二氧化碳俘获制造技术

公开了一种二氧化碳俘获方法。在步骤（ａ）中，从二氧化碳和氢氧化钠水溶液反应形成的第一水溶液中分离无水碳酸钠。在步骤（ｂ）中，对所述无水碳酸钠进行苛化处理以产生二氧化碳和氢氧化钠。通过用氢氧化钠水溶液洗涤包含二氧化碳的气体来形成步骤（ａ）中的第一水溶液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及二氧化碳俘获系统和方法，包括低能氢氧化钠回收，以便从大气中俘 获二氧化碳。本专利技术涉及可整合到碳俘获和储存方案中的苛化过程。
技术介绍
引言为避免发生危险的气候变化，必须阻止或减少大气中二氧化碳浓度的增长。作为 最重要的温室气体，二氧化碳的浓度已从前工业化时代的约^Oppm增长到超过385ppm，全 球(X)2排放每年增长超过3. 3%，造成现在它以每年超过2ppm的速度增长(Canadell等， 2007)。碳俘获和储存(CCS)技术的目标是去除来自大型定点来源如发电厂的C02。然而， 分散来源排放的(X)2占全球排放量的超过一半。从环境空气中直接俘获CO2称为“气俘”， 是能够系统性管理分散排放量的几个方法之一。因此，尽管气俘比大型定点来源俘获更昂 贵，它仍然具有重要性，因为它会主要与分散来源如运输中的排放量减少竞争，减轻该排放 量的花费可能非常昂贵。1. 1.气俘已对采用碱性溶液从大气中吸收二氧化碳的方法进行了半个世纪的研究 (Spector 和 Dodge 1946, Tepe 和 Dodge 1943)。Lackner 首先在 20 世纪 90 年代末提出大规 模洗涤来自环境空气的(X)2 (Lackner等，1999)。在湿法洗涤技术中，将(X)2吸收入氢氧化钠 (NaOH)溶液中，形成氢氧化钠和碳酸钠(Na2CO3)的水溶液。就该过程来说，作为使CO2和氢 氧化钠接触的系统组件的接触器迄今为止一直是争论点。大型对流塔(Lackner等，1999) 和填充洗涤塔(Baciocchi等，2006 *kman，2007)是最普遍提出的接触器设计。Baciocchi 等Q006)已研究了配有苏采尔孔板波纹填料(SulzerMellapak)的填充塔，其采用2M NaOH 溶液从空气中吸收CO2，其中(X)2的入口浓度为500ppm，出口浓度为250ppm。Stolaroff等Q007)提出的替代策略是产生吸收溶液的细小喷雾，以便向通过开 放塔的气流提供大表面。该策略有可能在小空气压降下操作，避免了填充材料的资本成本 (capital cost)。Stolaroff 等(2007)通过评估俘获的每单位CO2的所需成本和能量研 究了 NaOH喷雾接触器的可行性。解决该设计的主要关注点水损失问题，发现可通过调整 NaOH浓度及空气温度和湿度来控制所述水损失量，即氢氧化钠的浓度越高，水损失量越低， 例如，采用约7. 2M NaOH，在15°C和65%的相对湿度下，可消除水损失。1.2.气俘的苛性回收将碳酸钠转化为氢氧化钠即所谓的苛化，是最古老的化学过程之一。在用于造纸的硫酸盐法制浆中，采用氢氧化钠消化木材以释放纤维素并产生纸浆。剩余的溶液即所谓 的“黑液”，由其它主要为来源于木材的有机材料(例如木质素)连同碳酸钠组成。为转化 碳酸钠并回收NaOH，采用石灰(Ca(OH)2)的常规苛化工艺已连续使用了 80多年。在气俘过程中，必须将碳酸钠和浓氢氧化钠的水溶液转化为新鲜氢氧化钠和气体 CO2以供处理或用于燃料。为将碳酸钠转化为氢氧化钠并使储存溶液再生，目前已提出采用 石灰(Ca(OH)2)的常规苛化技术(Baciocchi 等，2006，Molaroff 等，2007 *kman，2007)。 在常规化学回收中，用石灰苛化Na2CO3以形成NaOH和苛化泥(CaCO3),即反应。Na2CO3 转化为NaOH和石灰的再生是一系列液-固反应，即反应-，其中包括的所有钙化合物 均为固体。Na2CO3 + Ca(OH)2 ^ 2NaOH + CaCO3 Δ Η·。= _5· 3kJ/mol CO2 CaCO3 ^ CaO + CO2 Δ H90crc= 179kJ/mol CO2 CaO + H2O ^ Ca(OH)2 AHloor= -65kJ/mol CO2 常规的苛化过程需要约170kJ/mol CO2以便干燥反应物CaCO3并将其加热到反应 温度，需要17^J/mol CO2进行反应。将采用常规苛化过程再生NaOH所需的高温能量与 将空气中的(X)2吸收入氢氧化钠溶液的反应的焓放出的最小热力学所需能量进行比较，可 发现常规苛化过程所需的能量远大于所述最小热力学能量，即在标称1摩尔溶液、298K和1 巴的压力下将空气中的(X)2吸收入氢氧化钠溶液的反应的焓是-109. 4kJ/mol C02，这表示 从碳酸钠到氢氧化钠最小热力学所需能量是109. 4kJ/mol CO2 (Zeman和Lackner，2004)。作为气俘的工具，常规苛化过程具有以下若干主要缺点，包括 对高温热有较大需求， 苛化效率限制在80-90%，和·再生NaOH溶液的碱度限制在约lmol/L。已在纸浆和造纸工业中对引入替代苛化过程的方法进行了广泛研究。一些文献 (Covey, 1982, Hoddenbagh 等，2002，Kiiskila, 1979a, 1979b, Nagano 等，1974，Maddern, 1986，Palm 和 Theliander，1997，Sinquefield 等，2004，Yusuf 和 Cameron 2004，以及 hu， 1991)已提到自苛化(采用硼酸盐)、直接苛化(采用氧化铁或二氧化钛)或部分自苛化或 直接苛化。在反应产物可溶于水且在整个制浆和回收循环中将脱碳剂用作苛性碱溶液时， 可使用术语“自苛化”。在该过程中，所述苛性碱溶液在燃烧或气化过程中对自身进行苛化。 在反应产物不溶于苛性碱溶液并将脱碳剂从苛性碱溶液中分离而未携带于液体循环中时， 可使用术语“直接苛化”。在该过程中，加入所述脱碳剂，随后将其去除。最普遍提出的气俘方法是湿法洗涤技术，其将(X)2吸收入碱性吸收剂，即氢氧化钠 中，从而产生氢氧化钠和碳酸钠的水溶液。大部分之前的研究均假定采用石灰(Ca(OH)2)和 碳酸钙苛化循环会再生所述吸收剂并从碱性碳酸盐溶液中释放C02。专利技术概述本领域普通技术人员通过阅读说明书会理解，本文所述方法的各步骤可单独、同 时例如以单罐(one pot)方式或以任何组合来进行。公开了一种二氧化碳俘获的方法。在步骤(a)中，用氢氧化钠水溶液洗涤包含二 氧化碳的气体，以使二氧化碳发生反应形成包含碳酸钠的第一水溶液。在步骤(b)中，从所 述第一水溶液中分离无水碳酸钠。在步骤(c)中，对所述无水碳酸钠进行苛化处理以产生二氧化碳和氢氧化钠。在一些实施方式中，苛化过程包括自苛化和直接苛化中的至少一种。在一些实施方式中，步骤(C)还包括步骤(Cl)和(U)。在步骤(Cl)中，使所述无 水碳酸钠与三钛酸钠反应以产生二氧化碳气体和五钛酸钠。在步骤(W)中，从所述五钛酸 钠再生氢氧化钠和三钛酸钠。还公开了从包含碳酸钠的第一水溶液制备无水碳酸钠的方法。在一些实施方式 中，步骤(b)可包括步骤(χ)和(y)。在步骤(χ)中，从第一水溶液中分离碳酸钠水合物。 在步骤(y)中，将所述碳酸钠水合物溶解在第二水溶液中，并将所述第二水溶液加热到碳 酸钠一水合物和无水碳酸钠沉淀的转变温度或该温度以上，以产生无水碳酸钠。在一些实 施方式中，步骤(y)还包括向第二水溶液中引入至少一种二级溶质，以降低所述无水碳酸 钠的溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种方法，其包括：（ａ）从二氧化碳和氢氧化钠反应形成的第一水溶液中分离无水碳酸钠；和（ｂ）苛化处理分离的无水碳酸钠以产生二氧化碳和氢氧化钠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·基斯，
申请(专利权)人：碳工程合伙有限公司，
类型：发明
国别省市：CA