CN115178054A - 二氧化碳捕集***和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种二氧化碳捕集***和方法，该***包括：控制单元和多个捕集单元；该控制单元与上述多个捕集单元连接，用于确定目标捕集单元是否达到脱附条件，在该目标捕集单元达到该脱附条件，并且上述多个捕集单元中除该目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行二氧化碳吸附操作的情况下，使该目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；该脱附条件为该捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值，该目标效率阈值是根据该排放源的工作状态参数确定的。可以通过保证始终有至少一个捕集单元执行二氧化碳吸附，来进行连续、不间断的二氧化碳捕集，并结合排放源的工作状态参数，动态地调整脱附条件，来提高二氧化碳捕集效率。

Description

二氧化碳捕集***和方法

技术领域

本公开涉及环保技术领域，具体地，涉及一种二氧化碳捕集***和方法。

背景技术

随着全球范围内能源逐渐枯竭，能源危机和温室效应问题会越来越突出，数据表明：到2010年止全世界因使用燃料产生的二氧化碳总量已达到306亿吨，2020年更是突破到347亿吨。为了更好的应对气候变化，实现碳中和，高效捕集碳元素并将其转化、利用或储存的碳捕集技术应运而生。碳捕集技术主要分为捕集、运输和储存三个步骤，其主要是通过某种方法将工业或移动源中产生的二氧化碳分离出来，运输到专门的储存地点并长期与大气隔离的过程。然而，当前在通过碳捕集技术对二氧化碳进行捕集的过程中，二氧化碳捕集效率较低。

发明内容

本公开的目的在于提供一种二氧化碳捕集***和方法，以解决现有技术中二氧化碳捕集效率较低的技术问题。

第一方面，本公开提供一种二氧化碳捕集***，所述二氧化碳捕集***包括：

控制单元以及多个捕集单元；其中，

所述控制单元，与所述多个捕集单元连接，用于确定目标捕集单元是否达到脱附条件；所述目标捕集单元为所述多个捕集单元中正在对排放源排放的气体执行二氧化碳吸附操作的捕集单元；

所述控制单元，还用于在所述目标捕集单元达到所述脱附条件，并且所述多个捕集单元中除所述目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行所述二氧化碳吸附操作的情况下，使所述目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；其中，

所述脱附条件为所述捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值；所述目标效率阈值是根据所述排放源的工作状态参数确定的。

可选的，所述控制单元，还用于在每个所述捕集单元均执行所述二氧化碳吸附操作，并且每个所述捕集单元均达到所述脱附条件的情况下，使待定捕集单元继续执行所述二氧化碳吸附操作；所述待定捕集单元为所述多个捕集单元中的任一个捕集单元。

可选的，所述控制单元，还用于在所述确定目标捕集单元是否达到脱附条件之前，获取所述排放源的工作状态参数，并根据所述捕集材料和所述工作状态参数，确定所述目标效率阈值。

可选的，每个所述捕集单元包括：环境调节单元、捕集气室和捕集材料；其中，

每个所述捕集气室分别通过控制阀和气管与所述排放源的排气端连通，所述捕集材料设置在所述捕集气室内部。

可选的，所述控制单元，与所述环境调节单元连接，用于控制所述环境调节单元调节所述捕集材料所执行的捕集操作，所述捕集操作为所述二氧化碳吸附操作或所述二氧化碳脱附操作。

可选的，所述捕集气室的入口处设置有第一浓度检测组件，所述捕集气室的出口处设置有第二浓度检测组件；

所述控制单元，用于根据所述第一浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，以及所述第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，确定所述捕集材料的吸附效率是否小于所述目标效率阈值。

可选的，所述控制单元，用于根据目标时长和预设的时长阈值确定所述捕集材料的吸附效率是否小于所述目标效率阈值；其中，

所述目标时长为当前时间点与所述捕集材料最近一次开启二氧化碳吸附操作的时间点之间的间隔时长。

可选的，所述二氧化碳捕集***还包括：储存单元，所述控制阀包括：入口阀和出口阀；

所述排气端通过气管与所述入口阀连通，所述入口阀通过气管与多个所述捕集气室连通；

多个所述捕集气室分别与所述出口阀连通，所述出口阀与所述储存单元连通。

可选的，所述控制单元，分别与所述入口阀和所述出口阀连通，用于：

控制所述入口阀的通断，以使得所述排气端排放的气体进入执行二氧化碳吸附操作的捕集气室；以及，

根据所述捕集气室的出口处设置的第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，控制所述出口阀的通断，以使得执行二氧化碳脱附操作的捕集气室中释放出的二氧化碳进入所述储存单元。

可选的，所述排放源为移动排放源，所述二氧化碳捕集***，还包括：第一制冷单元；其中，

所述第一制冷单元，包括：依次连通的引气端、引气管和出气端，所述引气管与所述捕集气室和所述排气端之间的气管贴合设置，所述引气端朝向所述移动排放源的移动方向；

所述引气端，用于将所述移动排放源移动时产生的低温气流引入所述引气管，以通过所述引气管内的低温气流降低所述排气端排放的气体的温度。

可选的，所述二氧化碳捕集***，还包括：废热利用单元；

所述废热利用单元用于将所述排气端排放的气体中的热能转化为电能进行储存。

可选的，所述二氧化碳捕集***，还包括：第二制冷单元；

所述第二制冷单元，设置于所述捕集气室和所述排气端之间，与所述废热利用单元电连接，用于通过所述废热利用单元提供的电能进行制冷，以对流经所述第二制冷单元的气体进行降温。

可选的，所述控制单元，用于根据所述移动排放源的移动速度，确定是否同时启用所述第二制冷单元与所述第一制冷单元二者，对所述排气端排放的气体进行制冷。

可选的，所述二氧化碳捕集***，还包括：气泵；

所述控制单元，与所述气泵连接，用于在确定所述排气端排放的气体的流速小于预设流速的情况下，开启所述气泵，以提高所述气体在气管中的流速。

可选的，所述储存单元，包括：压缩组件和储气罐；

所述压缩组件，与所述废热利用单元电连接，用于通过所述废热利用单元提供的电能对所述捕集气室中释放出的二氧化碳进行压缩，并将压缩后的二氧化碳传输至所述储气罐。

可选的，所述二氧化碳捕集***，还包括：预处理单元：

所述预处理单元，设置于所述排放源的排气端的尾部，用于对所述排气端排放出的气体中的目标物质进行去除，所述目标物质包括：水、颗粒物、挥发性有机物、一氧化碳、氮气、氧气、氮氧化物和硫化物中的至少一者。

第二方面，本公开还提供一种二氧化碳捕集方法，应用于本公开第一方面所述的二氧化碳捕集***，所述方法包括：

确定目标捕集单元是否达到脱附条件；所述目标捕集单元为多个捕集单元中正在对排放源排放的气体执行二氧化碳吸附操作的捕集单元；

在所述目标捕集单元达到所述脱附条件，并且所述多个捕集单元中除所述目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行所述二氧化碳吸附操作的情况下，使所述目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；其中，

所述脱附条件为所述捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值；所述目标效率阈值是根据所述排放源的工作状态参数确定的。

可选的，所述方法，还包括：

在每个所述捕集单元均执行所述二氧化碳吸附操作，并且每个所述捕集单元均达到所述脱附条件的情况下，使待定捕集单元继续执行所述二氧化碳吸附操作；所述待定捕集单元为所述多个捕集单元中的任一个捕集单元。

可选的，在所述确定目标捕集单元是否达到脱附条件之前，所述方法，还包括：

获取所述排放源的工作状态参数，并根据所述捕集材料和所述工作状态参数，确定所述目标效率阈值。

可选的，所述排放源为移动排放源，所述方法，还包括：

根据所述移动排放源的移动速度，确定是否同时启用所述二氧化碳捕集***中设置的第二制冷单元和第一制冷单元二者，对所述移动排放源的排气端排放的气体进行制冷。

可选的，所述方法，还包括：

在确定所述排放源的排气端排放的气体的流速小于预设流速的情况下，开启所述二氧化碳捕集***中设置的气泵，以提高所述气体在气管中的流速。

与现有技术相比，本公开实施例提供的二氧化碳捕集***首先可以通过保证始终有至少一个捕集单元执行二氧化碳吸附，来对排放源排放的气体进行连续、不间断的二氧化碳捕集，能够避免二氧化碳捕集过程中出现空档期，提高了二氧化碳捕集效率。其次，该二氧化碳捕集***可以结合排放源的工作状态参数，动态地调整脱附条件，来使捕集单元可以更合理的进行二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换，以使二氧化碳捕集***能够达到最佳的工作状态，从而进一步提高二氧化碳捕集效率。并且，该二氧化碳捕集***可以使用排放源移动过程中的行驶动能所产生的低温气流对排放源排放的气体进行制冷，同时可以将排放源排放尾气的废热能转换为电能供给制冷单元进行二级制冷，实现了废热能、行驶动能的充分利用和有机结合，能够避免能量浪费，提高了能量利用效率，从而降低了二氧化碳捕集的功耗和成本。另外，该二氧化碳捕集***可以使用排放源排放尾气的喷射动能驱动气体在二氧化碳捕集***中流动，同时在必要时可以利用排放源排放尾气的废热能对喷射动能进行补充，实现对废热能和喷射动能的充分利用和有机结合，进一步避免了能量浪费，并提高了能量利用效率，从而进一步降低了二氧化碳捕集的功耗和成本。最后，该二氧化碳捕集***不需要外接能源设备进行供能，能够避免额外能源消耗和二氧化碳排放，并降低整个设备的体积、重量和成本。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种二氧化碳捕集***的结构示意图；

图2是根据图1示出的一种捕集单元的结构示意图；

图3是根据图1示出的另一种二氧化碳捕集***的结构示意图；

图4是根据图2示出的一种第一制冷单元的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种二氧化碳捕集方法的流程图；

图6是根据图5所示实施例示出的另一种二氧化碳捕集方法的流程图；

图7是根据图5所示实施例示出的另一种二氧化碳捕集方法的流程图；

图8是根据图5所示实施例示出的另一种二氧化碳捕集方法的流程图；

图9是根据图5所示实施例示出的又一种二氧化碳捕集方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在二氧化碳捕集的相关技术中，通常将由车辆内燃机或工业设备等排放源产生的排气引导入二氧化碳捕集设备的排气路径，并在该排气路径中布置一个二氧化碳吸附元件，使包含在排气中的二氧化碳在一定的环境条件（例如，温度、气压或电压的条件）下被吸附在该吸附元件内。再在一定的环境条件下使该吸附元件释放被吸附的二氧化碳，并储存在储存罐中。但是，现有的二氧化碳捕集设备中通常只设置一个二氧化碳吸附元件，或者，设置多个同时执行吸附操作并同时执行脱附操作的二氧化碳吸附元件，基于此的二氧化碳捕集过程会不可避免地出现只执行脱附操作而不执行吸附操作的空档期，这会降低二氧化碳捕集效率。另外，这些二氧化碳捕集设备在制冷、加热和压缩等环节均需要外接能源设备进行供能，大大增加了二氧化碳捕集的功耗和成本，同时这些外接能源设备会增加额外能源消耗和二氧化碳排放，不但起不到环保的作用，还会增加整个设备的体积、重量和成本。

对此，本公开提出了一种二氧化碳捕集***和方法，具体如下：

图1是根据一示例性实施例示出的一种二氧化碳捕集***的结构示意图，如图1所示，该二氧化碳捕集***100，包括：控制单元101以及多个捕集单元，在图1中以该二氧化碳捕集***100包含三个捕集单元102a、102b和102c为例进行说明。

该控制单元101，与上述多个捕集单元102a、102b和102c连接，用于确定目标捕集单元是否达到脱附条件，该目标捕集单元为上述多个捕集单元102a、102b和102c中正在对排放源排放的气体执行二氧化碳吸附操作的捕集单元；该控制单元101，还用于在该目标捕集单元达到该脱附条件，并且上述多个捕集单元102a、102b和102c中除该目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行二氧化碳吸附操作的情况下，使该目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；其中，该脱附条件为该捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值，该目标效率阈值是根据该排放源的工作状态参数确定的。

示例地，可以将排放源排放的气体引导至上述多个捕集单元102a、102b和102c中，并由捕集单元102a、102b和102c中设置的用于吸附和脱附二氧化碳的捕集材料来对排放源排放的气体中的二氧化碳进行捕集。其中，该捕集材料具备吸附之后再脱附二氧化碳的功能，该捕集材料例如可以是改性沸石、氧化铝、金属框架材料（Metal-OrganicFrameworks，简称MOF）、聚合物、胺基材料、硅胶类材料或活性炭材料。例如，针对改性沸石和氧化铝，可以通过加热和降温控制其对二氧化碳的脱附和吸附，而对于活性炭材料和聚合物，可以通过对其施加正负电压来控制其对二氧化碳的脱附和吸附。

为了降低二氧化碳捕集过程中只执行脱附操作而不执行吸附操作的空档期对二氧化碳捕集效率的影响，首先，该控制单元101可以根据该排放源的工作状态参数确定目标效率阈值。其中，该工作状态参数可以是该排放源的功率、油耗和工作模式（该工作模式例如可以是低负荷工作模式、正常工作模式或高负荷工作模式）等能够影响排放源排放的气体中二氧化碳含量的参数。进一步的，当排放源为移动排放源时，该工作状态参数还可以是移动速度、发动机转速和路面状态等会影响移动排放源排放的气体中二氧化碳含量的参数。例如，可以通过预先设置一个油耗与效率阈值的对应关系（该对应关系可以是关系表格或者函数关系），在获取到排放源的油耗后，可以根据该油耗，利用该对应关系，确定该油耗对应的目标效率阈值。举个例子，当排放源为汽车，且油耗为10L/100km时，该目标效率阈值可以是90%。

另外，目标效率阈值可以理解为，从该捕集材料能够保持二氧化碳较高吸附效率状态时该捕集材料的吸附效率的效率范围中所选取的一个吸附效率，吸附效率用于表征单位二氧化碳通过该捕集材料在单位时间内吸附二氧化碳的程度。现有的捕集材料的吸附效率通常是随着时间的推移逐渐变小的，例如，捕集材料A吸收1kg二氧化碳需要480分钟，其在前30分钟能够吸收800g，而剩下的200g则需要450分钟来完成吸附，此时可以认为捕集材料A在开始吸附的前30分钟内能够高效地进行二氧化碳吸附，而捕集材料A在开始吸附的后450分钟已经无法高效地进行二氧化碳吸附。因此，为了确保二氧化碳捕集效率，可以舍弃后面450分钟吸附效率较小的时段（可以认为在后面450分钟内捕集材料A对二氧化碳的吸附效率较低，且小于目标效率阈值），在捕集材料A开始吸附二氧化碳的30分钟后将捕集材料A直接转变为脱附状态，以保障二氧化碳捕集***100运转过程整体保持较高的捕集效率。

其次，该控制单元101可以确定该目标捕集单元是否达到脱附条件（即该目标捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率是否小于目标效率阈值），并在该目标捕集单元达到该脱附条件，并且上述多个捕集单元102a、102b和102c中除该目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行二氧化碳吸附操作的情况下，使该目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作。而如果在该目标捕集单元达到该脱附条件，并且上述多个捕集单元102a、102b和102c中除该目标捕集单元外没有正在执行二氧化碳吸附操作的捕集单元的情况下，为了避免二氧化碳捕集过程中出现只执行脱附操作而不执行吸附操作的空档期，可以使该目标捕集单元继续执行二氧化碳脱附操作。进一步的，如果该目标捕集单元为多个，可以从多个该目标捕集单元中任选一个该目标捕集单元继续执行二氧化碳脱附操作。

以捕集材料采用活性炭材料为例，在对某排放源排放的气体中的二氧化碳进行捕集的过程中，可以将气体引导至捕集单元102a和102b中，并对捕集单元102a和102b中设置的活性炭材料施加正电压，以使活性炭材料对气体中的二氧化碳进行吸附（此时捕集单元102a和102b为该目标捕集单元）。该控制单元101在确定捕集单元102a和102b达到脱附条件，并且102c正在执行二氧化碳吸附操作的情况下，可以对捕集单元102a和102b施加负电压，使捕集单元102a和102b中设置的活性炭材料对吸附的二氧化碳进行脱附。该控制单元101在确定捕集单元102a和102b达到脱附条件，并且102c正在执行二氧化碳脱附操作的情况下，可以对捕集单元102a施加负电压，使捕集单元102a中设置的活性炭材料对吸附的二氧化碳进行脱附，并对捕集单元102b施加正电压，使捕集单元102b中设置的活性炭材料继续对气体中的二氧化碳进行吸附。可以理解的是，在如此循环操作的模式下，多个捕集单元102a、102b和102c中始终保持有至少一个捕集单元在进行二氧化碳吸附，能够实现二氧化碳捕集***100运转过程中不间断地二氧化碳捕集，避免出现空档期，从而提高二氧化碳捕集效率。

在一种场景中，还可能会出现捕集单元102a、102b和102c同时执行该二氧化碳吸附操作，并同时达到该脱附条件的情况，此时为了避免出现空档期，该控制单元101，还用于在每个该捕集单元均执行该二氧化碳吸附操作，并且每个该捕集单元均达到该脱附条件的情况下，使待定捕集单元继续执行该二氧化碳吸附操作。其中，该待定捕集单元为上述多个捕集单元中的任一个捕集单元。可以理解为，当捕集单元102a、102b和102c同时执行该二氧化碳吸附操作，并同时达到该脱附条件时，可以从捕集单元102a、102b和102c中任选一个捕集单元来继续执行该二氧化碳吸附操作，以始终保持有至少一个捕集单元在进行二氧化碳吸附，实现二氧化碳捕集***100运转过程中不间断地二氧化碳捕集，从而提高二氧化碳捕集效率。

需要说明的是，本公开中的二氧化碳捕集***100用于对二氧化碳的捕集，但并不仅限于对二氧化碳的捕集，还可以实现对任意一种指定物质进行捕集（例如可以通过调整该捕集材料来实现对指定物质的捕集），本公开对此不做具体限定。其中，指定物质例如可以是水、颗粒物、挥发性有机物、一氧化碳、氮气、氧气、氮氧化物和硫化物等物质。

综上所述，本公开实施例所提供的二氧化碳捕集***，包括：控制单元以及多个捕集单元；其中，该控制单元，与上述多个捕集单元连接，用于确定上述多个捕集单元中正在执行二氧化碳吸附操作的目标捕集单元是否达到脱附条件；以及，在该目标捕集单元达到该脱附条件，并且上述多个捕集单元中除该目标捕集单元外的其他捕集单元中的至少一者正在执行二氧化碳吸附操作的情况下，使该目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；其中，该脱附条件为该捕集单元中的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值，该目标效率阈值是根据该捕集单元内部的环境参数确定的。本公开可以通过保证始终有至少一个捕集单元执行二氧化碳吸附，来对排放源排放的气体进行连续、不间断的二氧化碳捕集，能够避免二氧化碳捕集过程中出现空档期，提高了二氧化碳捕集效率。并且，该二氧化碳捕集***可以结合排放源的工作状态参数，动态地调整脱附条件，来使捕集单元可以更合理的进行二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换，以使二氧化碳捕集***能够达到最佳的工作状态，从而进一步提高二氧化碳捕集效率。

可选的，该控制单元，还用于在确定目标捕集单元是否达到脱附条件之前，获取该排放源的工作状态参数，并根据该捕集材料和该工作状态参数，确定该目标效率阈值。

示例地，该控制单元可以先获取该排放源的工作状态参数。例如，当该排放源为汽车时，该控制单元可以通过有线或无线连接的方式与该汽车上的车载终端进行连接，并向该车载终端发送参数请求指令，以使该车载终端将该汽车的实时工作状态参数发送给该控制单元。

然后，该控制单元可以根据该捕集单元中设置的捕集材料，选择该捕集材料对应的效率阈值计算模式（一种捕集材料对应一种效率阈值计算模式，每种效率阈值计算模式都可以理解为一种工作状态参数与效率阈值的对应关系），并根据该效率阈值计算模式，结合该工作状态参数，计算该目标效率阈值。以该排放源为汽车，且该工作状态参数为车速为例进行说明，车速越高，汽车排放的气体中二氧化碳的含量也就越高，为了降低二氧化碳排放，此时该目标效率阈值也可以设置的更高。例如，当车速为100km/h时，该目标效率阈值可以设置为90%，当车速为80km/h时，该目标效率阈值可以设置为75%。

需要说明的是，随着该工作状态参数的变化，该目标效率阈值也会随之变化。当该目标效率阈值越高时，二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换频率就越高，这样二氧化碳捕集效率也就越高。当该目标效率阈值越低时，二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换频率就越低，即不需要频繁地改变捕集单元102a、102b和102c的内部环境参数（捕集单元内部的温度、气压以及捕集材料的电压）来实现二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换，这样能够节约能源，降低二氧化碳捕集***的功耗。

进一步的，还可以预先在每个该捕集单元内部设置用于进行捕集材料识别的识别装置，同时该控制单元可以与该识别装置连接，以通过该识别装置自动识别该捕集单元中设置的捕集材料，以便该控制单元在获取到该捕集材料的种类后计算该目标效率阈值。

图2是根据图1示出的一种捕集单元的结构示意图，如图2所示，每个该捕集单元102包括：环境调节单元1021、捕集气室1022和捕集材料1023；其中，每个该捕集气室1022分别通过控制阀和气管与该排放源的排气端连通，该捕集材料1023设置在该捕集气室1022内部。该控制单元，与该环境调节单元1021连接，用于控制该环境调节单元1021调节该捕集材料1023所执行的捕集操作，该捕集操作为该二氧化碳吸附操作或该二氧化碳脱附操作。其中，该环境调节单元1021的实际设备由该捕集单元102中设置的用于吸附和脱附二氧化碳的捕集材料1023决定。

例如，当该捕集材料1023为改性沸石、氧化铝或胺基材料时，该环境调节单元1021可以为加热器，该加热器可以通过直接或间接的方式来调节该捕集气室1022的温度（如升高温度或降低温度），以调节该捕集材料1023所执行的捕集操作，即该环境调节单元1021可以与该捕集气室1022直接接触或间接接触（此时该环境调节单元1021与该捕集材料1023可以直接接触，也可以间接接触），本公开对此不做详细限定。再例如，当该捕集材料1023为活性炭材料或聚合物时，该环境调节单元1021可以为电源，该电源可以与该捕集材料1023直接连接，来为该捕集材料1023施加正负电压，以调节该捕集材料1023所执行的捕集操作。又例如，当该捕集材料1023为硅胶类材料时，该环境调节单元1021可以是气压调节装置（如压力调节器），该气压调节装置可以通过直接或间接的方式来调节该捕集气室1022的气压（如升高气压或降低气压），以调节该捕集材料1023所执行的捕集操作，即该气压调节装置可以与该捕集气室1022直接接触或间接接触（此时该环境调节单元1021与该捕集材料1023可以直接接触，也可以间接接触），本公开对此不做详细限定。进一步的，调节该捕集材料1023所执行的捕集操作并不一定仅局限于通过改变温度、电压和气压中的一个条件来实现，还可以通过同时改变温度、电压和气压中的至少两个条件来实现。例如，当该捕集材料1023为分子筛时，该环境调节单元1021可以包括加热器和气压调节装置，并通过同时改变温度和气压，来调节该捕集材料1023所执行的捕集操作。

示例地，在判断捕集材料1023的吸附效率是否小于该目标效率阈值时，可以通过两种方式进行判断，其一为，在一种可能的实施方式中，该捕集气室1022的入口处设置有第一浓度检测组件1024，该捕集气室1022的出口处设置有第二浓度检测组件1025；该控制单元，用于根据该第一浓度检测组件1024检测到的二氧化碳浓度值，以及该第二浓度检测组件1025检测到的二氧化碳浓度值，确定该捕集材料1023的吸附效率是否小于该目标效率阈值。具体地，当该第二浓度检测组件1025检测到的二氧化碳浓度值和该第一浓度检测组件1024检测到的二氧化碳浓度值的比值大于或等于预设比值阀值的情况下（该第二浓度检测组件1025检测到的二氧化碳浓度值和该第一浓度检测组件1024检测到的二氧化碳浓度值的比值，实际上反应的是该捕集材料1023的二氧化碳吸附效率），可以认为该捕集材料1023的二氧化碳吸附能力并未大幅下减，进而确定该捕集材料1023的吸附效率大于或等于该目标效率阈值，还能继续执行二氧化碳吸附操作。反之，当该第二浓度检测组件1025检测到的二氧化碳浓度值和该第一浓度检测组件1024检测到的二氧化碳浓度值的比值小于目标效率阈值的情况下，可以认为该捕集材料1023的二氧化碳吸附能力已经大幅下减，即该捕集材料1023的吸附效率小于该目标效率阈值。

或者，在另一种可能的实施方式中，可以先通过大量实验预先确定该捕集材料1023从完全未吸附二氧化碳到二氧化碳吸附效率达到该目标效率阈值的时长，并作为时长阈值写入控制单元。该控制单元，用于根据目标时长和预设的时长阈值确定该捕集材料1023的吸附效率是否小于该目标效率阈值；其中，该目标时长为当前时间点与该捕集材料1023最近一次开启二氧化碳吸附操作的时间点之间的间隔时长。可以理解的是，当该目标时长未达到该时长阈值时，可以认为该捕集材料1023的吸附效率大于或等于该目标效率阈值。反之，当该目标时长超过了该时长阈值后，可以认为该捕集材料1023的吸附效率小于该目标效率阈值。

图3是根据图1示出的另一种二氧化碳捕集***的结构示意图，如图3所示，该***100还可以包括：预处理单元103、废热利用单元104、第一制冷单元105、第二制冷单元106、气泵107、***出气口110、储存单元以及控制阀。

示例地，该控制阀包括：入口阀108a和出口阀108b。具体地，该排气端201通过气管与该入口阀108a连通，该入口阀108a通过气管与多个该捕集气室连通；多个该捕集气室分别与该出口阀108b连通，该出口阀108b与该储存单元连通。另外，需要说明的是，图3中未示出上述的控制单元，该控制单元通过有线或无线的连接方式分别与该入口阀108a和该出口阀108b连通，用于：控制该入口阀108a的通断，以使得该排气端201排放的气体进入执行二氧化碳吸附操作的捕集气室；以及，获取该捕集气室的出口处设置的第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，并根据该捕集气室的出口处设置的第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，控制该出口阀108b的通断，以使得执行二氧化碳脱附操作的捕集气室中释放出的二氧化碳进入该储存单元。例如，该控制单元可以在该第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值大于预设的浓度阈值时，确定该捕集单元的二氧化碳脱附操作基本完成，进而控制该出口阀108b的通断，以使得执行二氧化碳脱附操作的捕集气室中释放出的二氧化碳进入该储存单元。另外，该出口阀108b还可以与***出气口110连接，该控制单元可以对该出口阀108b进行控制，以使内部捕集材料执行二氧化碳吸附操作的捕集气室通过该出口阀108b与***出气口110连通，从而将该排气端201排放的经二氧化碳吸附操作后的剩余气体从***出气口110排出，或者使内部捕集材料执行二氧化碳脱附操作的捕集气室与***出气口110不连通，从而避免二氧化碳脱附操作释放出的二氧化碳从***出气口110排出。

在一种场景中，该排放源为移动排放源，该移动排放源可以是汽车、摩托车、三轮汽车、船舶、铁路内燃机车和飞机等能够移动，且会向大气中排放二氧化碳的排放源。如图4所示，该第一制冷单元105，包括：依次连通的引气端105a、引气管105b和出气端105c，该引气管105b与该捕集气室和该排气端201之间的气管111贴合设置。图4中以该引气管105b圈套在该气管111外层进行示例，该引气管105b的前端为封闭设置，而该引气管105b后端的出气端105c为通气设置。该引气端105a朝向该移动排放源的移动方向；该引气端105a，用于将该移动排放源移动时产生的低温气流引入该引气管105b，以通过该引气管105b内的低温气流降低该排气端排放的气体的温度。需要说明的是，由于该气管111通常是封闭在***100的壳体中，而不是直接暴露在外部空气中的。因此，设置图4所示的结构的意义在于将移动排放源移动所带来的冷风引入，并使其流经气管111的***，达到制冷的目的。

进一步的，该废热利用单元104用于将该排气端201排放的气体中的热能转化为电能进行储存。具体地，该废热利用单元104可以为热电发生器（Thermal ElectricGenerator，简称TEG）、结合热管（Heat Pipe）的TEG，或者，有机朗肯循环（Organic RankineCycle，简称ORC）等。该第二制冷单元106，设置于该捕集气室和该排气端201之间，与该废热利用单元104电连接，用于通过该废热利用单元104提供的电能进行制冷，以对流经该第二制冷单元106的气体进行降温。在实际的二氧化碳捕集过程中，在一般情况下，可以仅使用该第一制冷单元105对该排气端201排放的气体进行制冷，以避免额外能源消耗。或者，在本公开的另一实施例中，该控制单元，用于根据该移动排放源的移动速度，确定是否同时启用该第二制冷单元106与该第一制冷单元105二者，对该排气端201排放的气体进行制冷。例如，当该移动排放源的移动速度小于预设的速度阈值时，移动排放源移动所产生的低温气流较小，使得该第一制冷单元105难以满足降低该排气端中的气体的温度的需求，需要同时启用该第二制冷单元106，来对该排气端201排放的气体进行制冷。

示例地，该控制单元，与该气泵107连接，用于在确定该排气端201排放的气体的流速小于预设流速的情况下，开启该气泵107，以提高该气体在气管中的流速。需要说明的是，排气端201排放的气体在该二氧化碳捕集***100中流动的主要动力来源为排放源本身向外排气的气体的动能，但在该动能不足以推动气体在该二氧化碳捕集***100中流动的情况下，可以开启该气泵107提供额外的推动力。具体地，可以通过该二氧化碳捕集***100中气体的流速确定上述的推动力是否足够。例如，该二氧化碳捕集***100与该排气端201连通的部位可以设置有流速检测设备，以获取该排气端201排放的气体的流速，该流速检测设备可以为文丘里管流量计或皮托管流量计。另外，该气泵107可以与废热利用单元104连接，以便通过该废热利用单元104向该气泵107供能，从而进一步降低额外能源消耗。

示例地，储存单元，包括：压缩组件109a和储气罐109b；该压缩组件109a，与该废热利用单元104电连接，用于通过该废热利用单元104提供的电能对该捕集气室中释放出的二氧化碳进行压缩，并将压缩后的二氧化碳传输至该储气罐109b。并且，该预处理单元103，设置于排放源的排气端201的尾部，用于对该排气端201排放出的气体中的目标物质进行去除。其中，该目标物质可以包括：水、颗粒物、挥发性有机物、一氧化碳、氮气、氮氧化物和硫化物中的至少一者。在实际的应用过程中，该预处理单元103通常需要去除水、挥发性有机物和颗粒物这三者，以保证不会将杂质（包括水、颗粒物和挥发性有机物形成的非气体杂质）引入后续的二氧化碳捕集单元。另外，还需要针对不同的捕集材料过滤一氧化碳、氮气、氮氧化物和硫化物等气体物质中的一者或多者，以避免这些气体物质被捕集材料吸收，影响捕集材料对二氧化碳的捕集能力。例如，针对于对一氧化碳和二氧化碳都具备一定吸附能力的捕集材料，需要提前通过该预处理单元103去除掉气体中的一氧化碳。

在另一种可能的实施方式中，上述的多个捕集单元102a、102b、102c中均设置有循环气路和内部气泵，该循环气路用于将捕集单元102a、102b、102c的出口端和入口端连通，该内部气泵设置于该循环气路的内部。在该捕集单元102a、102b、102c内的捕集材料处于二氧化碳脱附状态的情况下，该控制阀被关闭，该内部气泵启动，以带动气流在循环气路中流动，以提高二氧化碳脱附效果。同时，在确定该捕集材料充分脱附后，该内部气泵还用于将循环气路中的二氧化碳通过该出口阀108b输送至该压缩组件109a中。同样地，该内部气泵可以与废热利用单元104连接，以便通过该废热利用单元104向该内部气泵供能，也由上述的该废热利用单元104供能，从而进一步降低额外能源消耗。

示例地，除了为上述的第二制冷单元106、压缩组件109a、气泵107和内部气泵进行供能之外，该废热利用单元104还可以通过与捕集单元102a、102b、102c电连接，来为捕集单元102a、102b、102c的环境调节单元供能。另外，需要说明的是，图3中仅示出了该废热利用单元104与捕集单元102c之间的连接，而未示出该废热利用单元104与捕集单元102a、102b之间的连接，但并不代表该废热利用单元104与捕集单元102a、102b不连接。具体地，例如，当捕集单元102a、102b、102c中设置的捕集材料为改性沸石或氧化铝，且该环境调节单元为加热器时，在捕集单元执行二氧化碳吸附操作的过程中，该加热器不启动，在捕集单元执行二氧化碳脱附操作的过程中，该加热器开始加热。在此过程中，该加热器可以由该废热利用单元104进行供能。或者，当捕集单元102a、102b、102c中设置的捕集材料为活性炭材料，且该环境调节单元为电源时。在捕集单元执行二氧化碳吸附操作的过程中，该电源对捕集材料施加正电压，在捕集单元执行二氧化碳脱附操作的过程中，该电源对捕集材料施加负电压。在此过程中，该电源同样可以由该废热利用单元104进行供能。

综上所述，本公开实施例提供的二氧化碳捕集***首先可以通过保证始终有至少一个捕集单元执行二氧化碳吸附，来对排放源排放的气体进行连续、不间断的二氧化碳捕集，能够避免二氧化碳捕集过程中出现空档期，提高了二氧化碳捕集效率。其次，该二氧化碳捕集***可以结合排放源的工作状态参数，动态地调整脱附条件，来使捕集单元可以更合理的进行二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换，以使二氧化碳捕集***能够达到最佳的工作状态，从而进一步提高二氧化碳捕集效率。并且，该二氧化碳捕集***可以使用排放源移动过程中的行驶动能所产生的低温气流对排放源排放的气体进行制冷，同时可以将排放源排放尾气的废热能转换为电能供给制冷单元进行二级制冷，实现了废热能、行驶动能的充分利用和有机结合，能够避免能量浪费，提高了能量利用效率，从而降低了二氧化碳捕集的功耗和成本。另外，该二氧化碳捕集***可以使用排放源排放尾气的喷射动能驱动气体在二氧化碳捕集***中流动，同时在必要时可以利用排放源排放尾气的废热能对喷射动能进行补充，实现对废热能和喷射动能的充分利用和有机结合，进一步避免了能量浪费，并提高了能量利用效率，从而进一步降低了二氧化碳捕集的功耗和成本。最后，该二氧化碳捕集***不需要外接能源设备进行供能，能够避免额外能源消耗和二氧化碳排放，并降低整个设备的体积、重量和成本。

图5是根据一示例性实施例示出的一种二氧化碳捕集方法的流程图，如图5所示，该方法可以包括：

步骤301，确定该目标捕集单元是否达到脱附条件。该目标捕集单元为多个捕集单元中正在对排放源排放的气体执行二氧化碳吸附操作的捕集单元。

步骤302，在该目标捕集单元达到该脱附条件，并且上述多个捕集单元中除该目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行该二氧化碳吸附操作的情况下，使该目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作。

其中，该脱附条件为该捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值，该目标效率阈值是根据该排放源的工作状态参数确定的。

图6是根据图5所示实施例示出的另一种二氧化碳捕集方法的流程图，如图6所示，该方法还可以包括：

步骤303，在每个该捕集单元均执行该二氧化碳吸附操作，并且每个该捕集单元均达到该脱附条件的情况下，使待定捕集单元继续执行该二氧化碳吸附操作，该待定捕集单元为上述多个捕集单元中的任一个捕集单元。

图7是根据图5所示实施例示出的另一种二氧化碳捕集方法的流程图，如图7所示，在步骤301之前，该方法还可以包括：

步骤304，获取该排放源的工作状态参数，并根据该捕集材料和该工作状态参数，确定该目标效率阈值。

图8是根据图5所示实施例示出的另一种二氧化碳捕集方法的流程图，如图8所示，该排放源为移动排放源，该方法还可以包括：

步骤305，根据该移动排放源的移动速度，确定是否同时启用该二氧化碳捕集***中设置的第二制冷单元和第一制冷单元二者，对该移动排放源的排气端排放的气体进行制冷。

图9是根据图5所示实施例示出的又一种二氧化碳捕集方法的流程图，如图9所示，该方法还可以包括：

步骤306，在确定该排放源的排气端排放的气体的流速小于预设流速的情况下，开启二氧化碳捕集***中设置的气泵，以提高气体在气管中的流速。

综上所述，本公开实施例提供的二氧化碳捕集***首先可以通过保证始终有至少一个捕集单元执行二氧化碳吸附，来对排放源排放的气体进行连续、不间断的二氧化碳捕集，能够避免二氧化碳捕集过程中出现空档期，提高了二氧化碳捕集效率。其次，该二氧化碳捕集***可以结合排放源的工作状态参数，动态地调整脱附条件，来使捕集单元可以更合理的进行二氧化碳吸附操作和二氧化碳脱附操作的切换，以使二氧化碳捕集***能够达到最佳的工作状态，从而进一步提高二氧化碳捕集效率。并且，该二氧化碳捕集***可以使用排放源移动过程中的行驶动能所产生的低温气流对排放源排放的气体进行制冷，同时可以将排放源排放尾气的废热能转换为电能供给制冷单元进行二级制冷，实现了废热能、行驶动能的充分利用和有机结合，能够避免能量浪费，提高了能量利用效率，从而降低了二氧化碳捕集的功耗和成本。另外，该二氧化碳捕集***可以使用排放源排放尾气的喷射动能驱动气体在二氧化碳捕集***中流动，同时在必要时可以利用排放源排放尾气的废热能对喷射动能进行补充，实现对废热能和喷射动能的充分利用和有机结合，进一步避免了能量浪费，并提高了能量利用效率，从而进一步降低了二氧化碳捕集的功耗和成本。最后，该二氧化碳捕集***不需要外接能源设备进行供能，能够避免额外能源消耗和二氧化碳排放，并降低整个设备的体积、重量和成本。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (21)

1.一种二氧化碳捕集***，其特征在于，所述二氧化碳捕集***包括：

控制单元以及多个捕集单元；其中，

所述控制单元，与所述多个捕集单元连接，用于确定目标捕集单元是否达到脱附条件；所述目标捕集单元为所述多个捕集单元中正在对排放源排放的气体执行二氧化碳吸附操作的捕集单元；

所述控制单元，还用于在所述目标捕集单元达到所述脱附条件，并且所述多个捕集单元中除所述目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行所述二氧化碳吸附操作的情况下，使所述目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；其中，

所述脱附条件为所述捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值；所述目标效率阈值是根据所述排放源的工作状态参数确定的。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述控制单元，还用于在每个所述捕集单元均执行所述二氧化碳吸附操作，并且每个所述捕集单元均达到所述脱附条件的情况下，使待定捕集单元继续执行所述二氧化碳吸附操作；所述待定捕集单元为所述多个捕集单元中的任一个捕集单元。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述控制单元，还用于在所述确定目标捕集单元是否达到脱附条件之前，获取所述排放源的工作状态参数，并根据所述捕集材料和所述工作状态参数，确定所述目标效率阈值。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，每个所述捕集单元包括：环境调节单元、捕集气室和捕集材料；其中，

每个所述捕集气室分别通过控制阀和气管与所述排放源的排气端连通，所述捕集材料设置在所述捕集气室内部。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述控制单元，与所述环境调节单元连接，用于控制所述环境调节单元调节所述捕集材料所执行的捕集操作，所述捕集操作为所述二氧化碳吸附操作或所述二氧化碳脱附操作。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述捕集气室的入口处设置有第一浓度检测组件，所述捕集气室的出口处设置有第二浓度检测组件；

所述控制单元，用于根据所述第一浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，以及所述第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，确定所述捕集材料的吸附效率是否小于所述目标效率阈值。

7.根据权利要求5所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述控制单元，用于根据目标时长和预设的时长阈值确定所述捕集材料的吸附效率是否小于所述目标效率阈值；其中，

所述目标时长为当前时间点与所述捕集材料最近一次开启二氧化碳吸附操作的时间点之间的间隔时长。

8.根据权利要求5所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述二氧化碳捕集***还包括：储存单元，所述控制阀包括：入口阀和出口阀；

所述排气端通过气管与所述入口阀连通，所述入口阀通过气管与多个所述捕集气室连通；

多个所述捕集气室分别与所述出口阀连通，所述出口阀与所述储存单元连通。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述控制单元，分别与所述入口阀和所述出口阀连通，用于：

控制所述入口阀的通断，以使得所述排气端排放的气体进入执行二氧化碳吸附操作的捕集气室；以及，

根据所述捕集气室的出口处设置的第二浓度检测组件检测到的二氧化碳浓度值，控制所述出口阀的通断，以使得执行二氧化碳脱附操作的捕集气室中释放出的二氧化碳进入所述储存单元。

10.根据权利要求8所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述排放源为移动排放源，所述二氧化碳捕集***，还包括：第一制冷单元；其中，

所述第一制冷单元，包括：依次连通的引气端、引气管和出气端，所述引气管与所述捕集气室和所述排气端之间的气管贴合设置，所述引气端朝向所述移动排放源的移动方向；

所述引气端，用于将所述移动排放源移动时产生的低温气流引入所述引气管，以通过所述引气管内的低温气流降低所述排气端排放的气体的温度。

11.根据权利要求10所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述二氧化碳捕集***，还包括：废热利用单元；

所述废热利用单元用于将所述排气端排放的气体中的热能转化为电能进行储存。

12.根据权利要求11所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述二氧化碳捕集***，还包括：第二制冷单元；

所述第二制冷单元，设置于所述捕集气室和所述排气端之间，与所述废热利用单元电连接，用于通过所述废热利用单元提供的电能进行制冷，以对流经所述第二制冷单元的气体进行降温。

13.根据权利要求12所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述控制单元，用于根据所述移动排放源的移动速度，确定是否同时启用所述第二制冷单元与所述第一制冷单元二者，对所述排气端排放的气体进行制冷。

14.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述二氧化碳捕集***，还包括：气泵；

所述控制单元，与所述气泵连接，用于在确定所述排气端排放的气体的流速小于预设流速的情况下，开启所述气泵，以提高所述气体在气管中的流速。

15.根据权利要求11所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述储存单元，包括：压缩组件和储气罐；

所述压缩组件，与所述废热利用单元电连接，用于通过所述废热利用单元提供的电能对所述捕集气室中释放出的二氧化碳进行压缩，并将压缩后的二氧化碳传输至所述储气罐。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述二氧化碳捕集***，还包括：预处理单元：

所述预处理单元，设置于所述排放源的排气端的尾部，用于对所述排气端排放出的气体中的目标物质进行去除，所述目标物质包括：水、颗粒物、挥发性有机物、一氧化碳、氮气、氧气、氮氧化物和硫化物中的至少一者。

17.一种二氧化碳捕集方法，其特征在于，应用于权利要求1-16中任一项所述的二氧化碳捕集***，所述方法包括：

确定目标捕集单元是否达到脱附条件；所述目标捕集单元为多个捕集单元中正在对排放源排放的气体执行二氧化碳吸附操作的捕集单元；

在所述目标捕集单元达到所述脱附条件，并且所述多个捕集单元中除所述目标捕集单元外的至少一个捕集单元正在执行所述二氧化碳吸附操作的情况下，使所述目标捕集单元开始执行二氧化碳脱附操作；其中，

所述脱附条件为所述捕集单元中设置的捕集材料的吸附效率小于目标效率阈值；所述目标效率阈值是根据所述排放源的工作状态参数确定的。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

在每个所述捕集单元均执行所述二氧化碳吸附操作，并且每个所述捕集单元均达到所述脱附条件的情况下，使待定捕集单元继续执行所述二氧化碳吸附操作；所述待定捕集单元为所述多个捕集单元中的任一个捕集单元。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述确定目标捕集单元是否达到脱附条件之前，所述方法，还包括：

获取所述排放源的工作状态参数，并根据所述捕集材料和所述工作状态参数，确定所述目标效率阈值。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述排放源为移动排放源，所述方法，还包括：

根据所述移动排放源的移动速度，确定是否同时启用所述二氧化碳捕集***中设置的第二制冷单元和第一制冷单元二者，对所述移动排放源的排气端排放的气体进行制冷。

21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

在确定所述排放源的排气端排放的气体的流速小于预设流速的情况下，开启所述二氧化碳捕集***中设置的气泵，以提高所述气体在气管中的流速。

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