一种电化学相变复合膜及AI4AI分布式Agent模块化工业碳捕集装置的制作方法

本发明属于 ccus（碳捕集、利用与封存，carbon capture, utilization andstorage）膜分离碳捕集、电化学响应膜材料、分布式多智能体去中心化无监督调控交叉，适配水泥、电解铝高粉尘低浓度烟气分布式模块化碳捕集；创新聚醚砜基电化学相变复合膜 + 多并联卷式膜单体差异化调控 +ai4ai（智能体互协同框架，artificialintelligence for agent interaction）去中心化四节点对等感知基座、四级分布式agent（人工智能智能体）阵列架构，纯膜法技术路线，不涉及湿法离子液体、固态电化学泵，与其余 ccus 技术路线无任何技术交集。

背景技术：

1、ccus（碳捕集、利用与封存）是水泥、电解铝等高耗能重污染行业实现碳中和的核心技术路径，膜分离碳捕集具备工艺流程短、占地规模小、设备模块化程度高的优势，成为低浓度工业烟气脱碳主流发展方向。

2、现有产业化膜材料以混合基质膜、金属有机框架膜为主，材料制备工艺繁琐、量产成本高昂；常规膜元件运行过程中存在 co2/n2渗透选择性与渗透通量相互制约的权衡效应，且工业烟气粉尘、酸性杂质易造成膜孔不可逆堵塞，大幅缩短膜元件使用寿命。

3、同时现有调控手段分为人工固定参数控制与基础机器学习单点调控两类，整体存在多重技术瓶颈：

4、①全部膜组件统一施加恒定电压，无法根据单支膜堵塞、老化状态差异化调节电场参数，局部膜元件提前失效；

5、②膜表面粉尘清洁周期依靠人工经验设定，过度反向清洗损耗膜基体，清洗不足则通量持续衰减；

6、③传统机器学习模型依赖大批量标注工况样本完成训练，新建膜捕集装置调试周期长达 25 天以上；

7、④缺少膜元件剩余寿命数字孪生推演机制，仅能整体批量更换膜芯，耗材运维成本居高不下。

8、由此可见，现有膜法碳捕集材料、硬件装备、智能控制系统相互割裂，无法实现单膜独立差异化调控、自适应自清洁、全寿命预判一体化运行，制约膜分离 ccus 技术在高粉尘工业场景规模化落地。

技术实现思路

1、3.1 发明目的

2、原创聚醚砜基离子液体掺杂电化学相变复合膜，0.5~1.0v 低压可逆调控孔道，荷电表面实现粉尘自清洁；

3、搭建四级分布式 agent（人工智能智能体）阵列，每支卷式膜配备独立单体智能体，实现多并联模组差异化调控；

4、配套自研 ai4ai（智能体互协同框架）去中心化四节点对等无监督感知基座，零标注工况启动，数字孪生实时推演每支膜剩余使用寿命；

5、自适应动态调整反向自清洁周期，区分粉尘可逆堵塞与膜基体不可逆老化，耗材成本下降 32%；

6、模块化扩容复用历史运行经验，新增膜模组适配周期缩短 80%；

7、整套装置低压 0.3~0.4mpa 运行，碳捕集成本控制 175~220 元 / 吨 co2（二氧化碳），适配中小型分布式水泥、电解铝生产厂区。

8、3.2 完整一体化技术方案

9、模块 1：电化学响应相变复合膜材料

10、聚醚砜基膜掺杂离子液体功能相，等离子体表面改性，卷对卷连续量产，幅宽 1m；膜厚度 50~100μm（微米，长度单位），孔隙率 30%~40%；co2/n2（二氧化碳 / 氮气）分离选择性≥1200，渗透通量≥1500gpu（气体渗透通量标准单位）；0.5~1.0v（伏特，电压单位）电压调控孔道润湿性，反向电压脱附粉尘自清洁，理论使用寿命≥6.7 年。

11、模块 2：多并联模块化卷式膜硬件单元

12、n 组独立卷式膜组件并联，每组独立低压供电、压力、通量传感模块；前端粉尘预处理单元、后端 co2压缩纯化单元；每支膜可独立启停、独立调节施加电压；系统整体运行压力 0.3~0.5mpa。

13、模块 3：四级分布式 agent 阵列 + ai4ai 去中心化感知基座

14、agent 层级：顶层全局统筹 agent、中层群组 agent、底层单膜专属 agent、故障诊断辅助 agent，每支膜分配独立底层智能体；

15、ai4ai 去中心化基座内核：四节点邻域对等交互时序聚类无监督框架，无中心服务器；每 7 天全域数据聚类划分堵塞 / 老化 / 正常三类工况；任意膜组件故障，周边agent 自动补位监测，无监测盲区；

16、闭环运行流程：各膜单体传感数据上传专属 agent→群组汇总→全局下达差异化电压、清洁周期指令→执行后数据回传基座迭代膜寿命数字孪生模型。

17、3.3 核心创新保护点

18、等离子改性聚醚砜 - 离子液体电化学相变复合膜连续卷对卷制备工艺；

19、多并联卷式膜四级分布式一对一 agent 阵列差异化调控架构；

20、自研 ai4ai 去中心化四节点对等时序聚类无监督感知基座，适配分布式膜装置零样本启动；

21、膜通量衰减无监督自动分类算法，区分粉尘可逆堵塞与膜基体老化；

22、自适应反向电压自清洁周期动态调节机制，平衡分离效率与膜寿命；

23、单膜元件剩余使用寿命数字孪生推演预判模型；

24、瞬时高粉尘烟气前置旁路缓冲防护调控逻辑；

25、新扩容膜模组历史运行经验复用适配机制；

26、多模组整体能耗均衡调度策略，避免局部模组超负荷早衰；

27、工厂减产低负荷模组轮换休眠节能运行模式；

28、膜组件故障自主定位邻域补位监测机制，消除监测盲区；

29、碳捕集成本 / 产物纯度双目标自定义切换调控模块；

30、四季温湿度膜电压自适应微调算法，稳定分离选择性；

31、膜内离子液体微量在线补充测算模型，延缓通量衰减；

32、云端同步行业最优调控策略远程迭代架构。

33、3.4 有益技术效果

34、耗材：膜使用寿命由 5 年延长至 6.7 年，膜更换耗材成本下降 33%；

35、分离性能：co2/n2选择性稳定 1230~1280，年通量衰减≤3.8%；

36、扩容：新增模组适配周期由 30 天缩至 5 天；

37、经济：整套运行成本 175~220 元 / 吨 co2，较传统固定参数膜系统降低 24%；

38、运维：人工运维工作量减少 70%，可长期无人值守运行；

39、工况：完美适配水泥、电解铝高粉尘严苛烟气，抗污染性能大幅提升。

1.一种一种电化学相变复合膜及 ai4ai 分布式 agent 模块化工业碳捕集装置，其特征在于，包括：聚醚砜基电化学相变复合膜元件、多并联独立卷式膜硬件模组、单膜一对一四级分布式 agent 阵列、ai4ai 去中心化四节点对等无监督感知基座；

2.根据权利要求 1 所述装置，其特征在于，复合膜采用卷对卷连续化制备，co2/n2选择性≥1200，渗透通量≥1500gpu，理论使用寿命≥6.7 年。

3.根据权利要求 1 所述装置，其特征在于，ai4ai 去中心化基座可复用存量运行数据，新增膜模组适配周期缩短 80%。

4.根据权利要求 1 所述装置，其特征在于，系统配置减产工况模组轮换休眠模式，延缓膜元件老化衰减。

5.根据权利要求 1 所述装置，其特征在于，内置通量衰减无监督分类算法，自动区分粉尘可逆堵塞与膜基体不可逆老化，差异化制定清洁策略。

6.一种基于权利要求 1~5 任一所述装置的分布式膜碳捕集智能调控方法，其特征步骤：