二氧化碳捕集与纯化的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种二氧化碳捕集与纯化的方法及系统

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳捕集与纯化的方法及系统


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集
，具体而言，涉及一种二氧化碳捕集与纯化的方法及系统
。

技术介绍

[0002]CO2作为温室气体的主要成分，随着其排放量的不断增高而导致的全球变暖问题也逐步受到人们的关注
。CO2捕集技术可以降低
CO2排放量并有效降低大气中
CO2浓度，因而开发高效的
CO2捕集技术也逐步成为人们的研究热点
。
[0003]目前国内外各类碳捕集技术层出不穷，如碳工程公司
(Carbon Engineering
，
CE)
开发了以
KOH
和
Ca(OH)2为核心吸收溶液的空气直接捕集工艺
。
该工艺使用
KOH
吸收空气中的
CO2转化为
K2CO3溶液，随后使用
Ca(OH)2溶液进行
KOH
再生，再生过程中
Ca(OH)2溶液生成
CaCO3固体，高温煅烧后得到
CaO
，随后
CaO
再与
H2O
反应得到
Ca(OH)2溶液
。
上述过程使用性质稳定的无机碱为吸收剂，运行稳定且连续运行可大规模应用，但整个工艺流程较长，其中
CaCO3煅烧再生过程能耗较高且存在二次碳排放的问题
。
[0004]使用电解工艺对碳酸盐溶液进行电解，可实现碱液再生，并将捕集的
CO2从碳酸盐溶液中电解出来在一定程度上取代使用
Ca(OH)2溶液进行碱液再生及
CaCO3煅烧过程，但当进入电解槽的碳酸盐溶液中若含有未反应完的氢氧根
OH
‑
，则电解过程中氢氧根会先放电，直至
OH
‑
消耗完全后才进一步对碳酸根进行电解，且电解碳酸根至产生
CO2需要分以下两步完成：首先将碳酸根
CO
32
‑
转变为碳酸氢根
HCO3‑
，随后将
HCO3‑
电解为
CO2。
因此，当进入电解槽的碳酸盐溶液中不含
OH
‑
且含有一定量
HCO3‑
时，能够在一定程度上降低电解过程电解槽的电耗
。
但使用碱液对
CO2进行捕集时，尤其是对含
CO2浓度较低的空气进行捕集时，较高的
OH
‑
浓度可保证
CO2的捕集率，因此为了获得较高的
CO2捕集率，通常会使吸收后的碳酸盐溶液含有一定量
OH
‑
，进而增加了电解槽的电耗
。
[0005]此外，理论上电解产生的气态
CO2中会夹带约
30
％左右的
O2，若使用常规的
CO2分离塔进行
O2及
CO2的分离，在得到纯度较高的液态
CO2产品的前提下，塔顶排出的
O2中会带出大量的
CO2，无法保证
CO2的回收率且会降低系统的整体捕集率
。
[0006]因此，研究并开发出一种二氧化碳捕集与纯化的方法及系统对于同时满足较高的二氧化碳捕集效率以及较低的能耗具有重要意义
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种二氧化碳捕集与纯化的方法及系统，以解决现有的二氧化碳捕集及纯化过程存在二氧化碳捕集效率较低以及能耗较高的问题
。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种二氧化碳捕集与纯化的方法，包括二氧化碳捕集
、
电解及二氧化碳分离，该二氧化碳捕集与纯化的方法包括：利用碱性溶液对目标组分进行二氧化碳捕集过程，获得含碳酸盐水溶液；使至少部分含碳酸盐水溶液与二氧化碳分离过程产生的含二氧化碳的粗氧混合，得到含碳酸氢盐水溶液和氧气，含二氧化
碳的粗氧中二氧化碳的体积含量为
9.7
～
35.9vol
％；对含碳酸氢盐水溶液进行电解，得到阳极气和氢气及再生碱液；对阳极气进行二氧化碳分离步骤，得到液态二氧化碳和含二氧化碳的粗氧，其中，液态二氧化碳中二氧化碳的含量为
98.5
～
99.9999vol
％，粗氧中二氧化碳的含量占阳极气中二氧化碳含量的5～
40
％
。
[0009]进一步地，二氧化碳分离过程在二氧化碳分离装置中进行，且操作压力为
10
～
60bar
，摩尔回流比为
(1.4
～
4):1
，塔顶气相采出物与进料的物质的量之比为
(0.25
～
0.45):1。
[0010]进一步地，电解过程的温度为
50
～
200℃
，电解槽电压为
1.1
～
4V
，电流密度为
500
～
8000A/m2，含碳酸氢盐水溶液中，碳酸氢根的物质的量与碳酸根和碳酸氢根的总物质的量之比为
(0.1
～
1):1。
[0011]进一步地，在进行二氧化碳分离过程之前，二氧化碳捕集与纯化的方法还包括对阳极气依次进行冷却
、
气液分离
、
压缩以及干燥除水的过程
。
[0012]进一步地，经冷却过程后，阳极气的温度降至5～
50℃。
[0013]进一步地，在进行压缩过程和分离过程之间，二氧化碳捕集与纯化的方法包括：将经过压缩过程的阳极气与粗氧进行换热
。
[0014]进一步地，碱性溶液中氢氧根的浓度为
0.2
～
3mol/L
，含碳酸盐水溶液中碳酸根的浓度为
0.2
～
6mol/L
，氢氧根的浓度为0～
1.5mol/L
，
pH
为
10
～
14
；优选地，碱性溶液中氢氧根的浓度为
0.5
～
1.5mol/L
，含碳酸盐水溶液中碳酸根的浓度为
0.5
～
5.5mol/L
，氢氧根的浓度为0～
1mol/L
，
pH
为
12
～
14。
[0015]进一步地，二氧化碳捕集与纯化的方法还包括：将至少部分含碳酸盐水溶液和
/
或再生碱液返回至二氧化碳捕集过程进行再次利用
。
[0016]为了实现上述目的，本专利技术另一个方面还提供了一种二氧化碳捕集与纯化的系统，该二氧化碳捕集与纯化的系统包括：二氧化碳捕集装置
、
氧气提纯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二氧化碳捕集与纯化的方法，包括二氧化碳捕集
、
电解及二氧化碳分离，其特征在于，所述二氧化碳捕集与纯化的方法包括：利用碱性溶液对目标组分进行所述二氧化碳捕集过程，获得含碳酸盐水溶液；使至少部分所述含碳酸盐水溶液与所述二氧化碳分离过程产生的含二氧化碳的粗氧混合，得到含碳酸氢盐水溶液和氧气，所述含二氧化碳的粗氧中二氧化碳的体积含量为
9.7
～
35.9vol
％；对所述含碳酸氢盐水溶液进行电解，得到阳极气和氢气及再生碱液；对所述阳极气进行所述二氧化碳分离步骤，得到液态二氧化碳和所述含二氧化碳的粗氧，其中，所述液态二氧化碳中二氧化碳的含量为
98.5
～
99.9999vol
％，所述粗氧中二氧化碳的含量占所述阳极气中二氧化碳含量的5～
40
％
。2.
根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，所述二氧化碳分离过程在二氧化碳分离装置中进行，且操作压力为
10
～
60bar
，摩尔回流比为
(1.4
～
4):1
，塔顶气相采出物与进料的物质的量之比为
(0.25
～
0.45):1。3.
根据权利要求1或2所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，所述电解过程的温度为
50
～
200℃
，电解槽电压为
1.1
～
4V
，电流密度为
500
～
8000A/m2，所述含碳酸氢盐水溶液中，碳酸氢根的物质的量与碳酸根和碳酸氢根的总物质的量之比为
(0.1
～
1):1。4.
根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，在进行所述二氧化碳分离过程之前，所述二氧化碳捕集与纯化的方法还包括对所述阳极气依次进行冷却
、
气液分离
、
压缩以及干燥除水的过程
。5.
根据权利要求4所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，经所述冷却过程后，所述阳极气的温度降至5～
50℃。6.
根据权利要求4所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，在进行所述压缩过程和所述分离过程之间，所述二氧化碳捕集与纯化的方法包括：将经过所述压缩过程的阳极气与所述粗氧进行换热
。7.
根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，所述碱性溶液中氢氧根的浓度为
0.2
～
3mol/L
，所述含碳酸盐水溶液中碳酸根的浓度为
0.2
～
6mol/L
，氢氧根的浓度为0～
1.5mol/L
，
pH
为
10
～
14
；优选地，所述碱性溶液中氢氧根的浓度为
0.5
～
1.5mol/L
，所述含碳酸盐水溶液中碳酸根的浓度为
0.5
～
5.5mol/L
，氢氧根的浓度为0～
1mol/L
，
pH
为
12
～
14。8.
根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与纯化的方法，其特征在于，所述二氧化碳捕集与纯化的方法还包括：将至少部分所述含碳酸盐水溶液和
/
或所述再生碱液返回至所述二氧化碳捕集过程进行再次利用
。9.
一种二氧化碳捕集与纯化的系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集与纯化的系统包括：二氧化碳捕集装置
(100)
，所述二氧化碳捕集装置
(100)
设置有碱性溶液入口
(101)、
目标组分入口
(102)
和含碳酸盐水溶液排放口
(103)
；氧气提纯装置
(200)
，所述氧气提纯装置
(200)
设置有粗氧入口
(201)、
含碳酸盐水溶液入口
(202)、
含碳酸氢盐水溶液排放口
(203)
及氧气排放口
(204)
，所述含碳酸盐水溶液入口
(202)

【专利技术属性】
技术研发人员：赵途，吕锡嘉，张浩，
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：