本发明专利技术公开了一种用于CO2捕集与利用的装置，其包括烟气脱硫塔、气体加压装置、乙醇合成反应器、冷凝分离器、乙醇储罐、换热器，本发明专利技术装置利用催化剂，将CO<subgt;2</subgt;捕集、储存与利用过程集中于一个设备中，方便快捷，并且具有较高的CO<subgt;2</subgt;捕收率和转化率；本装置在促进碳减排的同时实现CO<subgt;2</subgt;资源化，可以实现CO<subgt;2</subgt;的定向催化转化制乙醇等化工原料，该技术在节能减排方面具有应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳捕集与利用，具体涉及一种二氧化碳捕集与利用的装置。
技术介绍
1、二氧化碳排放造成温室效应，带来的极端气候频发、冰川融化加快、粮食危机等一系列问题，成为近十年困扰研究者的难题。现有燃煤电站、水泥、钢铁等是二氧化碳排放大户，进行碳减排势在必行。二氧化碳捕集技术在我国的发展的进入了快车道，成为了新的技术热点。
2、cn108970362a利用烟气余热作为再生热源，有利于降低能耗。但该方法采用的工艺需要先将烟气的温度调整为不高于50℃，捕集流程相对繁琐，换热设备较为庞大，不利于碳捕集技术的规模化推广应用。
3、cn112263890a公布了一种烟气余热利用型碳捕集方法，该方法包括：对烟气进行深度除水，得到深脱水烟气，使得进入碳捕集阶段的烟气中水含量大幅降低；通过吸附剂吸附捕集该脱水烟气中的二氧化碳直至饱和；然后利用未经除水的热烟气对再生阶段的吸附剂升温，提高吸附剂再生效率，加快吸附剂在负压条件下解吸再生，释放二氧化碳气体，降低吸附剂的再生成本与再生能耗；再通过冷却、提纯、压缩等过程将解吸得到的气体收集为产品气。上述专利技术采用固体吸附工艺，受限于吸附材料本身，吸附co2的平衡容量有限，再生操作频繁，设备能耗突出。
4、在对二氧化碳捕集与利用过程中极易出现外溢的风险，co2外溢导致co2窒息危害频发，给二氧化碳捕集生产带来巨大的风险，对生产人员造成了人身危害。此外，捕集后的材料运输转移过程中极易出现co2脱附溢散风险。
技术实现思路
>1、本专利技术提供了一种用于co2捕集与利用的装置，该装置同时实现了co2捕集储存和co2加氢制取乙醇，本专利技术装置简化了co2捕集后进行转移的需求，避免了在转移过程中co2逸散的风险。2、本专利技术用于co2捕集与利用的装置包括烟气脱硫塔、气体加压装置、乙醇合成反应器、冷凝分离器、乙醇储罐、换热器，换热器通过烟气脱硫塔与气体加压装置连接，气体加压装置通过乙醇合成反应器与冷凝分离器连接，冷凝分离器分别与换热器、乙醇储罐连接，其中乙醇合成反应器包括壳体，壳体内底部设置有布气板，进气管设置在壳体底部并与布气板连通，进气管上开有烟气入口、氢气入口，壳体内设置有阴极和阳极，布气板位于阳极下方，阴极和阳极之间装有催化剂，壳体内放置有电解液，阴极和阳极分别与电源连接，壳体顶部开有烟气排放口；
3、所述催化剂是在常温下，将氧化石墨烯分散在去离子水中，超声30-60min，将分散液添加到含3-羟基吡啶的乙醇溶液中，超声混匀后，将悬浮液置于高压釜中，在100-300℃下水热处理4-6h，制得氮掺杂氧化石墨烯水凝胶；将水凝胶放入含金属盐的氨水溶液中，混匀后混合物在60-200℃下水热处理6-10h，之后将得到的湿凝胶冷冻干燥，干燥物在n2气氛、600-1000℃下加热1-3h，退火冷却后用体积浓度5%~20%的硫酸溶液清洗3-5次，用去离子水清洗干燥制得。
4、本专利技术催化剂对co2气体具有良好的吸附性能，如吸附和解吸附温度低、循环性好，且在电催化条件下法拉第效率高，乙醇转化率高达80%。气凝胶的多孔结构和大比表面积提供了大量的吸附位点，有助于捕获二氧化碳分子，n原子可以提供额外的活性位点，并与co2分子中的氧原子形成较强的化学键，这种化学吸附比一般的物理吸附更为有效。此外n的掺杂可能改变了氧化石墨烯的电子性质，使其更容易与co2分子相互作用。当进行co2利用时，通过升高温度可以破坏这种化学键，使其从吸附剂中释放。通电的条件下，填充在电解液中的催化剂表面带电，与二维电解槽中阴阳极构成三维电极。释放出来的co2在催化剂的表面上被吸附和活化，由于co2和催化剂表面的相互作用，导致co2分子的部分还原，活化的co2可能会转化为不同的中间体，包括羧酸盐、酮和其它有机分子；在氢的存在下，这些中间体进一步还原形成乙醇，这一步骤涉及多个电子转移过程。本专利技术大幅度降低了co2捕集与利用过程中的成本，并且通过制备的催化剂，将co2的捕集与利用过程集成在一个装置中，简化了工艺流程。本装置得到的产品乙醇在工业领域具有广泛的应用，显著降低co2的排放，具有环保和经济的双重收益。
5、所述氧化石墨烯与3-羟基吡啶的质量比是1-5:1，3-羟基吡啶与乙醇的质量比为1-4:10。
6、所述含金属盐的氨水溶液是将0.05-1.0mol/l的金属盐溶液与体积浓度为5-20%的氨水溶液等体积混合制得，金属盐为铜盐、锌盐、铁盐、铟盐或锆盐。
7、所述阳极为多孔碳电极板或多孔石墨烯电极板。
8、所述阴极为金属电极，可选铁、镍、铜、锌、锆等。
9、所述电解液选自khco3溶液、nahco3溶液、emim-bf4、[nh2pbim][bf4]、[bmim][124triz]、乙腈、甲醇、二甲基亚砜、四氢呋喃。
10、乙醇合成过程中的反应压力1~20 mpa，反应温度为100~400℃。
11、本专利技术装置具有以下特点：
12、（1）本装置同时实现了co2捕集储存和co2加氢制取乙醇，简化了co2捕集后进行转移的需求，避免了在转移过程中co2逸散的风险；本专利技术大幅度降低了co2捕集与利用过程中的成本，并且通过制备的催化剂，将co2的捕集与利用过程集成在一个装置中，简化了工艺流程。本装置得到的产品乙醇在工业领域具有广泛的应用，显著降低co2的排放，具有环保和经济的双重收益；
13、（2）本装置利用可再生能源制备氢气，并将氢气用于废气中主要组分co2的加氢，得到基础化工原料乙醇，并充分利用了烟气的热量，显著降低了成本，具有极大的经济和环保效益；
14、（3）本装置将原始的烟气进行脱硫、除尘净化，之后进行加氢利用，充分利用其中大量的co2成分，并且，未反应完全的废气还可以循环至反应初始再次利用，基本达到了绿色环保的废气处理目的，同时能够合成化工原料乙醇，实现了二氧化碳减排的目的；
15、（4）本专利技术制备的催化剂具有良好的co2气体吸附特性，对混合气体中的co2气体吸附选择性高，吸附和脱附温度低速率快，并且具备通过调整反应条件使其转化为高值化产物的能力。在工业应用中能耗低，循环吸附性能好，循环效率高。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于CO2捕集与利用的装置，其特征在于，包括烟气脱硫塔、气体加压装置、乙醇合成反应器、冷凝分离器、乙醇储罐、换热器，换热器通过烟气脱硫塔与气体加压装置连接，气体加压装置通过乙醇合成反应器与冷凝分离器连接，冷凝分离器分别与换热器、乙醇储罐连接，其中乙醇合成反应器包括壳体，壳体内底部设置有布气板，进气管设置在壳体底部并与布气板连通，进气管上开有烟气入口、氢气入口，壳体内设置有阴极和阳极，布气板位于阳极下方，阴极和阳极之间装有催化剂，壳体内放置有电解液，阴极和阳极分别与电源连接，壳体顶部开有烟气排放口；
2.根据权利要求1所述的用于CO2捕集与利用的催化剂，其特征在于：氧化石墨烯与3-羟基吡啶的质量比是1-5:1，3-羟基吡啶与无水乙醇的质量比为1-4:10。
3.根据权利要求1所述的用于CO2捕集与利用的催化剂，其特征在于：含金属盐的氨水溶液是将0.05-1.0mol/L的金属盐溶液与体积浓度为5-20%的氨水溶液等体积混合制得，金属盐为铜盐、锌盐、铁盐、铟盐或锆盐。
4.根据权利要求1所述的用于CO2捕集与利用的装置，其特征在于：阴极与阳极均为多孔电极板，其中阳极为石墨烯或碳电极，阴极为铁电极、镍电极、铜电极、锌电极或锆电极。
5.根据权利要求1所述的用于CO2捕集与利用的装置，其特征在于：电解液选自KHCO3溶液、NaHCO3溶液、EMIM-BF4、[NH2pbim][BF4]、[Bmim][124Triz]、乙腈、甲醇、二甲基亚砜、四氢呋喃。
6.根据权利要求1所述的用于CO2捕集与利用的装置，其特征在于：乙醇合成过程中的反应压力1~20MPa，反应温度为100~400℃。
7.根据权利要求1所述的用于CO2捕集与利用的装置，其特征在于：烟气入口、氢气入口上设置有阀门。
...
【技术特征摘要】
1.一种用于co2捕集与利用的装置，其特征在于，包括烟气脱硫塔、气体加压装置、乙醇合成反应器、冷凝分离器、乙醇储罐、换热器，换热器通过烟气脱硫塔与气体加压装置连接，气体加压装置通过乙醇合成反应器与冷凝分离器连接，冷凝分离器分别与换热器、乙醇储罐连接，其中乙醇合成反应器包括壳体，壳体内底部设置有布气板，进气管设置在壳体底部并与布气板连通，进气管上开有烟气入口、氢气入口，壳体内设置有阴极和阳极，布气板位于阳极下方，阴极和阳极之间装有催化剂，壳体内放置有电解液，阴极和阳极分别与电源连接，壳体顶部开有烟气排放口；
2.根据权利要求1所述的用于co2捕集与利用的催化剂，其特征在于：氧化石墨烯与3-羟基吡啶的质量比是1-5:1，3-羟基吡啶与无水乙醇的质量比为1-4:10。
3.根据权利要求1所述的用于co2捕集与利用的催化剂，其特征在于：含金属盐的氨水溶液是将0....
【专利技术属性】
技术研发人员：瞿广飞，王军，任远川，路萍，王作亮，陈修平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。