一种基于SOFC-膜-电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于二氧化碳捕集领域，具体公开了一种基于SOFC

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法和装置


[0001]本专利技术属于二氧化碳捕集
，尤其是涉及一种SOFC
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膜
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电化学自给的复合型分质
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协同捕集多源二氧化碳的方法及系统。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)大量排放所导致的各种环境、气候问题目前已成为全球性的火热话题。自工业革命以来，以工业排放为主要来源的CO2含量激增，其中各种化石燃料的燃烧排放约占90％以上。根据我国的一次能源消费结构可知，化石燃料燃烧二氧化碳排放问题尤为明显，且短期内难以大幅改变以燃烧化石燃料为主的能源结构。为达成我国“3060”双碳目标，亟待CO2高效捕集相关技术与专利技术的研究。
[0003]碳捕集、利用与封存(CCUS)技术被认为是未来实现碳中和目标的核心技术。该技术旨在将大气环境中或工业生产中排放的CO2以某种手段分离出来，直接利用或进行封存以实现CO2减排的目的。其中又以碳捕集为整套流程的核心步骤。目前，投入大量研究的CO2捕集方法主要是吸收法、吸附法、膜分离法及电化学分离法。
[0004]吸收法中以化学吸收为较为成熟的捕集方法，通过调控温度、压力等环境因素改变反应的进行方向，实现CO2的吸收及脱除。其优点是可获得高纯度的二氧化碳产品流，但下游的洗涤剂再生步骤则需要较高的能量需求。吸附法应用受到限制，因目前吸附剂距离吸附容量高、吸附/解吸循环足够、CO2选择性高、热稳定性和机械稳定性高、成本低的理想吸附剂尚有一定差距。
[0005]对膜分离方法的研究由于多孔材料如MOF、石墨烯等的广泛应用而受到重视，当前主要研究方向是寻找到具有更高的机械强度和CO2选择渗透性的膜材料。对电化学分离技术，由于其需要电能的额外供应，故虽然使用中即插即用且可达到较高的分离效率，但并非是主流选择。
[0006]由此可见，在各项技术手段尚不完善的情况下，单一的使用某种分离手段难以综合考虑待处理气体的来源、品位、组分各不相同的客观现实，且由于受到环境因素的影响，达到联合稳定分离CO2的工艺要求仍有待进一步研究。

技术实现思路

[0007]针对现有二氧化碳捕集工艺的捕集能力不理想、捕集气纯度不高、能耗较大等问题，本专利技术第一目的在于，提供一种基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，旨在基于SOFC
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膜
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电化学协同配合多源二氧化碳分质处理思路联合改善捕集效果。
[0008]本专利技术第二目的还在于提供一种实施所述方法的装置。
[0009]一种基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，获得含二氧化碳且热值低于3MJ/Nm3的气体a，以及含碳可燃气且热值在3MJ/Nm3以上的气体b；
[0010]将气体a进行电化学捕集处理；
[0011]将气体b经SOFC发电，并将发电阶段产生的含二氧化碳的阳极尾气进行膜分离处理，以及将所发电能用于电化学捕集处理阶段供电；
[0012]收集电化学捕集阶段和膜分离阶段捕集的二氧化碳。
[0013]本专利技术提供了一种多源二氧化碳分质捕集思路，并进一步创新地将气体a进行电化学捕集处理，将气体b经SOFC发电后进行膜捕集处理，如此能够实现协同，能够改善二氧化碳的整体捕集能力，改善捕集二氧化碳的纯度，
[0014]不仅如此，还能够实现能力的高效利用，实现处理阶段的电能的自给自足，显著降低处理成本。
[0015]本专利技术中，所述的多源二氧化碳的分质处理配合特殊适配的SOFC
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膜以及电化学处理工艺是协同改善捕集能力和效果，改善能源利用度的关键。
[0016]本专利技术中，所述的气体a为复杂组分烟气(可包含CO2、SO2、N2、氮氧化合物和碳氢化合物等)经预处理后的气体。
[0017]优选地，气体a中气体CO2的体积含量在5v％以上，优选为10～30v％。
[0018]本专利技术中，电化学捕集处理可基于已知的设备和原理实现。
[0019]优选地，电化学捕集阶段的吸收剂为胺吸附剂，介导金属为铜；
[0020]优选地，所述的胺吸附剂为乙二胺、乙醇胺中的至少一种。
[0021]本专利技术中，电化学捕集的设备中的阴极室、阳极室中设置有流道结构。所述的流道结构为蛇形流道、长方形流道、半圆形流道梯形流道、梯形流道、圆形流道或圆形流道。
[0022]优选地，电化学捕集处理阶段的温度为50～80℃，工作电压在0.4～1.2V，工作电流在0.2～1.2A。
[0023]本专利技术中，电化学捕集阶段的电能优选通过SOFC发电产生的电能自给自足。
[0024]本专利技术中，所述的气体b中，含碳可燃气为甲醇、甲烷、CO中的至少一种。
[0025]本专利技术中，气体b中，还允许存在N2、CO2等气体。
[0026]本专利技术中，气体b中的含碳可燃气的含量需要满足所述的热值，例如，其中的含碳可燃气含量在5v％以上，进一步可以为10～45v％。
[0027]本专利技术中，气体b的热值可以为3～10MJ/Nm3。
[0028]本专利技术中，可基于已知的SOFC实现气体b的化学能向电能转变。例如，可以采用行业内公知的微管式固体氧化物燃料电池(MT
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SOFC)。
[0029]优选地，SOFC发电阶段，气体b通气流量为90～250mL/min，优选为100～200mL/min，进一步优选为140～200mL/min；SOFC发电阶段的工作温度为600～700℃。
[0030]本专利技术中，可将SOFC的电能和电化学捕集装置的电极导电连接。
[0031]本专利技术中，将SOFC产生的含有二氧化碳的阳极尾气进行膜分离处理。
[0032]本专利技术中，膜分离处理采用的分离膜可以是行业内公知的膜材料，例如，其包括基体以及分散在基体中的填料。所述的基质为PDMS、PIM、PAVc、MH 1657中的至少一种。所述的填料为氧化石墨烯、碳量子点、ZnO、Al2O3、TiO2、ZIF中的至少一种。
[0033]分离膜的厚度没有特别要求，例如可以为60～80μm；
[0034]膜分离阶段的温度没有特别要求，例如可以为15～45℃，考虑到处理成本，可进一步为室温。
[0035]本专利技术中，膜分离后的残留的高热值气可回用至SOFC发电阶段。
[0036]本专利技术中，基于所述的分质以及适配的工艺联合，可实现协同，可以实现电能以及二氧化碳气体的自给处理。例如，控制处理阶段，气体b的流量为140～160mL/min，气体a的流量为240～260mL/min。但本专利技术中，在极端条件下，如膜分离处理能力达到饱和时(如气体b的流量超过180mL/min，进一步可以为190～210mL/min)，可选择性地将部分阳极尾气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，获得含二氧化碳且热值低于3MJ/Nm3的气体a，以及含碳可燃气且热值在3MJ/Nm3以上的气体b；将气体a进行电化学捕集处理；将气体b经SOFC发电，并将发电阶段产生的含二氧化碳阳极尾气进行膜分离处理，以及将所发电能用于电化学捕集处理阶段供电；收集电化学捕集阶段和膜分离阶段捕集的二氧化碳。2.如权利要求1所述的基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，所述的气体a为复杂组分烟气；优选地，气体a中气体CO2的体积含量在5v％以上，优选为10～30v％。3.如权利要求1所述的基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，电化学捕集阶段的吸收剂为胺吸附剂，介导金属为铜；优选地，所述的胺吸附剂为乙二胺、乙醇胺中的至少一种。4.如权利要求3所述的基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，电化学捕集的设备中的阴极室、阳极室中设置有流道结构；优选地，所述的流道结构为蛇形流道、长方形流道、半圆形流道梯形流道、梯形流道、圆形流道或圆形流道；优选地，电化学捕集处理阶段的温度为50～80℃，工作电压在0.4～1.2V，工作电流在0.2～1.2A。5.如权利要求1所述的基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，所述的气体b中，含碳可燃气为甲醇、甲烷、CO中的至少一种。6.如权利要求1所述的基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，SOFC发电阶段，气体b通气流量为90～250mL/min；SOFC发电阶段的工作温度为600～700℃。7.如权利要求1所述的基于SOFC
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膜
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电化学自给协同的多源二氧化碳分质捕集方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙朝，雷婷，李诗莹，李钧颖，商睿超，闫昱翰，孙志强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：