Kodėl tiesioginiam oro surinkimui reikalingos mažo slėgio kritimo ir mažos šiluminės masės 3D sorbentinės atramos?

Kodėl tiesioginiam oro surinkimui reikalingos mažo slėgio kritimo ir mažos šiluminės masės 3D sorbentinės atramos?

Tiesioginis oro surinkimas arba DAC tampa vis svarbesniu anglies dioksido šalinimo technologiniu keliu.

Skirtingai nuo įprasto anglies surinkimo iš koncentruotų pramoninių dūmų dujų, DAC veikia su atmosferos oru, kuriame CO₂ koncentracija yra daug mažesnė.

Tai reiškia, kad DAC sistema turi nuolat apdoroti labai didelį oro kiekį.

Todėl DAC veikimo negalima įvertinti vien tik pagal sorbento CO₂ adsorbcijos pajėgumą.

Oro srauto pasipriešinimas, dujų ir kietosios medžiagos sąlytis, sorbento imobilizacija, struktūrinis svoris, regeneracijos temperatūra ir ciklinis stabilumas gali turėti įtakos bendram sistemos efektyvumui.

Dėl šios priežasties DAC kūrimas palaipsniui pereina nuo metodo, kuriame naudojami tik sorbentai, prie labiau integruoto inžinerinio modelio:

Sorbento chemija + porėta struktūra + oro srautas + šilumos valdymas + modulio konstrukcija

1. DAC yra ne tik apie sorbentą

Dauguma diskusijų apie DAC natūraliai sutelktos į sorbento cheminę sudėtį.

Įprastos tyrimų sritys apima:

• Aminų pagrindu pagaminti sorbentai
• Šarminės medžiagos
• Metaliniai-organiniai karkasai
• Porėti polimerai
• Funkcinės porėtos medžiagos
• Hibridinės kietojo sorbento sistemos

Šios medžiagos yra atsakingos už cheminę sąveiką su CO₂.

Tačiau sorbentas negali veikti savarankiškai praktinio DAC modulio viduje.

Jis turi būti paremtas, padengtas, imobilizuotas arba paskirstytas struktūroje, kuri leistų orui praeiti, tuo pačiu išlaikant pakankamą kontaktą tarp dujų ir aktyvaus sorbento.

Todėl praktiškas DAC modulis turi atsakyti į du skirtingus klausimus:

Ar sorbentas gali efektyviai surinkti CO₂?

bei

Ar oras gali judėti per adsorbcijos struktūrą su priimtinomis energijos sąnaudomis?

Antras klausimas – kur struktūrizuoti sorbento nešikliai tampa ypač svarbūs.

2. Kodėl slėgio kritimas svarbus DAC sistemoje

Vienas iš esminių DAC ir taškinio šaltinio anglies surinkimo skirtumų yra apdorojamų dujų tūris.

Kadangi atmosferos CO₂ koncentracija yra maža, DAC sistema turi perkelti didelį oro kiekį, kad surinktų reikšmingą CO₂ kiekį.

Kiekviena konstrukcija, esanti oro sraute, sukuria pasipriešinimą.

Slėgio kritimas gali padidėti, kai:

• Adsorbcijos sluoksnis yra per storas
• Porų kanalai yra per maži
• Sorbento užpildymas yra per tankus
• Srauto keliai tampa labai vingiuoti
• Dangos iš dalies blokuoja atviras poras

Didesnis slėgio kritimas reiškia:

Didesnis ventiliatoriaus galios poreikis.

Didelės apimties DAC sistemoms šis pagalbinis energijos poreikis gali tiesiogiai paveikti veikimo efektyvumą ir sąnaudas.

Todėl svarbus inžinerinis tikslas yra palaikyti pakankamą sorbento kiekį ir dujų bei kietosios medžiagos sąlytį, kartu sumažinant oro srauto pasipriešinimą.

3. Daugiau sorbento ne visada geriau

Medžiagų požiūriu, iš pradžių gali atrodyti pageidautina didinti sorbento kiekį.

Tačiau struktūrizuotoje DAC sistemoje maksimali apkrova nebūtinai yra optimali sąlyga.

Jei per didelis sorbento kiekis blokuoja porėtą struktūrą, gali kilti keletas problemų:

• Padidėjęs oro srauto pasipriešinimas
• Didesnis slėgio kritimas
• Sumažinti atvirų srautų kanalai
• Mažesnis vidinio sorbento sunaudojimas
• Lėtesnė adsorbcijos kinetika
• Lėtesnė desorbcija

Tikrasis dizaino iššūkis yra subalansuoti:

Sorbento įkrovimas × Masės perdavimas × Slėgio kritimas

o ne vien tik optimizuoti sorbento įkrovimą.

4. Kodėl maža šiluminė masė taip pat svarbi

Daugelyje kietojo sorbento DAC sistemų naudojama šiluminė energija surinktam CO₂ išlaisvinti ir sorbentui regeneruoti.

Šio regeneravimo etapo metu energija gali būti naudojama ne tik pačiam sorbentui šildyti, bet ir:

• Atraminė konstrukcija
• rėmeliai
• Mechaninės atramos
• Vidiniai modulio komponentai
• Kitos neaktyviosios medžiagos

Jei konstrukcinė atrama yra sunki, kiekvienas ciklas gali apimti pakartotinį didelio kiekio medžiagos kaitinimą, kuris tiesiogiai neprisideda prie CO₂ surinkimo.

Todėl neaktyvios konstrukcijos masės mažinimas gali būti svarbus inžinerinis tikslas.

Mažesnio tankio atrama gali sumažinti neaktyviosios medžiagos kiekį kiekviename šildymo ir aušinimo cikle.

Tačiau svarbu būti tiksliam:

Mažas tankis nebūtinai reiškia mažesnes bendras DAC energijos sąnaudas.

Faktinė sistemos energija priklauso nuo šilumos talpos, sorbento chemijos, regeneracijos temperatūros, šilumos perdavimo efektyvumo, modulio architektūros ir darbo ciklo projekto.

Todėl šie galimi privalumai turi būti patvirtinti eksperimentiškai.

5. Struktūriniai sorbentai tampa vis svarbesni

Tradicinės adsorbcijos sistemos dažnai naudoja supakuotus sluoksnius.

Supakuotos lovos yra paprastos ir gerai suprantamos, tačiau jos gali sukelti inžinerinių apribojimų, tokių kaip:

• Sudėtingi oro srauto keliai
• Didesnis slėgio kritimas
• Dalelių dilimas
• Dulkių susidarymas
• Nevienodas šilumos perdavimas

Tai viena iš priežasčių, kodėl struktūrizuoti sorbentai sulaukia vis daugiau dėmesio.

Koncepcija paprasta:

Užuot užpildžius modulį biriomis dalelėmis, sorbentas paskirstomas ant iš anksto suprojektuotos struktūros arba jos viduje.

Tai leidžia inžinieriams savarankiškai optimizuoti:

• Srauto kanalo geometrija
• Paviršiaus plotas
• Sorbento sluoksnio storis
• Slėgio kritimas
• Šilumos perdavimas
• Mechaninis stabilumas

6. Įprastų DAC sorbento struktūrų palyginimas

Nė viena struktūra nėra optimali kiekvienai DAC sistemai.

Tinkama architektūra priklauso nuo:

• Oro srauto greitis
• Sorbento chemija
• Regeneracijos metodas
• Modulio matmenys
• Tikslinis tarnavimo laikas

7. Kodėl verta įvertinti atvirų porų putas

Atvirų porų putos elgiasi kitaip nei korio struktūros putos.

Koryje paprastai yra gana reguliarūs, tiesūs kanalai.

Atvirų porų putos turi tarpusavyje susijungusį trimatį porų tinklą.

Tai leidžia dujoms keliauti keliais keliais medžiagos viduje.

Inžinerijos požiūriu, ši konstrukcija gali pasižymėti keliomis įdomiomis savybėmis.

3D oro srauto keliai

Sujungtas porų tinklas leidžia orui praeiti per struktūrą keliomis kryptimis.

Tai gali padėti sukurti efektyvesnę dujų srauto ir funkcinio sorbento paviršiaus sąveiką.

Mažas konstrukcinis svoris

Mažo tankio putplastis gali užimti santykinai didelį tūrį, naudojant santykinai nedidelį kiekį atraminės medžiagos.

Tai gali būti naudinga DAC moduliuose, kuriuose svarbus ir konstrukcinis svoris, ir šiluminė masė.

Reguliuojama konstrukcija

Storis, matmenys, tankis ir paviršiaus apdorojimas gali būti pritaikyti skirtingoms modulių koncepcijoms.

Lengvas konvertavimas

Atvirų porų putas galima pjaustyti, apdirbti CNC staklėmis, laminuoti arba paversti skirtingomis prototipų geometrijomis.

Tai gali būti ypač naudinga ankstyvosios stadijos DAC modulio kūrimo metu.

8. Galimas melamino putų vaidmuo DAC

SINOYQX melamino putplastis yra mažo tankio, trimatė atvirų porų porėta medžiaga.

Tipinis standartinės inžinerinės klasės tankis yra maždaug:

8.5 kg / m³

DAC inžinerijos požiūriu, tai galima įvertinti kaip:

Lengvas 3D sorbentinis palaikymas

Jo potencialus vaidmuo yra ne pats veikti kaip CO₂ sorbentas, o teikti:

• Trimatė porėta atraminė konstrukcija
• Oro srauto takai
• Sorbento imobilizacijos substratas
• Pritaikoma modulio geometrija
• Maža konstrukcinė masė

9. Melamino putplastis nėra CO₂ Sorbentas

Šis skirtumas yra svarbus.

Standartinės melamino putos neturėtų būti pateikiamos kaip tiesioginis CO₂ sorbentas DAC.

DAC sistemoje tikroji CO₂ surinkimo funkcija atliekama naudojant medžiagas, pasižyminčias tinkamu cheminiu afinitetu arba selektyvumu CO₂ atžvilgiu.

Tai gali būti:

• Aminą turinčių medžiagų
• Metaliniai-organiniai karkasai
• Šarminiai sorbentai
• Funkciniai porėti polimerai
• Kitos CO₂ selektyvios sorbentų sistemos

Realesnis melamino putplasčio vaidmuo yra tarnauti kaip trimatė struktūrinė atrama šioms aktyviosioms medžiagoms.

Todėl galutinę DAC medžiagų sistemą reikėtų suprasti taip:

3D atrama + funkcinis sorbentas

o ne kaip vientisa putplasčio medžiaga.

10. Kaip sorbentus galima užkrauti ant 3D putplasčio?

Tai vienas iš pagrindinių vystymosi klausimų.

Priklausomai nuo sorbento cheminės sudėties, galima įvertinti kelis įkrovimo metodus.

Paviršiaus dengimas

Ant putplasčio karkaso uždedamas funkcinis sorbento sluoksnis.

Įmirkimas

Atvirų porų struktūra yra impregnuota funkcine medžiaga.

Polimerų funkcionalizavimas

Putplasčio paviršius chemiškai arba fiziškai modifikuojamas funkcinėmis grupėmis arba polimerais.

Sudėtinė struktūra

Putplastis sujungiamas su membranomis, pluoštais, dangomis ar kitais sorbento turinčiais sluoksniais.

Kiekvienas maršrutas gali paveikti:

• Sorbento įkrovimas
• Porų užsikimšimas
• Slėgio kritimas
• Adsorbcijos kinetika
• Dangos sukibimas
• Dviračių patvarumas

Dėl šios priežasties apkrovos metodas turi būti įvertintas kartu su konstrukcija.

11. Ką reikėtų išbandyti DAC sorbento laikiklyje?

Medžiaga DAC neturėtų būti parenkama remiantis vien tik tankiu ar poringumu.

Svarbesnis žingsnis yra modulio lygio inžinerinis patvirtinimas.

Slėgio kritimas ir oro greitis

Išmatuokite slėgio kritimą esant įvairiam oro srauto greičiui.

Tai vienas iš svarbiausių aerodinaminio efektyvumo rodiklių.

Sorbento įkrovimas

Nustatykite, kiek funkcinio sorbento galima stabiliai įkrauti į atramos masės arba tūrio vienetą.

CO₂ įsisavinimas

Naudinga įvertinti abu:

g CO₂ / kg sorbento

bei

kg CO₂ / m³ modulis

nes praktines DAC sistemas taip pat riboja modulio tūris.

Sorbcijos kinetika

Išmatuokite, kaip greitai CO₂ gali pasiekti sorbentą ir su juo sąveikauti.

Desorbcijos kinetika

Išmatuokite, kaip efektyviai CO₂ gali būti išskiriamas regeneracijos metu.

Šiluminės mišios

Įvertinkite su putomis, sorbentu ir kitomis konstrukcinėmis medžiagomis susijusią šiluminę apkrovą.

Drėgmės stabilumas

Aplinkos ore yra drėgmės, todėl reikia atsižvelgti į drėgmės poveikį tiek sorbentui, tiek atraminei konstrukcijai.

Dviračio stabilumas

Ilgalaikiam DAC veikimui reikalingi pakartotiniai adsorbcijos-desorbcijos ciklai.

Pagrindiniai pastebėjimai apima:

• Sorbento nuostoliai
• Dangos įtrūkimai
• Putų deformacija
• Slėgio kritimo pokyčiai
• Adsorbcijos pajėgumo mažėjimas

12. Skirtingoms DAC sistemoms gali reikėti skirtingų putplasčio struktūrų

„SINOYQX“ DAC taiko kaip bendro kūrimo programą, o ne kaip vieną fiksuotą putplasčio rūšį.

Galimos medžiagų kryptys:

Standartinis atvirų porų putplastis

Ankstyvosios stadijos sorbento įkrovimui ir medžiagų atrankai.

Mažo slėgio kritimo konstrukcija

Sistemoms, kuriose ypač svarbus oro srauto pasipriešinimas ir ventiliatoriaus energija.

Hidrofobinės putos

Skirtas konstrukcijų elgsenai įvertinti esant didelei oro drėgmei.

Sustiprintos putos

Moduliams, kuriems reikalingas geresnis mechaninis stabilumas.

Pasirinktinė geometrija

CNC pjaustomoms arba nestandartinės formos konstrukcijoms, pagrįstoms konkrečiais DAC modulio matmenimis.

Nėra universalios „geriausios“ putplasčio struktūros.

Teisingas projektas priklauso nuo sorbento cheminės sudėties ir DAC sistemos architektūros.

13. Nuo medžiagų atrankos iki DAC modulio patvirtinimo

Praktinis kūrimo kelias paprastai neprasideda nuo pilno masto DAC sistemos.

Efektyvesnis metodas yra toks:

žingsnis 1

Apibrėžkite CO₂ sorbento cheminę sudėtį

žingsnis 2

Tinkamos 3D atraminės konstrukcijos ekranui

žingsnis 3

Įvertinkite sorbento įkrovimo metodus

žingsnis 4

Nustatykite oro greičio ir slėgio kritimo santykį

žingsnis 5

CO₂ įsisavinimo ir adsorbcijos kinetikos tyrimas

žingsnis 6

Atlikite adsorbcijos-desorbcijos ciklų bandymus

žingsnis 7

Pereiti prie mažo masto DAC modulio patvirtinimo

Tik atlikus šiuos veiksmus galima įvertinti tikrąją atraminės konstrukcijos inžinerinę vertę.

14. SINOYQX bendras DAC kūrimas

„SINOYQX“ kuria melamino putas , hidrofobines porėtas medžiagas, aerogelio kompozitus ir kitas funkcines porėtas struktūras.

Tiesioginio oro surinkimo taikymams mes tyrinėjame melamino putplasčio, kaip lengvos trimatės sorbento atramos, inžinerinį potencialą.

Mūsų dabartinis dėmesys apima:

• Putplasčio tankis
• Porų struktūra
• Storis
• Modulio geometrija
• Oro greitis
• Slėgio kritimas
• Paviršiaus apdorojimas
• Sorbento įkrovimas
• Drėgmė
• Dviračio stabilumas

Mūsų tikslas nėra tiesiog pasiūlyti „DAC putas“.

Tikslas – padėti kūrimo komandoms įvertinti porėtą atraminę struktūrą, kuri atitiktų jų sorbento chemiją, oro srauto reikalavimus, regeneracijos metodą ir modulio konstrukciją.

Inžinerinė riba

Pačios melamino putos neturėtų būti apibūdinamos kaip DAC CO₂ sorbentas.

Potencialūs atvirų porų struktūros, mažo tankio ir mažos struktūrinės masės privalumai turi būti patvirtinti atsižvelgiant į faktinę sorbento cheminę sudėtį, oro srautą, modulio geometriją ir veikimo ciklą.

Medžiagų lygmens našumas neturėtų būti aiškinamas kaip lygiavertis visos DAC sistemos energijos vartojimo efektyvumui ar CO₂ surinkimo našumui.

DUK

Ar melamino putplastis gali tiesiogiai surinkti CO₂?

Standartinio melamino putplasčio nereikėtų laikyti pagrindiniu CO₂ sorbentu DAC. Jo tinkamesnis vaidmuo yra būti trimačiu porėtu pagrindu funkcinėms sorbentinėms medžiagoms.

Kodėl slėgio kritimas DAC yra toks svarbus?

DAC sistemos turi apdoroti labai didelius oro kiekius. Jei oro srauto pasipriešinimas yra per didelis, reikia daugiau ventiliatoriaus galios, o tai padidina pagalbinės energijos suvartojimą.

Kodėl DAC naudoja mažos šiluminės masės atramas?

Termiškai regeneruotose sistemose atraminę konstrukciją taip pat gali tekti šildyti ir vėsinti. Sumažinus neaktyviąją konstrukcijos masę, galima sumažinti pakartotinai terminio ciklavimo metu patiriamą medžiagos kiekį, nors bendrą sistemos energiją vis tiek reikia patvirtinti eksperimentiškai.

Kuo skiriasi atvirų porų putplastis ir korio struktūros?

Korio struktūros paprastai turi reguliarius srauto kanalus, o atvirų porų putos turi trimatį tarpusavyje sujungtą porų tinklą. Šios dvi struktūros skiriasi oro srauto elgsena, paviršiaus geometrija, sorbento užpildymu ir gamybos lankstumu.

Koks yra tipinis SINOYQX standartinio melamino putplasčio tankis?

Standartinės inžinerinės markės tankis yra maždaug 8.5 kg/m³. Funkcinės markės turėtų būti parenkamos pagal atitinkamą techninę specifikaciją arba projekto reikalavimus.

Kas pirmiausia turėtų būti išbandyta DAC palaikymo projekte?

Prioritetiniai bandymai turėtų apimti sorbento užpildymą, slėgio kritimą pagal oro greitį, CO₂ sugertį, adsorbcijos / desorbcijos kinetiką, drėgmės stabilumą, dangos sukibimą ir ciklinį ilgaamžiškumą.

CTA

Kuriamas kietojo sorbento DAC modulis?

Jei vertinate struktūrizuotą sorbento pagrindą, pateikite:

Sorbento tipas, oro srautas, modulio matmenys, leistinas slėgio kritimas, darbinė temperatūra, regeneracijos metodas, aplinkos drėgmė, tikslinis sorbento kiekis, cikliniai reikalavimai

„SINOYQX“ gali padėti įvertinti skirtingą putų tankį, storį, porų struktūrą, paviršiaus apdorojimą ir individualias geometrijas prototipų bandymams.

Pateikite savo DAC projekto sąlygas →