一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法和系统技术方案

一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法，包括：第一步，分解炉中碳酸盐高温分解产生的二氧化碳通过烟气管道和高温风机，进入加氢反应器；第二步，高温二氧化碳与氢气在催化剂的作用下发生逆水气变换反应，并生产一氧化碳和水蒸气；第三步，水蒸气在冷凝器中冷凝后，采用费托合成技术将纯的一氧化碳和氢气进一步转化为醇类、醋酸类、油类等具有高附加值的化学品；用于该方法的系统，包括炉膛、分解炉、高温风机、加氢反应器、冷凝器、电解水制氢设备、氢气输送风机、费托合成反应装置、再循环水泵和烟气管道；该系统可以实现消纳和储存可再生电力制氢。电力制氢。电力制氢。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法和系统


[0001]本专利技术涉及工业废气处理
，具体涉及一种碳酸盐分解耦合电解水制氢制取化学品的二氧化碳高值化利用方法和为实施该方法的系统。

技术介绍

[0002]碳酸盐煅烧广泛涉及到建材、钢铁、化工、食品、医药等行业，例如石灰石(碳酸钙)煅烧产生的熟料是硅酸盐水泥生产的最主要原料。在碳酸盐的高温煅烧过程中会造成大量二氧化碳排放，占全国碳排放总量的50％以上。主要来源包括化石燃料燃烧和碳酸盐分解两部分，其中碳酸盐分解产生的二氧化碳约占60％以上。
[0003]目前碳酸盐煅烧主要有两种工艺：一是分解炉燃料技术，碳酸盐分解和燃料燃烧过程均在同一炉膛内发生；二是直接分离反应技术，将分解炉内碳酸盐分解和燃料燃烧过程分离，燃料燃烧发生在炉膛内，而碳酸盐分解发生在中心套管内，从而获得碳酸盐分解产生的高纯二氧化碳，避免了被空气中的氮气所稀释，如专利CN114620726A所示，其主要用于联产高纯二氧化碳，该技术最大的缺点是对现有的分解炉燃料技术改动较大，导致成本过高，技术成本偏高是目前制约二氧化碳捕集/富集技术大规模推广的最主要问题。倘若对碳酸盐分解产生的二氧化碳的进一步高值化利用，即用于生产具有较高附加值的化学品，则经济性可大幅提高。
[0004]为实现二氧化碳高值化利用，研究者们开始大量研究相关碳利用技术，其中地下封存、驱油、食品利用是当前主流，然而无法明显改善经济性。近年来，将碳利用与氢能的结合受到广泛关注，其原理是二氧化碳加氢反应制取甲烷或一氧化碳，其中甲烷化反应通常发在250～400℃，温度反应与碳酸盐有效分解温度(＞600℃)不匹配，而一氧化碳通过逆水气变换反应产生，反应温度为600～900℃，接似于碳酸盐分解温度。因此，将碳酸盐分解产生的二氧化碳转化为一氧化碳适合于碳酸盐煅烧工艺。对于氢源，随着光伏和风能的发展，可再生电价将进一步降低，从而采用电解水技术制取绿氢的成本将低于传统的煤气化、甲烷重整等技术，尤其是在可再生电力高峰期，采用电解水制氢技术消纳多余电力使得电解水更具有经济性，然后对电解水氢能的消纳和储运是一个挑战。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种全新的碳酸盐煅烧工业碳减排方法和系统，将电解水技术与碳酸盐分解的结合，降低碳酸盐煅烧碳排放强度，采用电解水制氢技术将碳酸盐分解产生的高纯二氧化碳转化为一氧化碳，并同时利用费托合成技术将一氧化碳和氢气进一步转化为液态化学品，实现碳减排与氢能储存协同。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面，是提供一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法，以碳酸盐分解产生的二氧化碳作为碳源，以电解水设备产生的绿氢作为氢源，利用催化剂催化逆水气变换反应来产生一氧化碳，利用费托合成技术将一氧化碳和氢气转化为高价值化学品。
[0007]具体的说，本专利技术的一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法，包括：
[0008]第一步，碳酸盐高温分解产生的二氧化碳通过管道和高温风机，进入加氢反应器；
[0009]第二步，高温二氧化碳与氢气在催化剂的作用下发生逆水气变换反应，并生产一氧化碳和水蒸气；
[0010]第三步，水蒸气冷凝后，采用费托合成技术将纯的一氧化碳和氢气进一步转化为醇类、醋酸类、油类等具有高附加值的化学品。
[0011]在第二步中，所述催化剂为逆水气变换反应催化剂。
[0012]所述催化剂成分可以是铂基、铑基、钌基等贵金属催化材料，也可以是铜基、铁基、镍基、钙钛矿类催化材料。
[0013]所述催化剂物理形态可以是粉末状、颗粒状、圆柱状和蜂窝状。
[0014]在第三步中，所述高附加值化学品通常为液态化学品，如醇类、醋酸类、油类。
[0015]本专利技术的二方面，是为实现本专利技术第一方面提出的一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法而建立的一种碳酸盐分解耦合电解水制氢制取化学品的二氧化碳高值化利用系统，包括炉膛、分解炉、高温风机、加氢反应器、冷凝器、电解水制氢设备、氢气输送风机、费托合成反应装置、再循环水泵和烟气管道。
[0016]其中，分解炉位于炉膛内，分解炉气体(二氧化碳)出口通过烟气管道与高温风机入口连接。
[0017]其中，高温风机出口通过烟气管道与加氢反应器入口连接，加氢反应器内放置有催化剂，以催化逆水气变换反应。
[0018]其中，电解水制氢的电力主要来自风能、光能等可再生能源，在电力高峰期，电解水设备运行，其阴极采用氢气管道分别与两个氢气输送风机入口连接，氢气输送风机出口通过氢气管道分别与加氢反应器入口和费托合成反应装置入口连接。
[0019]其中，加氢反应器出口采用烟气管道与冷凝器入口连接，冷凝器气体出口采用烟气管道与费托合成反应装置入口连接，冷凝器液体出口采用管道与再循环泵入口连接，再循环泵出口采用管道与电解水制氢装置连接。
[0020]其中，费托反应装置出口为化学品。
[0021]具体的说，本专利技术的一种碳酸盐分解耦合电解水制氢制取化学品的二氧化碳高值化利用系统，采用高温二氧化碳输送风机，将碳酸盐高温分解产生的二氧化碳输送至加氢反应器内，分解炉气体出口与高温二氧化碳输送风机入口相连，高温二氧化碳输送风机出口与加氢反应器入口相连。
[0022]在本专利技术的系统中，利用可再生电力电解水制氢，将氢气通过氢气输送机与加氢反应器相连，电解水设备阴极气体出口氢气输送风机入口相连，氢气输送风机出口与加氢反应器入口相连。
[0023]在本专利技术的系统中，二氧化碳和氢气在加氢反应器内发生逆水气变换反应，二氧化碳被催化还原为一氧化碳。
[0024]优选的，所述反应器进行逆水气变换反应，所述催化剂为逆水气变换反应催化剂。
[0025]优选的，所述催化剂可以是铂基、铑基、钌基等贵金属催化材料，也可以是铜基、铁基、镍基、钙钛矿类催化材料；所述催化剂物理形态可以是粉末状、颗粒状、圆柱状和蜂窝状。
[0026]在本专利技术的系统中，逆水气变换反应产生的一氧化碳和水蒸气进入冷凝器内，将加氢反应器出口与冷凝器入口相连；将冷凝器液态出口与液泵入口相连，将液泵出口与电解水设备电解池相连；将冷凝器气体出口与费托合成反应装置入口相连。
[0027]优选的，将一氧化碳和氢气合成为醇类、醋酸类、油类等高附加值化学品，电解水设备阴极气体出口氢气输送风机入口相连，氢气输送风机出口与费托合成装置入口相连。
[0028]本专利技术的第三方面，是采用本专利技术第一方面所述的方法和本专利技术第二方面所述的系统，实现消纳和储存可再生电力制氢，包括：
[0029]第一步，当风能、光能等可再生电量过剩时，采用电解水技术将制取氢气；
[0030]第二步，将氢气通过氢气管道和氢气输送风机输送至加氢反应器中，参与逆水气变换反应；
[0031]第三步，将氢气通过氢气管道和氢气输送风机输送至费托合成反应装置中，参与合成醇类、醋酸类、油类等具有高附加值的化学品。
[0032]本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳酸盐分解二氧化碳的高值化利用方法，包括：第一步，分解炉中碳酸盐高温分解产生的二氧化碳通过烟气管道和高温风机，进入加氢反应器；第二步，高温二氧化碳与氢气在催化剂的作用下发生逆水气变换反应，并生产一氧化碳和水蒸气；第三步，水蒸气在冷凝器中冷凝后，采用费托合成技术将纯的一氧化碳和氢气进一步转化为醇类、醋酸类、油类等具有高附加值的化学品。2.一种用于权利要求1所述的碳酸盐分解耦合电解水制氢制取化学品的二氧化碳高值化利用方法的系统，包括炉膛、分解炉、高温风机、加氢反应器、冷凝器、电解水制氢设备、氢气输送风机、费托合成反应装置、再循环水泵和烟气管道。3.如权利要求2所述的系统，采用高温二氧化碳输送风机，将碳酸盐高温分解产生的二氧化碳输送至加氢反应器内，分解炉气体出口与高温二氧化碳输送风机入口相连，高温二氧化碳输送风机出口与加氢反应器入口相连。4.如权利要求3所述的系统，利用可再生电力电解水制氢，将氢气通过氢气输送机与加氢反应器相连，电解水设备阴极气体出口氢气输送风机入口相连，氢气输送风机出口与加氢反应器入口相连。5.如权利要求4所述的系统，二氧化碳和氢气在加氢反应器内发生逆水气变换反应，二氧化碳被催化还原为一氧化碳。6.如权利要求5所述的系统，所述反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，刘涵子，孙志强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：