述二氧化碳吸附器对应的解吸气管道连接，以将解吸出的二氧化碳气体排出；

所述压缩机的入口与所述真空泵的出口连接，用于对解吸出的二氧化碳气体进行压缩；

所述二氧化碳储罐与所述压缩机的出口连接，用于对压缩后液态的二氧化碳进行存储。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，每个所述二氧化碳吸附器中均布置有基于多孔基材与有机胺改性制备的二氧化碳吸附剂。

8.一种耦合热泵的空气捕水捕碳的方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1-7中任一项所述的耦合热泵的空气捕水捕碳的系统，包括：

所述热泵单元中的蒸发器对所述原空气进行降温处理；

所述水分离存储单元对降温后的原空气进行气液分离，并对得到的水进行存储；

处于吸附过程的二氧化碳吸附器对除水空气中的二氧化碳进行吸附，获得洁净空气；

所述热泵单元中的冷凝器对解吸介质进行加热处理；

处于解吸过程的二氧化碳吸附器，在加热后的解吸介质的作用下，对已吸附的二氧化碳进行解吸附，获取解吸出的二氧化碳气体；

所述二氧化碳存储单元对解吸出的二氧化碳气体进行存储。

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