使用自生能量装置的二氧化碳俘获装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及利用自生能量装置的二氧化碳俘获装置和方法，其利用海水和淡水之间的浓度差的二氧化碳吸收塔和离子发生器相关技术的融合，在燃烧废气中利用二氧化碳。根据本发明专利技术，期望通过使用用于吸收二氧化碳的吸收剂液体增加浓度差来增加电能的产生效率并降低二氧化碳俘获方法的成本，同时期望通过作为温室气体的二氧化碳获得电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从燃烧废气中俘获二氧化碳的装置和方法。更具体地，本专利技术涉及通过利用与二氧化碳吸收塔、再生塔和使用离子的发电装置相关的融合技术在燃烧废气中利用二氧化碳而高效率地发电和俘获二氧化碳的装置和方法。
技术介绍
导致全球变暖的六种主要温室气体中最丰富的二氧化碳是酸性气体，并且对允许大量排放二氧化碳的设施的数量存在限制。二氧化碳通常由于燃烧化石燃料而产生，因此主要在其中能量大量产生或消耗的工业过程中产生。根据国际能源机构在2012年提出的积极应对气候变化的战略，预计利用碳俘获和封存(CCS)技术减少二氧化碳，到2050年需要减少约22％以使人类生存的二氧化碳。CCS技术也需要在国内取得，以便到2020年减少预期的温室气体排放量或2020年通用(BAU)方案减少30％。CCS技术包括二氧化碳的俘获/压缩、运输和螯合的三个步骤。在这些步骤中，孵化二氧化碳的方法是最昂贵的，因此在技术上开发方面受到最大的关注。从1900’s起，已经开了几种用于俘获二氧化碳的技术，其中一些已经商业化。分析结果表明可以大量俘获二氧化碳，用于大量俘获二氧化碳的最经济的方法是液体吸收法。液体吸收法主要分成物理吸收法和化学吸收法，且与本专利技术相关的商业化的化学吸收法列于表1中。表1在这些液体吸收法中，在常用的液体吸收法包括链烷醇胺方法(其中使用单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等)和Benfield方法(其中使用碳酸钾)。链烷醇胺方法涉及利用各种类型的链烷醇胺，这些链烷醇胺与水混合以制备20-30wt％的溶液之后，吸收二氧化碳。因为快速吸收二氧化碳的能力，链烷醇胺方法从1970年其就已经用于商业用途。根据链烷醇胺方法，当在以烷醇胺和二氧化碳的组合的形式形成氨基甲酸酯之后进行再生反应时，再生反应需要注入非常高量的热能。因此，由于在这些常规的胺基吸收方法中再生吸收剂所需的大量能量，需要降低俘获成本。参考常规的二氧化碳吸收方法，废气进入直接接触式冷却器，使得废气由回流的水蒸汽冷却。在这种情况下，废气在鼓风机中被压缩以应对由蒸汽的回流引起的压降，并且允许废气在吸收单元中在相对于吸收剂的逆流方向上流动。沿废气的相反方向流动的吸收剂与废气中存在的二氧化碳发生化学反应。贫二氧化碳气体进入吸收单元的洗涤部分。在这种情况下，水和吸收剂在洗涤部分分离，然后返回到吸收单元，洗涤的气体被释放到空气中。将富二氧化碳气体从吸收单元泵送到贫/富交叉热交换器中。在交叉热交换器中，将富二氧化碳溶液加热并冷却贫二氧化碳溶液。为了再生溶剂，将富二氧化碳溶液在再沸器中使用低压蒸汽加热，并且将混合物中的水和吸收剂通过加热蒸发。吸收剂的蒸汽和水蒸汽从再沸器进入再生器。在再生器中，分离二氧化碳，并且在向下流动的溶液被加热的时候蒸汽向上流动。一些蒸汽和二氧化碳气体进入再生器的洗涤部分。在洗涤部分中，冷凝蒸汽，冷却二氧化碳，冷凝水返回再生器。此外，贫二氧化碳溶液离开再沸器，并在交叉热交换器中被冷却。在返回到吸收单元之前，将溶液进一步冷却。独立开发了作为用于俘获二氧化碳的其它吸收剂和相关的工艺技术，包括碳酸钾作为主要成分的用于俘获二氧化碳的液体吸收剂(商品名：KIERSOL；注册商标Nos.40-2011-0046524和40-2011-0046525)，及注册的韩国专利号1157141,1316543,123938等中的相关工艺技术。在使用这种吸收剂的方法中，再生吸收剂所消耗的能量为约2.5GJ/tCO2，比三菱重工(MHI,日本)的KS-1方法低至少20％，三菱重工目前拥有世界上最好的技术(再生能量：3.2GJ/tCO2)。此外，由于吸收剂受燃烧废气中少量的硫氧化物或卤素化合物的影响较小，因此吸收剂可补偿目前可用的其它吸收剂的缺点，例如需要连续补充吸收剂操作过程，并降低运行成本。注册的韩国专利号712585公开了一种使用化学吸收法从钢厂中产生的副产物气体中分离和回收二氧化碳的方法。这里，使用在钢厂生产的低分级阵列的技术被应用于将来自气体的二氧化碳吸收到化学吸收溶液中并加热化学吸收溶液以分离二氧化碳的过程。为了解决由全球变暖引起的缺水和能量损耗的问题，还研究了占地球表面大部分水的海水脱盐的方法。在中东使用的蒸馏和在美国，日本等广泛使用的反渗透是代表性的方法。然而，反渗透还消耗大量能量，因为它涉及使用高压泵来获得产出水。为了解决这个问题，已经开发了用于从高压冷凝水中回收能量的装置。用于使用类似于能够显着降低能量消耗的正向渗透(FO)的系统产生电力的技术，也称为能量产生技术的压力延迟渗透(PRO)，以及其中阴离子交换膜和阳离子交换膜彼此交替安装在负极和正极之间，但是使用与正渗透(FO，其中提供给系统的每对流和从系统排出的流有两对)相同的系统的电渗析(ED)，并且当离子交换膜之间的空间填充有海水和河水时，由于由海水和河水之间的盐度差产生的电压差，电子由于负离子的移动而从负电极转移到正电极，这已经由Braun博士在比利时的团队(Hameler博士在荷兰的团队等)研究。Hameler博士的研究团队报告说，当具有不同组成的两种流体混合时释放混合能量，并且尽管没有用于从气体和液体获得该能量的技术，但是当将与空气中的燃烧气体混合的二氧化碳视为能源时，它的年总全球产能为1570TWh。他们还报告了使用包括阴离子选择性电极和阳离子选择性电极的多孔电极对从包括二氧化碳的放电气体获得混合能量，并且当冲洗电解质与二氧化碳或空气交替流动时，在选择性多孔电极之间获得电能。此外，他们报告了当电解质是非离子水时，该过程的效率为24％，当电解质为0.25MMEA时，该过程的效率为32％。当MEA溶液用作电解质时，最大平均能量的量为4.5mW/m2，当使用水作为电解质时，其值显着高于0.28mW/m2。不同组成的两种溶液的混合导致混合物具有比原始两种溶液更低的吉布斯能量含量。这种吉布斯函数的降低表明当适当的技术可用时可以收获的混合能量的存在。到目前为止，使用混合方法作为能量源仅用于混合具有不同盐度的水溶液。将来自河流的淡水与海水混合通常具有每升淡水约3kJ的可用功。正在开发几种利用半透膜、离子选择性膜、双层膨胀和离子选择性多孔电极来利用这种能量源的技术。后一种技术基于使用电容性电极单元对；类似于超级电容器或用于水脱盐的电容去离子(CDI)中使用的那些。另一种方法使用燃料电池，其中阴极侧的干燥空气用于维持作为电化学浓度电池的操作。此外，研究团队已经研究了从二氧化碳的排放获得能量的可能性。在烃燃料或生物质燃烧(即转化为CO2和水)的任何地方，产生与空气(0.039％)相比含有高CO2浓度(5％-20％)的排放物。这意味着将燃烧气体与空气混合是未开发的能量源。为了收获这种能源，研究团队建议用水性电解质接触二氧化碳排放物和空气。在水溶液中，CO2与水反应以产生碳酸，碳酸本身解离成质子(H+)和碳酸氢根(HCO3-)，其可以在高pH下进一步解离为碳酸根离子(CO32-)。气体中的CO2压力的增加导致水溶液中的离子浓度的增加。空气冲洗溶液和CO2冲洗溶液之间的离子浓度的差异可用于获得电能。在这里，研究团队已经解决了通过混合CO2排放物和空气获得额外能量的可行性。实验设备由包含电解质的两个罐组成。一个罐用空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用自生能量装置的二氧化碳俘获装置，包括：吸收塔(1)，其配置为通过与吸收剂接触而吸收包括二氧化碳的气体；使用离子的发电装置(7)，其配置为通过由于流体溶液和已吸收二氧化碳的吸收溶液之间的浓度差引起的电位差发电，并包括供所述流体溶液流过的阳离子流路(7f)和阴离子流路(7g)，以及吸收溶液流路(7e)，已吸收二氧化碳的所述吸收溶液穿过所述吸收溶液流路在所述阴离子流路和所述阳离子流路之间移动；和再生塔(20)，其配置为分离再生吸收溶液，其中已吸收二氧化碳的所述吸收溶液被引入所述再生塔(20)的上部，然后向下流入所述再生塔(20)的下部；该再生塔包括再热器(22)，其配置为提供用于分离二氧化碳的热源，并且由所述使用离子的发电装置产生的电力操作；和冷凝器(21)，其配置为在冷凝所述水蒸气、并冷却所述二氧化碳之后，排放蒸发的水蒸气和二氧化碳，其中所述二氧化碳俘获装置形成闭环，在该闭环中，通过第二液体输送泵(6b)将经过所述再生塔的所述再生吸收溶液供给至所述吸收塔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 KR 10-2014-00272071.使用自生能量装置的二氧化碳俘获装置，包括：吸收塔(1)，其配置为通过与吸收剂接触而吸收包括二氧化碳的气体；使用离子的发电装置(7)，其配置为通过由于流体溶液和已吸收二氧化碳的吸收溶液之间的浓度差引起的电位差发电，并包括供所述流体溶液流过的阳离子流路(7f)和阴离子流路(7g)，以及吸收溶液流路(7e)，已吸收二氧化碳的所述吸收溶液穿过所述吸收溶液流路在所述阴离子流路和所述阳离子流路之间移动；和再生塔(20)，其配置为分离再生吸收溶液，其中已吸收二氧化碳的所述吸收溶液被引入所述再生塔(20)的上部，然后向下流入所述再生塔(20)的下部；该再生塔包括再热器(22)，其配置为提供用于分离二氧化碳的热源，并且由所述使用离子的发电装置产生的电力操作；和冷凝器(21)，其配置为在冷凝所述水蒸气、并冷却所述二氧化碳之后，排放蒸发的水蒸气和二氧化碳，其中所述二氧化碳俘获装置形成闭环，在该闭环中，通过第二液体输送泵(6b)将经过所述再生塔的所述再生吸收溶液供给至所述吸收塔。2.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，进一步包括形成于所述阳离子流路和所述吸收溶液流路之间的阳离子交换膜(7a)；和形成于所述阴离子流路和所述吸收溶液流路之间的阴离子交换膜(7b)。3.根据权利要求2所述的二氧化碳俘获装置，进一步包括与所述阳离子交换膜隔开并面向所述阳离子交换膜设置的阳离子电极(7c)；和与所述阴离子交换膜隔开并面向所述阴离子交换膜设置阴离子电极(7d)。4.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，所述吸收剂包括选自由胺、碱金属碳酸氢盐、碱金属碳酸盐、碳酸盐、氢氧化物、硼酸盐、磷酸盐、硝酸盐、酸和氯化钠组成的电解质水溶液组，以及由碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和四氢呋喃组成的有机电介质溶液组中的一种或多种作为溶质。5.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，所述吸收剂进一步包括作为添加剂的抗腐蚀剂、助凝剂、抗氧化剂、氧清除剂、消泡剂或其组合。6.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，所述吸收剂包括作为溶剂的选自水性溶剂组或有机溶剂组的一个或多个：其中该水性溶剂组由均为有水存在的形式的纯水、淡水、微咸水、盐水，以及醇和水的混合溶剂组成，该有机溶剂组由以下组构成：由己烷组成的脂肪烃组，由苯、甲苯、二甲苯和甲基萘组成的芳香族烃组，由喹啉和吡啶组成的杂环化合物组，由丙酮、甲基乙基酮和环己酮组成的酮组，由乙酸甲酯和丙烯酸甲酯组成的酯组，由二亚乙基三胺和N，N-二甲基氨基丙胺组成的胺组，由二乙醚、环氧丙烷和四氢呋喃组成的醚组，由N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺组成的酰胺组，和由六甲基磷酰胺和二甲基亚砜组成的极性非质子溶剂组。7.根据权利要求4或6所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，所述吸收剂包括40-95wt％的所述溶剂，和5-60wt％的所述溶质，更优选为，60-95wt％的溶剂，和5-30wt％的所述溶质。8.根据权利要求5所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，进一步包含1wt％或以下，优选0.1-0.5wt％的所述添加剂。9.根据权利要求7至8中任一项所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，所述溶剂、所述溶质和所述添加剂的混合溶液具有的pH值的范围为2至12。10.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，通过所述吸收溶液流路供给的已吸收二氧化碳的所述吸收溶液为已吸收或未吸收到所述气体中的二氧化碳的吸收溶液。11.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，进一步包括热交换器(5)，热量在其中交换，同时已吸收二氧化碳的所述吸收溶液和所述再生吸收溶液穿过所述热交换器(5)。12.根据权利要求11所述的二氧化碳俘获装置，进一步包括再生吸收溶液冷凝器(23)和吸收溶液补充单元(24)，所述再生吸收溶液冷凝器(23)配置为冷却通过所述热交换器的所述再生吸收溶液。13.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，其特征在于，利用离子的所述发电装置可能位于这样的地方：在该地方中，所述吸收溶液在所述吸收塔和所述再生塔之间移动。14.根据权利要求1所述的二氧化碳俘获装置，进一步包括预热器(25)，该预热器配置为在所述吸收溶液流入所述再生塔之前加热已吸收二氧化碳的所述吸收溶液，并通过所述使用离子的发电装置产生的电力进行操作。15.利用自生能量装置的二氧化碳俘获方法，包括：通过与吸收剂接触而吸收包括二氧化碳的气体；通过使用离子的发电装置(7)处流体溶液和已吸收二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹汝一，金韩基，南盛赞，金灿洙，朴垶烈，丁湳条，金荣恩，
申请(专利权)人：韩国能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR