用于捕获二氧化碳以及使捕获溶液再生的系统和方法技术方案

根据本公开内容的技术包括：用

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于捕获二氧化碳以及使捕获溶液再生的系统和方法


[0001]本公开内容涉及用于捕获二氧化碳
(CO2)
以及使
CO2捕获溶液再生的系统和方法
。

技术介绍

[0002]捕获大气中的二氧化碳
(CO2)
是一种减轻温室气体排放和减缓气候变化的方法
。
然而，许多设计用于从点源
(
如工业设施的烟道气
)
捕获
CO2的技术通常无法有效地从大气中捕获
CO2，这是由于显著较低的
CO2浓度且需要处理大量的空气
。
近年来，在寻找更适合直接捕获大气中的
CO2的技术方面已取得进展
。
[0003]一些直接空气捕获
(DAC)
系统使用液体吸着剂
(sorbent)(
有时称为溶剂或捕获溶液
)
来从大气捕获
CO2。
这样的气液接触系统的一个实例是基于冷却塔设计的系统，其中使用风扇而使空气抽吸穿过经包含所述液体吸着剂的捕获溶液润湿的高表面积充填料
。
在某些情况下，捕获溶液可为碱性水溶液，所述碱性水溶液当与空气中的
CO2反应时形成富碳酸盐溶液
。
富碳酸盐捕获溶液在下游被进一步处理，以使贫碳酸盐溶液再生并释放浓缩的碳料流，例如
CO、CO2或其它碳产物
。
[0004]用于使捕获溶液再生和释放
CO2的已知热化学法是粒化钙/>(pelletized calcium)
技术
。
该方法包括使碳酸盐沉淀以形成碳酸钙
(CaCO3)
固体，对
CaCO3固体进行煅烧以收取捕获的
CO2，由此产生氧化钙
(CaO)
，使氧化钙水合以产生氢氧化钙
(Ca(OH)2)。Ca(OH)2然后与碱金属碳酸盐
(alkali carbonate)(
例如，碳酸钾
K2CO3或碳酸钠
Na2CO3)
反应以使捕获溶液再生
(
例如，氢氧化钾
KOH
或氢氧化钠
NaOH)。
将热化学再生法与
DAC
系统集成实现了商业规模的
CO2捕获和收取
。

技术实现思路

[0005]在示例性实施方式中，方法包括用
CO2捕获溶液从稀气体源
(dilute gas source)
中捕获二氧化碳，以形成富碳酸盐捕获溶液；从所述富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的至少一部分；形成电渗析
(ED)
进料溶液；使水料流和所述
ED
进料溶液流向双极性膜电渗析
(BPMED)
单元；对所述
BPMED
单元施加电势，以形成至少两个
ED
产物料流，包括包含氢氧化物的第一
ED
产物料流；以及使所述第一
ED
产物料流流出，以用于用
CO2捕获溶液从稀气体源中捕获二氧化碳
。
[0006]在可与所述示例性实施方式组合的方面中，向
BPMED
单元施加电势包括向
BPMED
单元施加至少一部分电势，以形成第一
ED
产物料流和第二
ED
产物料流
。
[0007]在可与任何先前方面组合的另一方面中，第二
ED
产物料流包括碳酸
。
[0008]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括从第二
ED
产物料流中收取二氧化碳气体料流的至少一部分
。
[0009]在可与任何先前方面组合的另一方面中，从第二
ED
产物料流中收取二氧化碳气体料流的部分包括从第二
ED
产物料流中收取二氧化碳气体料流的部分以形成盐水料流，并且从富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的至少一部分包括使碳酸盐的部分结晶以形成结晶碳
酸盐水合物
。
[0010]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括使结晶碳酸盐水合物溶解并使溶解的结晶碳酸盐水合物与盐水料流混合，以形成
ED
进料溶液，然后使水和
ED
进料溶液流向
BPMED
单元
。
[0011]在可与任何先前方面组合的另一方面中，从第二
ED
产物料流中收取二氧化碳气体料流的部分以形成盐水料流包括在闪蒸罐中收取二氧化碳气体料流的部分
。
[0012]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括使盐水料流从闪蒸罐中流出，以用于溶解结晶碳酸盐水合物，并使溶解的结晶碳酸盐水合物与盐水料流混合以形成
ED
进料溶液
。
[0013]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括使二氧化碳气体料流流向下游工艺，该下游工艺包括以下中的至少一种：压缩单元
、
燃料合成系统
、
合成气生成反应器
、
或电解槽；以及得到一种或多种下游产物，该下游产物包括以下中的至少一种：合成气
、CO、H2、
或水
。
[0014]在可与任何先前方面组合的另一方面中，第二
ED
产物料流包括质子穿梭物类
(proton
‑
shuttling species)。
[0015]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括使第二
ED
产物料流与碳酸盐的部分反应，以收取二氧化碳气体和形成
ED
进料溶液
。
[0016]在可与任何先前方面组合的另一方面中，使第二
ED
产物料流与碳酸盐的部分反应以收取二氧化碳气体包括使第二
ED
产物料流的质子穿梭物类与碳酸盐的部分反应，以形成碳酸和
ED
进料溶液
。
[0017]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括使二氧化碳气体流向下游工艺，该下游工艺包括以下中的至少一种：压缩单元
、
燃料合成系统
、
合成气生成反应器
、
或电解槽；以及得到一种或多种下游产物，该下游产物包括以下中的至少一种：合成气
、CO、H2、
或水
。
[0018]在可与任何先前方面组合的另一方面中，使第二
ED
产物料流与碳酸盐的部分反应包括使包括硫酸氢盐的质子穿梭物类与碳酸盐的部分反应
。
[0019]可与任何先前方面组合的另一方面进一步包括在水和
ED
进料溶液流向
BPMED
单元之前，使
ED
进料溶液流动通过离子交换器
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
方法，所述方法包括：用
CO2捕获溶液从稀气体源中捕获二氧化碳，以形成富碳酸盐捕获溶液；从所述富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的至少一部分；形成电渗析
(ED)
进料溶液；使水料流和所述
ED
进料溶液流向双极性膜电渗析
(BPMED)
单元；向所述
BPMED
单元施加电势，以形成至少两个
ED
产物料流，包括包含氢氧化物的第一
ED
产物料流；以及使所述第一
ED
产物料流流出，以用于用所述
CO2捕获溶液从稀气体源中捕获二氧化碳
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中向所述
BPMED
单元施加电势包括向所述
BPMED
单元施加至少一部分电势，以形成所述第一
ED
产物料流和第二
ED
产物料流
。3.
根据权利要求2所述的方法，其中所述第二
ED
产物料流包括碳酸，所述方法进一步包括从所述第二
ED
产物料流中收取二氧化碳气体料流的至少一部分
。4.
根据权利要求3所述的方法，其中从所述第二
ED
产物料流中收取所述二氧化碳气体料流的部分包括从所述第二
ED
产物料流中收取所述二氧化碳气体料流的该部分以形成盐水料流，并且从所述富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的至少一部分包括使碳酸盐的该部分结晶以形成结晶碳酸盐水合物，所述方法进一步包括：使所述结晶碳酸盐水合物溶解并使所述溶解的结晶碳酸盐水合物与所述盐水料流混合，以形成
ED
进料溶液，然后使水和所述
ED
进料溶液流向所述
BPMED
单元
。5.
根据权利要求4所述的方法，其中从所述第二
ED
产物料流中收取所述二氧化碳气体料流的部分以形成所述盐水料流包括在闪蒸罐中收取所述二氧化碳气体料流的部分，所述方法进一步包括：使所述盐水料流从所述闪蒸罐中流出，以用于溶解所述结晶碳酸盐水合物，并使溶解的结晶碳酸盐水合物与所述盐水料流混合以形成所述
ED
进料溶液
。6.
根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：使所述二氧化碳气体料流流向下游工艺，所述下游工艺包含以下中的至少一种：压缩单元
、
燃料合成系统
、
合成气生成反应器
、
或电解槽；以及得到一种或多种下游产物，所述下游产物包含以下中的至少一种：合成气
、CO、H2、
或水
。7.
根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述第二
ED
产物料流包括质子穿梭物类，所述方法进一步包括：使所述第二
ED
产物料流与碳酸盐的部分反应，以收取二氧化碳气体并形成所述
ED
进料溶液
。8.
根据权利要求7所述的方法，其中使所述第二
ED
产物料流与碳酸盐的部分反应以收取二氧化碳气体包括使所述第二
ED
产物料流的质子穿梭物类与碳酸盐的部分反应，以形成碳酸和所述
ED
进料溶液
。9.
根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：使所述二氧化碳气体流向下游工艺，所述下游工艺包含以下中的至少一种：压缩单元
、
燃料合成系统
、
合成气生成反应器
、
或电解槽；以及得到一种或多种下游产物，所述下游产物包含以下中的至少一种：合成气
、CO、H2、
或水
。10.
根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中使所述第二
ED
产物料流与碳酸盐的
部分反应包括使包含硫酸氢盐的所述质子穿梭物类与碳酸盐的部分反应
。11.
根据权利要求1至
10
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在水和所述
ED
进料溶液流向所述
BPMED
单元之前，使所述
ED
进料溶液流动通过离子交换器
。12.
根据权利要求1至
11
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述第一
ED
产物料流中分离
BPMED
再循环料流，并使所述
BPMED
再循环料流返回到所述
BPMED
单元
。13.
根据权利要求2任一项所述的方法，其中从所述富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的部分包括使所述富碳酸盐捕获溶液流动通过纳滤单元，以形成包含富碳酸盐混合物的纳滤
(NF)
渗余物料流，并形成包含富氢氧化物混合物的
NF
渗透物料流，并且使水和所述
ED
进料溶液流向所述
BPMED
单元包括使包含所述
NF
渗余物料流的至少一部分的所述
ED
进料溶液流向所述
BPMED
单元，所述方法进一步包括：从所述第二
ED
产物料流中收取二氧化碳气体以形成盐水料流；使所述盐水料流流向反渗透
(RO)
单元，以形成包含富碳酸氢盐溶液的
RO
渗余物料流并形成包含水的
RO
渗透物料流；以及使所述
RO
渗余物料流与所述
NF
渗余物料流合并，以形成所述
ED
进料溶液
。14.
根据权利要求
13
所述的方法，所述方法进一步包括使所述
NF
渗透物料流的至少一部分流出，以用于用所述
CO2捕获溶液从稀气体源中捕获二氧化碳
。15.
根据权利要求
13
或
14
所述的方法，所述方法进一步包括使所述
NF
渗余物料流流向所述纳滤单元下游的离子交换器，以形成离子交换再生物废物料流以及所述
ED
进料溶液的至少一部分
。16.
根据权利要求
13
至
15
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述第一
ED
产物料流中分离包括氢氧化物的
BPMED
再循环料流，并使所述
BPMED
再循环料流流向所述
BPMED
单元
。17.
根据权利要求
16
所述的方法，所述方法包括使包含水的
RO
渗透物料流的至少一部分与所述第一
ED
产物料流合并，以形成所述
BPMED
再循环料流
。18.
根据权利要求1至
17
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在7至
12
之间的
pH
下操作所述
BPMED
单元
。19.
根据权利要求1至
17
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使用范围在
0.001M
至
2.5M
之间的氢离子浓度操作所述
BPMED
单元
。20.
根据权利要求1至
19
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在用所述
CO2捕获溶液从稀气体源中捕获二氧化碳之前，使所述第一
ED
产物料流中的氢氧化物的浓度增加以形成所述
CO2捕获溶液
。21.
根据权利要求
20
所述的方法，其中使所述第一
ED
产物料流中的氢氧化物的浓度增加包括从所述第一
ED
产物料流中蒸发水
。22.
根据权利要求2所述的方法，其中从所述富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的部分包括通过使所述富碳酸盐捕获溶液结晶以形成母液和结晶碳酸盐水合物来增加所述富碳酸盐捕获溶液中碳酸盐的浓度
。23.
根据权利要求
22
所述的方法，所述方法进一步包括：使所述结晶碳酸盐水合物的至少一部分溶解，以形成碳酸盐的部分；以及使所述碳酸盐的该部分与所述盐水料流混合，以形成所述
ED
进料溶液
。
24.
根据权利要求
22
所述的方法，所述方法进一步包括：使所述结晶碳酸盐水合物的至少一部分溶解，以形成碳酸盐的部分；以及使所述碳酸盐的该部分与所述第二
ED
产物料流中的质子穿梭物类反应，以形成所述
ED
进料溶液
。25.
根据权利要求
22
至
24
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在使所述富碳酸盐捕获溶液结晶之前，从所述富碳酸盐捕获溶液中蒸发水以增加碳酸盐的浓度
。26.
根据权利要求
22
至
25
中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使所述母液的至少一部分与所述
CO2捕获溶液的至少一部分合并，以用于用所述
CO2捕获溶液从稀气体源中捕获二氧化碳
。27.
根据权利要求
22
至
26
中任一项所述的方法，其中所述结晶碳酸盐水合物包含以下中的至少一种：碳酸钾倍半水合物
(K2CO3·
1.5H2O)、
碳酸钠十水合物
(Na2CO3·
10H2O)、
碳酸钠钾六水合物
(KNaCO3·
6H2O)、
或无水碳酸盐
。28.
根据权利要求1至
27
中任一项所述的方法，其中从所述富碳酸盐捕获溶液中分离碳酸盐的部分包括使所述富碳酸盐捕获溶液结晶以形成低固体料流以及包含结晶碳酸盐水合物的高固体料流，所述低固体料流具有比所述高固体料流更高的液固比，所述方法进一步包括：使所述高固体料流的所述结晶碳酸盐水合物溶解于水溶液中，并与盐水料流混合，以形成所述
ED
进料溶液；以及使所述低固体料流返回以用于使所述富碳酸盐捕获溶液结晶
。29.
根据权利要求1所述的方法，其中分离所述富碳酸盐捕获溶液中碳酸盐的部分包括使所述富碳酸盐捕获溶液流动通过纳滤单元
。30.
根据权利要求
29
所述的方法，其中使所述富碳酸盐捕获溶液流动通过所述纳滤单元包括使所述富碳酸盐捕获溶液流动通过所述纳滤单元以形成包含富碳酸盐混合物的
NF
渗余物料流...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：碳工程有限公司，
类型：发明
国别省市：