CN101665721A - 从二氧化碳中分离一氧化碳——新能源的开发 - Google Patents

从二氧化碳中分离一氧化碳——新能源的开发 Download PDF

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Abstract

本发明“从二氧化碳中分离一氧化碳——新能源的开发”涉及新能源的开发和大气环境的保护技术。本发明直接从火力发电厂发电后排放的废气中来捕捉(收集)二氧化碳。在塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，我们采用高压水来吸收火力发电厂排放废气中的二氧化碳，在塔底溶有大量二氧化碳的高压水，通过管道将高压水送入到减压塔内，在减压塔内，溶有大量二氧化碳的高压水被减压到常压，二氧化碳就从水中逸出，从减压塔的上出口流出减压塔，二氧化碳气体进入到水分离器，除去二氧化碳气体内的水分，经常压泵的工作，不带水分的二氧化碳气体经过管道进入到干燥塔内，进一步干燥，最后干燥的二氧化碳气体就被送入到一氧化碳感应加热发生炉。这里所说的一氧化碳感应加热发生炉是一座用炉体外的感应线圈感应加热的加热炉，在一氧化碳感应加热发生炉内用灼热的焦炭来把二氧化碳全部还原成一氧化碳。在加热炉的顶部是一真空加焦炭斗。

Description

从二氧化碳中分离一氧化碳--新能源的开发
技术领域
本发明“从二氧化碳中分离一氧化碳--新能源的开发”涉及新能源的开发和大气环境的保护技术。
背景技术
我们知道：许多与人类生活密切相关的产业，如：火力发电厂、水泥产业、钢铁工业、化工行业、航空、运输业，每天都在排放着大量的温室气体---二氧化碳，在人们的日常生活中，汽车尾气中大量二氧化碳气体的排放，更是直接污染了城市的环境，造成了全球气候日益变暖，给人类的生活带来了巨大的灾难。如何应对气候变化，降低大气中温室气体---二氧化碳的总量，是人类必须面对的难题。
人们想到了捕捉(收集)二氧化碳、把它封存在地球的地下或海洋的深处。这需要化费大量的金钱，又浪费了巨量的有用的社会资源，人们应该有更好的方法来处理和开发二氧化碳这种有用的社会资源。
发明内容
我们知道：在一定的条件下，二氧化碳是可以被炭(C)还原成一氧化碳的，譬如：CO2+C＝2CO-41.2千卡(热)
而一氧化碳(CO)是很有用的资源，
其一是：一氧化碳(CO)是很有价值的气体燃料；
2CO+O2＝2CO2+136千卡(热)
其二是：一氧化碳(CO)是很有用的化工原料；我们知道：一氧化碳(CO)和氢气(H2)发生反应(CO+H2)，在不同的条件下可以生成不同的产品，例如：在200大气压，280℃和Zn，Cr催化剂的作用下可以生产出CH3OH；在250℃，Ni催化剂的作用下可以生产出CH4；在10---20大气压和Fe，Co催化剂的作用下可以生产出烷烃和烯烃，nCO+(2n+1)H2＝CnH2n+2+nH2O；nCO+2nH2＝CnH2n+nH2O。
在不同的条件和不同催化剂的作用下，CO和H2的反应可以得到不同的产物，而其中的产物之一：烯烃----乙烯(CH2CH2)的生产将是更为有意义的，因为传统上要得到它的唯一途径是从石油中提炼，而如果我们可以采用通过CO和H2的反应来工业化地大量生产乙烯(CH2CH2)，这将大大缓解市场压力，而乙烯与水的加成能工业化地大量生产出乙醇(CH3CH2OH)，这是很有希望替代石油和解决用粮食来生产乙醇(CH3CH2OH)而造成世界粮食供应紧张的矛盾的新能源。
所以从二氧化碳中分离一氧化碳，进而最后生产出乙醇(CH3CH2OH)，这是很有希望，很有价值的工作。
这就先需要解决二氧化碳的捕捉(收集)和从二氧化碳中分离一氧化碳的问题。
本发明的特征是：直接从火力发电厂发电后排放的废气中来捕捉(收集)二氧化碳，当然，也可以从集中排放二氧化碳废气的其它行业，如：钢铁，水泥等行业中来收集。
因为我们知道：直接从大气中去收集二氧化碳，目前的收集成本是很高的，而且离商业化还有相当大的距离。因此，我们采取的办法是：首先从排放二氧化碳废气的大户——火力发电厂的巨量废气(成分约为78％的N2，22％的CO2)中去捕捉(收集)二氧化碳；2008年，我国生产了27亿吨的煤炭，其中70％就被火力发电厂用作燃料，因此，火力发电厂排放二氧化碳废气的量达到了27×0.7×2.3＝43.47亿吨.如此巨量的二氧化碳，如能被还原成一氧化碳，用作新型的气体燃料或用作化工行业的基础原料，将能节约大量的石油(2008年我国消费了3.78亿吨)和粮食。所以，二氧化碳如能被还原成一氧化碳，它的价值是巨大的。更为有利的是：因为火力发电厂排放的废气是经过脱硫处理的，所以是干净的，它将简化我们的生产工艺，降低我们的生产成本。
本发明进一步的特征是：用压力大于5个大气压的高压水来吸收火力发电厂排放的废气中的二氧化碳，废气的压力也被提升到大于5个大气压。吸收流程如下：
我们知道：二氧化碳在水中有较大的溶解度，并且，在压力小于5个大气压时，二氧化碳在水中的溶解度与压力成正比，而当压力超过5个大气压时，由于二氧化碳在水中形成碳酸，二氧化碳在水中的溶解度大于正比量，因此，从火力发电厂排放废气中来捕捉(收集)二氧化碳，我们采用高压水来吸收二氧化碳。
从火力发电厂排放的废气先储存在储气柜内，然后，把储存在储气柜内的废气通过管道经过高压压缩机三段压缩后达到大于5个大气压时，把废气自下而上地送入到第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，同时，用高压水泵将高压水从上而下地打入到第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，这样，在第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内就进行着二氧化碳被水吸收的过程，没有被吸收的废气(主要是78％的氮(N2)气和少量的二氧化碳(CO2))，从第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔的上出口流出吸收塔，进入到第二座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内进行着第二次二氧化碳被水吸收的过程，过程后，没有被吸收的废气(主要是78％的氮(N2)气)从第二座二氧化碳吸收塔的上出口流出吸收塔，进入大气或储气柜(可用于生产氮肥)。
在塔底溶有大量二氧化碳的高压水经过用高压水泵将高压水送入到二氧化碳吸收塔外，通过管道将高压水送入到减压塔内，在减压塔内，溶有大量二氧化碳的高压水被减压到常压，二氧化碳就从水中逸出，二氧化碳通过减压塔的上出口流出减压塔，二氧化碳气体进入到水分离器，在水分离器内除去二氧化碳气体内的水分，经常压泵的工作，不带水分的二氧化碳气体经过管道进入到干燥塔内，进一步干燥，最后干燥的二氧化碳气体就被送入到一氧化碳感应加热发生炉。而在减压塔内，溶有大量二氧化碳的高压水被减压到常压，二氧化碳就从水中逸出，不再溶有二氧化碳的高压水被减压到常压，这常压水就可以循环使用。
本发明进一步的特征是：干燥的二氧化碳气体被送入到一氧化碳感应加热发生炉内，实现还原反应；CO2+C＝2CO的过程，二氧化碳气体被灼热的焦炭还原成一氧化碳。
这里所说的一氧化碳感应加热发生炉，是一座用炉体外的感应线圈感应加热的加热炉(见图1)，它的结构是在加热炉的炉外壁上绕有一定圈数的线圈，一定圈数的线圈叠加的上下宽度要能够包住加热炉内的灼热的焦炭层区域的厚(深)度，以保证感应线圈感应加热的有效性，保证焦炭层的灼热区域的厚(深)度内的焦炭始终处于大于600℃的灼热状态，为了提高感应线圈感应加热的效果，在感应线圈感应加热的加热炉炉体内增加多圈用钢板捲成的，直径尺寸大小不一的圆筒，按直径尺寸的大小，把用钢板捲成的圆筒从小到大，从里套到外，然后，在相邻二尺寸圆筒的空间倒入焦炭，使焦炭层被圆筒从小到大一圈一圈地隔开，在圆筒的底部装有炉条，圆筒就搁在炉条上，炉条同时托住圆筒和被大小不一的圆筒一圈一圈地隔开的焦炭不会很快掉下去，在炉条下再按装二块每块钻有小孔且二块板上小孔相互错开叠放的炉板，这样就可以接住通过炉条间隙而掉下来的小尺寸焦炭，利用环形的金属板圆筒提高感应加热炉的加热效果，把焦炭很容易地加热到大于600℃的温度(焦炭被加热到灼热的温度)，利用感应加热炉的加热电流控制加热的效果，使一段包含在感应线圈范围内的焦炭，焦炭的温度保持在大于600℃以上的灼热的温度，以利于从感应加热炉的底部进入的二氧化碳气体，在上升进入到这一高温区域(加装在炉内堆积成一定厚度的焦炭层)时，二氧化碳气体与灼热的焦炭充分接触，二氧化碳完全被焦炭充分还原成一氧化碳。完成反应：CO2+C＝2CO。
在加热炉的顶部是一真空加焦炭斗，它由顶盖，阀门，斗体，底板组成。需要加焦炭时，打开真空加焦炭斗的顶盖，然后倒入焦炭，盖上顶盖，然后抽真空到高真空度，接下去打开真空加焦炭斗与焦炭进口相通的阀门，让一氧化碳感应加热发生炉内的一氧化碳气体缓慢地进入真空加焦炭斗，最后真空加焦炭斗的气压与一氧化碳感应加热发生炉内的气压平衡时，关闭真空加焦炭斗与焦炭进口相通的阀门，打开真空加焦炭斗的底板，让焦炭进入一氧化碳感应加热发生炉内，完成后，关上真空加焦炭斗的底板，然后把真空加焦炭斗内的一氧化碳抽干净。然后打开真空加焦炭斗与大气相通的阀门让大气缓慢地进入真空加焦炭斗，最后真空加焦炭斗的气压与大气的气压平衡时，关闭真空加焦炭斗与大气相通的阀门，打开真空加焦炭斗的顶盖，然后倒入焦炭，盖上顶盖，重新开始新的循环。
附图说明
图1：一氧化碳感应加热发生炉(用感应线圈感应加热的加热炉)
一：A——C，一氧化碳感应加热发生炉正视图(剖视图)
1：二氧化碳气体进口，2：一氧化碳气体出口，3：加焦炭的进口，4：炉灰的出口，5：炉壁，6：钢板捲成的圆筒，7：真空加焦炭斗，8：感应线圈，9：焦炭堆放，二氧化碳气体还原室，10：炉条，11：炉板，12-1：阀门(与加焦炭的进口相通)，12-2：阀门(与大气相通)，13：斗体，14：顶盖，15：底板，R：二氧化碳气体，S：一氧化碳气体，T：焦炭
二：A——A，A——A截面俯视图
5：炉壁，6：钢板捲成的圆筒，8：感应线圈，9：焦炭堆放，二氧化碳气体还原室，
具体实施方式
把从火力发电厂排放的废气收集起来，先储存在储气柜内，然后，把储存在储气柜内的废气通过管道经过高压压缩机三段压缩后达到17个大气压时，把废气自下而上地送入到第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，同时，用高压水泵将17个大气压的高压水从上而下地打入到第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，这样，在第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内就进行着二氧化碳被水吸收的过程，没有被吸收的废气(主要是约78％的氮(N2)气和少量的二氧化碳(CO2))，从第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔的上出口流出吸收塔，进入到第二座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内进行着第二次二氧化碳被水吸收的过程，与第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔一样，没有被吸收的废气自下而上地送入到第二座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，同时，用高压水泵将17个大气压的高压水自上而下地打入到第二座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内，这样，在第二座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔内就进行着二氧化碳被水吸收的过程，过程后，没有被吸收的废气(主要是约78％的氮(N2)气)从第二座二氧化碳吸收塔的上出口流出吸收塔，进入大气或储气柜(可用于生产氮肥)。
在第一座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔和第二座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔的塔底，溶有大量二氧化碳的高压水经过用高压水泵将高压水送入到二氧化碳吸收塔外，通过管道将高压水送入到减压塔内，在减压塔内，溶有大量二氧化碳的高压水被减压到常压，二氧化碳就从水中逸出，二氧化碳通过减压塔的上出口流出减压塔，二氧化碳气体进入到水分离器，在水分离器内除去二氧化碳气体内的水分，经常压泵的工作，不带水分的二氧化碳气体经过管道进入到干燥塔内，进一步干燥，最后干燥的二氧化碳气体就被送入到一氧化碳感应加热发生炉。
这里所说的一氧化碳感应加热发生炉，是一座用炉体外的感应线圈感应加热的加热炉(见图1)，它的结构是在加热炉的炉外壁上(5)绕有一定圈数的线圈(8)，一定圈数的线圈叠加的上下宽度要能够包住加热炉内的灼热的焦炭层区域的厚(深)度，以保证感应线圈感应加热的有效性，保证焦炭层的灼热区域的厚(深)度内的焦炭始终处于1000℃的灼热状态，为了提高感应线圈(8)感应加热的效果，在感应线圈感应加热的加热炉炉体内增加多圈用钢板捲成的，直径尺寸大小不一的圆筒(6)，按直径尺寸的大小，把用钢板捲成的圆筒从小到大，从里套到外，然后，在相邻二尺寸圆筒(6)的空间(9)倒入焦炭，使焦炭层被圆筒从小到大一圈一圈地隔开，在圆筒(6)的底部装有炉条(10)，圆筒(6)就搁在炉条(10)上，炉条同时托住圆筒(6)和被大小不一的圆筒(6)一圈一圈地隔开的焦炭不会很快掉下去，在炉条下再按装二块每块钻有许多10毫米小孔且二块板上小孔相互错开叠放的炉板(11)，这样就可以接住通过炉条间隙而掉下来的小尺寸焦炭，利用环形的金属板圆筒提高感应加热炉的加热效果，把焦炭很容易地加热到1000℃的温度(焦炭被加热到灼热的温度)，利用感应加热炉的加热电流控制加热的效果，使一段包含在感应线圈范围内的焦炭，保持焦炭的温度在1000℃的灼热温度，以利于从感应加热炉的底部进入的二氧化碳气体，在上升进入到这一高温区域(加装在炉内堆积成一定厚度的焦炭层)时，二氧化碳气体与灼热的焦炭充分接触，二氧化碳气体完全被焦炭充分还原成一氧化碳。完成还原反应：CO2+C＝2CO。
在加热炉的顶部是一真空加焦炭斗(7)，它由顶盖(14)，阀门(12-1，12-2)，斗体(7)，底板(15)组成。需要加焦炭时，打开真空加焦炭斗(7)的顶盖(14)，然后倒入焦炭，盖上顶盖(14)，然后抽真空到高真空度，接下去打开真空加焦炭斗(7)与焦炭进口(3)相通的阀门(12-1)，让一氧化碳感应加热发生炉内的一氧化碳气体缓慢地进入真空加焦炭斗(7)，最后真空加焦炭斗(7)的气压与一氧化碳感应加热发生炉内的气压平衡时，关闭真空加焦炭斗(7)与焦炭进口(3)相通的阀门(12-1)，打开真空加焦炭斗(7)的底板(15)，让焦炭进入一氧化碳感应加热发生炉内，完成后，关上真空加焦炭斗(7)的底板(15)，然后把真空加焦炭斗(7)内的一氧化碳抽干净。然后打开真空加焦炭斗(7)与大气相通的阀门(12-2)让大气缓慢地进入真空加焦炭斗(7)，最后真空加焦炭斗(7)的气压与大气的气压平衡时，关闭真空加焦炭斗(7)与大气相通的阀门(12-2)，打开真空加焦炭斗(7)的顶盖(14)，然后倒入焦炭，盖上顶盖(14)，重新开始新的循环。

Claims (3)

  1. 本发明“从二氧化碳中分离一氧化碳--新能源的开发”涉及新能源的开发和大气环境的保护技术。
    为了应对气候变化，降低大气中温室气体---二氧化碳的总量，人们想到了捕捉(收集)二氧化碳、把它封存在地球的地下或海洋的深处。本发明“从二氧化碳中分离一氧化碳--新能源的开发”采用了新的方法来处理和开发利用二氧化碳这种有用的社会资源。不用再把二氧化碳封存在地球的地下或海洋的深处。
    1：本发明“从二氧化碳中分离一氧化碳--新能源的开发”的特征是：直接从火力发电厂发电后排放的废气中来捕捉(收集)二氧化碳，当然，也可以从集中排放二氧化碳废气的其它行业，如：钢铁，水泥等行业中来收集，通过多座塔内装有填料的二氧化碳吸收塔从火力发电厂发电后排放的废气中来收集二氧化碳，用压力大于5个大气压的高压水来吸收压力也被提升到大于5个大气压废气中的二氧化碳，在塔底溶有大量二氧化碳的高压水通过管道将高压水送入到减压塔内，在减压塔内，溶有大量二氧化碳的高压水被减压到常压，二氧化碳就从水中逸出，二氧化碳通过减压塔的上出口流出减压塔，二氧化碳气体进入到水分离器，在水分离器内除去二氧化碳气体内的水分，经常压泵的工作，不带水分的二氧化碳气体经过管道进入到干燥塔内，进一步干燥，最后干燥的二氧化碳气体就被送入到一氧化碳感应加热发生炉内，来实现还原反应；CO2+C＝2CO的过程，而在减压塔内，溶有大量二氧化碳的高压水被减压到常压，二氧化碳就从水中逸出，不再溶有二氧化碳的被减压到常压的水就可以循环使用。
  2. 2：如权利要求1所述，本发明进一步的特征是：这里所说的一氧化碳感应加热发生炉是一座用炉体外的感应线圈感应加热的加热炉，它的结构是在加热炉的炉外壁上绕有一定圈数的线圈，一定圈数的线圈叠加的上下宽度要能够包住加热炉内的灼热的焦炭层区域的厚(深)度，在感应线圈感应加热的加热炉炉体内增加多圈用钢板捲成的，直径尺寸大小不一的圆筒，按直径尺寸的大小，把用钢板捲成的圆筒从小到大，从里(小)套到外(大)，在圆筒的底部装有炉条，直径尺寸大小不一的圆筒就搁在炉条上，在炉条下再按装二块每块钻有许多大于5毫米的小孔且二块板上的小孔相互错开叠放的炉板，在加热炉的顶部是一真空加焦炭斗，它由顶盖，阀门，斗体，底板组成。
  3. 3：如权利要求1所述，本发明进一步的特征是：在一氧化碳感应加热发生炉内用灼热的焦炭来把从感应加热炉的底部进入的二氧化碳气体全部还原成一氧化碳；CO2+C＝2CO。
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