可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法及系统。其包括：利用碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液；将含碳酸盐水溶液进行第一次电解过程，得到含碳酸氢盐水溶液和氢气；在催化剂的存在下，使含碳酸氢盐水溶液进行第二次电解过程，得到一氧化碳和氢气，其中催化剂选自第VIII族、第IB族、第IIB族、第IVA族及镧系元素的单质金属、合金及化合物组成的组中的一种或多种。上述方法不仅能够使得捕集所得的二氧化碳可以以合成气的形式进行消纳利用，从而进一步拓宽了二氧化碳的资源化的应用领域；同时在进行第一次电解之前将碳酸盐溶液中的部分碳酸盐变为碳酸氢盐，从而大大降低了电耗和工艺成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法及系统


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集领域，具体而言，涉及一种可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，以液态醇胺为CO2吸收剂的化学吸收法，具有吸收速率快，工艺流程简单的优势，是目前CO2捕集方面研究最多使用最为广泛的技术之一。但醇胺吸收剂再生过程要克服一定量的水气化潜热，需使用大量蒸汽，能耗较高，且在使用过程中醇胺溶剂会发生一定程度的降解，造成胺损失和运行成本的增加。
[0003]为解决液态醇胺溶剂能耗较高问题，采用固态吸附/吸收剂进行CO2捕集逐渐成为研究热点。该类吸附/吸收剂再生过程避免了大量水的气化热，能耗主要是再生过程物料的升温显热和克服再生的化学反应热，大大降低了再生能耗。但该方法一方面对固态吸附/吸收剂的要求较高，所使用的吸附/吸收剂要兼具较佳的吸附性能及热稳定性，因此性能较佳的吸附/吸收剂一般价格较高，造成前期投资成本较高；另一方面需要开发与之相匹配的工艺设备及工艺流程，且相关吸附及再生设备通常以流化床为主，在运行过程中不可避免地会发生材料磨损，造成一定量吸附/吸收剂损失，使得运行成本增加。因此，目前尚未有较为成熟的工业化应用报道。
[0004]以无机碱性溶液为吸收剂进行CO2捕集，较固态吸附/吸收剂价格低廉；同时使用无机碱吸收CO2后所得的碳酸盐，一般可以通过与Ca(OH)2反应进行再生。该方法与以醇胺溶剂为吸收剂的化学吸收法相比，再生过程避免了大量水的气化热。但再生过程需使用的Ca(OH)2会变为CaCO3，CaCO3需要经煅烧变为CaO，CaO再与H2O反应实现Ca(OH)2的再生。因此该方法系统较为复杂，加之CaCO3煅烧过程会增加能耗且煅烧燃料的消耗会导致CO2排放，在投资成本及运行成本方面均不占优势；因此如何降低CO2捕集成本是现阶段研究的主要热点。此外CO2的资源化利用是现阶段的另一研究热点，市面主流的捕碳技术最终所得产品基本仍以CO2为主，碳元素利用形式单一，虽然利用捕集所得CO2可合成化学品，如CO2制甲醇、CO2制烯烃等，但需使用CO2为原料进行合成的化学品种类及产能是有限的。因而如何进一步拓展CO2的资源化应用领域，及时消纳所捕集的CO2，以形成完整产业链，也是一个重要的研究方向。
[0005]鉴于上述问题的存在，需要开发一种可联产CO与H2的CO2捕集方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法及系统，解决现有的二氧化碳捕集方法存在捕集成本高且产品单一的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，包括：利用碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液；将含碳酸盐水溶液进行第一次电解过程，得到含碳酸氢盐水溶液和氢气；在催化剂的存在
下，使碳酸氢盐水溶液进行第二次电解过程，得到一氧化碳和氢气，其中催化剂选自第VIII族、第IB族、第IIB族、第IVA族及镧系元素的单质金属、合金及化合物组成的组中的一种或多种。
[0008]进一步地，第一次电解过程的产物还包括第一粗氧气，第一粗氧气中含有一部分二氧化碳，可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：采用部分含碳酸盐水溶液对第一粗氧气进行提纯，得到纯氧气和含碳酸氢盐水溶液；含碳酸氢盐水溶液进行第一次电解过程，得到碳酸氢盐水溶液。
[0009]进一步地，第一次电解过程中，电解槽电压为1.1～4V，电流密度为500～8000A/m2，含碳酸盐水溶液的pH为10～14，含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1～4.5mol/L。
[0010]进一步地，第一次电解过程的产物还包括再生碱液，可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：将至少部分再生碱液和/或至少第二次电解过程得到的阴极液作为碱性溶液参与捕集过程。
[0011]进一步地，至少部分再生碱液参与捕集过程之前，先进行冷却处理。
[0012]进一步地，第二次电解过程中，电解槽电压为100～220V，电流密度为500～10000A/m2，催化剂的负载量为1～200mg/cm2，碳酸氢盐水溶液的pH为8～13，碳酸氢盐水溶液中碳酸氢盐的浓度为1.5～3.8mol/L。
[0013]进一步地，第一次电解过程的操作温度为70～95℃，第二次电解过程的操作温度为20～90℃。
[0014]进一步地，催化剂选自金属Au、金属Ni、金属Zn、CuPb、CeO2、ZnO组成的组中的一种或多种，催化剂的负载量为30～80mg/cm2。
[0015]进一步地，第二次电解过程的产物还包括第二粗氧气，第二粗氧气中含有一部分二氧化碳，可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：采用部分含碳酸盐水溶液对第二粗氧气进行提纯，得到纯氧气和含碳酸氢盐水溶液。
[0016]进一步地，捕集过程中，压力为常压，含碳酸盐水溶液的浓度为1～4.5mol/L，pH为10～13。
[0017]进一步地，提纯过程中，含碳酸氢盐水溶液中，碳酸氢根的摩尔量与碳酸根及碳酸氢根的总摩尔量之比为(0.1～1):1。
[0018]进一步地，可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：将部分含碳酸盐水溶液再次参与捕集过程。
[0019]进一步地，第二次电解过程获得的一氧化碳和氢气的摩尔比为(0.1～1):1。
[0020]本申请的另一方面还提供了一种可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集系统，该可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集系统包括：二氧化碳捕集装置、第一次电解装置和第二次电解装置；二氧化碳捕集装置设置有碱性溶液入口、目标组分入口和含碳酸盐水溶液排放口；第一次电解装置设置有含碳酸盐水溶液入口、碳酸氢盐水溶液排放口和氢气出口，含碳酸盐水溶液排放口与含碳酸盐水溶液入口连通；第二次电解装置的内部设置有催化剂，且第一次电解装置设置有碳酸氢盐水溶液入口和阴极气出口，阴极气出口用于排放一氧化碳和氢气，催化剂选自第VIII族、第IB族、第IIB族、第IVA族及镧系元素的单质金属、合金及化合物组成的组中的一种或多种。
[0021]进一步地，第一次电解装置还设置有第一粗氧排放口，可联产一氧化碳与氢气的
二氧化碳捕集系统还包括提纯装置，提纯装置设置有粗氧入口和碱性吸收剂入口及含碳酸氢盐水溶液排放口，粗氧入口与第一粗氧出口连通，含碳酸氢盐水溶液排放口与碳酸氢盐水溶液入口连通。
[0022]进一步地，含碳酸盐水溶液排放口分别与碱性吸收剂入口及碱性溶液入口连通。
[0023]进一步地，第一次电解装置还设置再生碱液排放口，再生碱液排放口与碱性溶液入口通过再生碱液输送管路连通。
[0024]进一步地，可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集系统还设置有缓冲装置和冷却装置，且沿再生碱液的流动方向，缓冲装置和冷却装置依次设置在再生碱液输送管路上。
[0025]进一步地，第二次电解装置还设置有阴极电解液排放口和第二粗氧出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法包括：利用碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液；将所述含碳酸盐水溶液进行第一次电解过程，得到含碳酸氢盐水溶液和氢气；在催化剂的存在下，使所述碳酸氢盐水溶液进行第二次电解过程，得到一氧化碳和氢气，其中所述催化剂选自第VIII族、第IB族、第IIB族、第IVA族及镧系元素的单质金属、合金及化合物组成的组中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第一次电解过程的产物还包括第一粗氧气，所述第一粗氧气中含有一部分二氧化碳，所述可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：采用部分所述含碳酸盐水溶液对所述第一粗氧气进行提纯，得到纯氧气和所述含碳酸氢盐水溶液；所述含碳酸氢盐水溶液进行所述第一次电解过程，得到所述碳酸氢盐水溶液。3.根据权利要求1或2所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第一次电解过程中，电解槽电压为1.1～4V，电流密度为500～8000A/m2，所述含碳酸盐水溶液的pH为10～14，所述含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1～4.5mol/L。4.根据权利要求3所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第一次电解过程的产物还包括再生碱液，所述可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：将至少部分所述再生碱液和/或至少所述第二次电解过程得到的阴极液作为所述碱性溶液参与所述捕集过程。5.根据权利要求4所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述至少部分再生碱液参与所述捕集过程之前，先进行冷却处理。6.根据权利要求3所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第二次电解过程中，电解槽电压为100～220V，电流密度为500～10000A/m2，催化剂的负载量为1～200mg/cm2，所述碳酸氢盐水溶液的pH为8～13，所述碳酸氢盐水溶液中碳酸氢盐的浓度为1.5～3.8mol/L。7.根据权利要求6所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第一次电解过程的操作温度为70～95℃，所述第二次电解过程的操作温度为20～90℃。8.根据权利要求3所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述催化剂选自金属Au、金属Ni、金属Zn、CuPb、CeO2和ZnO组成的组中的一种或多种，所述催化剂的负载量为30～80mg/cm2。9.根据权利要求2所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述第二次电解过程的产物还包括第二粗氧气，所述第二粗氧气中含有一部分二氧化碳，所述可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法还包括：采用部分所述含碳酸盐水溶液对所述第二粗氧气进行提纯，得到所述纯氧气和所述含碳酸氢盐水溶液。10.根据权利要求1所述的可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述捕集过程中，压力为常压，所述含碳酸盐水溶液的浓度为1～4.5mol/L，pH为10～13。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：吕锡嘉，赵途，张浩，张俊伟，
申请(专利权)人：势加透博北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：