CN103071380A - 一种二氧化碳捕集与热解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二氧化碳排减和二氧化碳转化领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集与热解的方法，利用碳酸钠溶液在碳化塔将烟气中的二氧化碳转化为碳酸氢钠溶液，经热解塔快速分解出高纯度的二氧化碳，解决因燃烧石化燃料产生的二氧化碳过多引起的污染，实现节能环保、减轻能源危机、减少温室效应。本发明的有益效果在于：（1）在碳酸钠、催化剂、活性剂的协同作用下，显著提高二氧化碳捕集率；（2）溶液快速分解二氧化碳，降低分解成本；（3）设备投资少，可大量捕集和热解二氧化碳，使二氧化碳近零排放，适合煤电、煤化工、钢铁、水泥、造纸、冶金、印染、化工等重点耗煤行业规模化捕集回收、应用二氧化碳资源，减少温室效应。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳排减和二氧化碳转化领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集与热解的方法。
背景技术
化石燃料是全球的主要能源之一，化石燃料和有机化合物完全燃烧后生成二氧化碳，二氧化碳被排放到大气中。近年来，人们通过研究认定二氧化碳是造成温室效应的元凶和导致世界气候异常变化的主要因素，如果不采取及时有效的措施，全球温度将在百年内上升1.5-3.5度，极地冰川大面积消融，许多物种的生存也会受到影响甚至消失。因此二氧化碳的排减和转化成为当前科学的一个热门研究课题，碳的捕集和储存技术可以在源头捕集二氧化碳并将其封储在存储设备中，从而减少温室效应。
二氧化碳的化学转化可以采用多种途径，主要包括：直接分解为碳、氧气、一氧化碳、与有机物反应、与氢气反应生成甲醇等，转化反应的供能方式除加热外，还有光、电以及等离子体等。但是，二氧化碳捕集利用与封存技术在国内外仍处于研发和示范阶段，面临着高成本、高能耗、长期安全性和可靠性不确定等突出问题。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种二氧化碳捕集与热解的方法，利用碳酸钠溶液在碳化塔将烟气中的二氧化碳转化为碳酸氢钠溶液，经热解塔快速分解出高纯度的二氧化碳。解决因燃烧石化燃料产生的二氧化碳过多引起的污染，实现节能环保、减轻能源危机、减少温室效应。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的，一种二氧化碳捕集与热解的方法，包括以下步骤：
1）将碳酸氢纳溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；
2）将碳化塔的温度控制在60—70℃，将步骤1）所述的二氧化碳吸收剂溶液在碳化塔中与进入的烟气中接触，使烟气中二氧化碳产生化学反应：Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3，生成含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液；
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入热解塔进行热解处理，热解控制温度为85—98℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸氢钠溶液；
4）将步骤3）所述的二氧化碳气体输入冷凝气水分离器进行冷凝脱水处理，再压缩成液态置入储气柜储存；
5）将步骤3）所述的碳酸氢钠液体按步骤1）所述方法重新配成二氧化碳吸收剂溶液重复使用。
作为优选，步骤1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%—0.5%。
作为优选，步骤1）所述活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.01%—0.5%。
作为优选，步骤3）所述的热解处理采用闪蒸热解方式。
作为优选，二氧化碳捕集与热解的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控***进行监控。
本发明的有益效果在于：（1）在碳酸钠、催化剂、活性剂的协同作用下，显著提高二氧化碳捕集率；（2）溶液快速分解二氧化碳，降低分解成本；（3）设备投资少，可大量捕集和热解二氧化碳，使二氧化碳近零排放，适合煤电、煤化工、钢铁、水泥、造纸、冶金、印染、 化工等重点耗煤行业规模化捕集回收、应用二氧化碳资源，减少温室效应。
附图说明
图1是本发明二氧化碳捕集与热解的工艺流程示意图；
图中：1、烟气进口；2、碳化塔；3、碳酸氢钠溶液输送管；4、碳酸氢钠溶液泵；5、碳酸氢钠热解闪蒸器；6、CO2+H2O气体输送管；7、冷凝水与碳酸钠溶液输送管；8、CO2气体出口管；9、CO2气柜；10、气水冷凝分离器；11、冷凝水出口；12、降温热交换器；13、溶液配料池；14、碳酸钠溶液泵；15、碳酸钠溶喷嘴；16、其它气体出口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
本发明通过二氧化碳捕集与热解装置实现，二氧化碳捕集与热解装置由烟气进口1、碳化塔2、碳酸氢钠溶液输送管3、碳酸氢钠溶液泵4、碳酸氢钠热解闪蒸器5、CO2+H2O气体输送管6、冷凝水与碳酸钠溶液输送管7、CO2气体出口管8、CO2气柜9、气水冷凝分离器10、冷凝水出口11、降温热交换器12、溶液配料池13、碳酸钠溶液泵14、碳酸钠溶喷嘴15、其它气体出口16组成；所述烟气从烟气进口1进入且烟气进口1与碳化塔2的底部连接，烟气自下向上流动与二氧化碳吸收剂溶液逆流接触后，多余空气从碳化塔2顶部的其他其他出口16排出，吸收了二氧化碳的碳酸氢钠溶液由碳酸氢钠溶液泵4加压后经由碳酸氢钠溶液输送管3输送进碳酸氢钠热解闪蒸器5，碳酸氢钠热解闪蒸器5热解碳酸氢钠溶液产生混合气体，混合气体包括二氧化碳与水蒸气，混合气体经气水冷凝分离器10后将二氧化碳输送至CO2气柜9存储，热解后的碳酸钠溶液从碳酸氢钠热解闪蒸器5底部流出与气水冷凝分离器10底部流出的液态水在降温热交换器12处降温后流至溶液配料池13，溶液配料池13配置定量的二氧化碳吸收剂溶液在碳酸钠溶液泵14加压下输送至碳化塔喷淋而出。
实施例1：一种二氧化碳捕集与热解的方法，包括以下步骤：
1）将碳酸钠溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%，活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.01%；制成的二氧化碳吸收剂溶液送入溶液配料池13，经碳酸钠溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸钠溶喷嘴15向下喷淋；
2）将碳化塔2的温度控制在60℃，烟气从烟气进口1送入碳化塔2，烟气向上运动与步骤1）所述向下喷淋的碳酸钠溶液形成对流，其中，烟气中的CO2与碳酸钠、水反应形成碳酸氢钠溶液，经碳酸氢钠溶液输送管3送到碳酸氢钠溶液泵4进入碳酸氢钠热解闪蒸器5，烟气中没反应的气体由其它气体出口16向外排出；
碳化塔2的反应条件：
（1）化学反应机理
Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3
（2）吸附合成反应温度为60℃。
（3）吸附合成反应时间为1秒。
反应时间快慢决定二氧化碳捕集速度的快慢。
在50℃以下，反应时间长，碳酸氢钠结成晶体。
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入碳酸氢钠热解闪蒸器5进行热解处理，控制温度为120℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
碳酸氢钠热解闪蒸器5的反应条件：
（1）化学反应机理
2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O
（2）闪蒸热解方式：温度120℃。
（3）闪蒸热解方式：时间0.05秒。
（4）热解晶液比
热解碳酸氢钠的晶体与液体的重量百分比：晶体0%∶溶体100%。
晶体比例越高，相对热能消耗越少。
4）经碳酸氢钠热解闪蒸器5的碳酸氢钠溶液热解后，分解出来的CO2和H2O气体由CO2+H2O气体输送管6送到气水冷凝分离器10分离，CO2经CO2气体出口管8送到CO2气柜9储存；
5）分离的冷凝水从冷凝水出口11出来，与碳酸氢钠溶液热解闪蒸后形成的碳酸钠溶液一起，经冷凝水与碳酸钠溶液输送管7送到降温热交换器12降温，送入溶液配料池13循环使用。
实施例2：一种二氧化碳捕集与热解的方法，包括以下步骤：
1）将碳酸钠溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.5%，活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.5%；制成的二氧化碳吸收剂溶液送入溶液配料池13，经碳酸钠溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸钠溶喷嘴15向下喷淋；
2）将碳化塔2的温度控制在60-70℃，烟气从烟气进口1送入碳化塔2，烟气向上运动与步骤1）中向下喷淋的碳酸钠溶液形成对流，其中，烟气中的CO2与碳酸钠、水反应形成碳酸氢钠溶液，经碳酸氢钠溶液输送管3送到碳酸氢钠溶液泵4进入碳酸氢钠热解闪蒸器5，烟气中没反应的气体由其它气体出口16向外排出；
碳化塔2的反应条件：
（1）化学反应机理
Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3
（2）吸附合成反应温度为70℃。
（3）吸附合成反应时间为10秒。
反应时间快慢决定二氧化碳捕集速度的快慢。
在50℃以下，反应时间长，碳酸氢钠结成晶体。
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入碳酸氢钠热解闪蒸器5进行热解处理，控制温度为160℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
碳酸氢钠热解闪蒸器5的反应条件：
（1）化学反应机理
2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O
（2）闪蒸热解方式：温度160℃。
（3）闪蒸热解方式：时间5秒。
（4）热解晶液比
热解碳酸氢钠的晶体与液体的重量百分比：晶体70%∶溶体30%。
晶体比例越高，相对热能消耗越少。
4）经碳酸氢钠热解闪蒸器5的碳酸氢钠溶液热解后，分解出来的CO2和H2O气体由CO2+H2O气体输送管6送到气水冷凝分离器10分离，CO2经CO2气体出口管8送到CO2气柜9储存；
5）分离的冷凝水从冷凝水出口11出来，与碳酸氢钠溶液热解闪蒸后形成的碳酸钠溶液一起，经冷凝水与碳酸钠溶液输送管7送到降温热交换器12降温，送入溶液配料池13循环 使用。
实施例3：一种二氧化碳捕集与热解的方法，包括以下步骤：
1）将碳酸钠溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.3%，活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.3%；制成的二氧化碳吸收剂溶液送入溶液配料池13，经碳酸钠溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸钠溶喷嘴15向下喷淋；
2）将碳化塔2的温度控制在66℃，烟气从烟气进口1送入碳化塔2，烟气向上运动与步骤1）中向下喷淋的碳酸钠溶液形成对流，其中，烟气中的CO2与碳酸钠、水反应形成碳酸氢钠溶液，经碳酸氢钠溶液输送管3送到碳酸氢钠溶液泵4进入碳酸氢钠热解闪蒸器5，烟气中没反应的气体由其它气体出口16向外排出；
碳化塔2的反应条件：
（1）化学反应机理
Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3
（2）吸附合成反应温度为66℃。
（3）吸附合成反应时间为5秒。
反应时间快慢决定二氧化碳捕集速度的快慢。
在50℃以下，反应时间长，碳酸氢钠结成晶体。
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入碳酸氢钠热解闪蒸器5进行热解处理，控制温度为140℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
碳酸氢钠热解闪蒸器5的反应条件：
（1）化学反应机理
2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O
（2）闪蒸热解方式：温度140℃。
（3）闪蒸热解方式：时间3秒。
（4）热解晶液比
热解碳酸氢钠的晶体与液体的重量百分比：晶体50%∶溶体50%。
晶体比例越高，相对热能消耗越少。
4）经碳酸氢钠热解闪蒸器5的碳酸氢钠溶液热解后，分解出来的CO2和H2O气体由CO2+H2O气体输送管6送到气水冷凝分离器10分离，CO2经CO2气体出口管8送到CO2气柜9储存；
5）分离的冷凝水从冷凝水出口11出来，与碳酸氢钠溶液热解闪蒸后形成的碳酸钠溶液一起，经冷凝水与碳酸钠溶液输送管7送到降温热交换器12降温，送入溶液配料池13循环使用。
二氧化碳捕集与热解的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控***进行监控。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种二氧化碳捕集与热解的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将碳酸氢纳溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；
2）将碳化塔的温度控制在60—70℃，将步骤1）所述的二氧化碳吸收剂溶液在碳化塔中与进入的烟气中接触，使烟气中二氧化碳产生化学反应：Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3，生成含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液；
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入热解塔进行热解处理，热解控制温度为85—98℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸氢钠溶液；
4）将步骤3）所述的二氧化碳气体输入冷凝气水分离器进行冷凝脱水处理，再压缩成液态置入储气柜储存；
5）将步骤3）所述的碳酸氢钠液体按步骤1）所述方法重新配成二氧化碳吸收剂溶液重复使用。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集与热解的方法，其特征在于，步骤1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%—0.5%。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳捕集与热解的方法，其特征在于，步骤1）所述活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.01%—0.5%。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集与热解的方法，其特征在于，步骤3）所述的热解处理采用闪蒸热解方式。
5.根据权利要求1、2、3或4任一权利要求所述的一种二氧化碳捕集与热解的方法，其特征在于，二氧化碳捕集与热解的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控***进行监控。
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