CN103143247A - 二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二氧化碳的利用及转化领域，尤其涉及二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，包括从烟气中捕集及热解产生的二氧化碳经大功率等离子体催化后生成一氧化碳，一氧化碳用于燃烧或工业应用后生成二氧化碳被捕集循环利用。本发明的有益效果在于：（1）本发明通过碳酸纳、催化剂、活性剂的协同作用，显著提高二氧化碳捕集率；（2）溶液快速分解二氧化碳，降低分解成本；（3）在等离子体、催化剂、活性剂的协同作用下，显著降低二氧化碳转化温度，提高二氧化碳转化率；（4）节能环保，节约燃煤10%—85%，实现二氧化碳近零排放；（5）设备投资少，可大量捕集和转化循环利用二氧化碳资源，适合重点耗煤行业规模化节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳的利用及转化领域，尤其涉及二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法。
背景技术
CO2作为大气温室效应的主要元凶及全球天气异常的重要因素，减排CO2是现今的重要研究课题之一。据统计，CO2 每年的排放量正在逐年上升，截止到2006年年底，全球CO2 的排放量已经达到62亿公吨，如今大气中的CO2 水平比过去65万年高出了27%，达到了一个非常严峻的数字。在CO2 的排放源中，以燃煤电站占据绝大多数，其次是工业上的一些燃废气的排放及全球汽车废气排放，另外还有一些生活废气，这些废气的排放大大增加了CO2 在空气中的比重，在极短时间内改变了空气质量，造成了温室效应。燃煤电站是长期稳定的排放CO2 源，是CO2 减排的重中之重，因此如何做好CO2 减排工作，使我国免受减排指标的困扰，实现可持续发展。
捕集CO2 有多种方法，工业上一般通过化学吸收法，其原理是工业上产生的CO2 与化学吸收剂发生反应而被吸收，吸收了CO2 的溶液经过再生热解塔释放出CO2 ，释放出CO2 的溶液被再次用于吸收CO2 循环利用。早期工业上用于吸收CO2 的化学吸收剂为碳酸钠，碳酸钠吸收CO2 后生成NaHCO3，NaHCO3 后分解成Na2CO3 与CO2 。但是由于在分解反应过程中，反应的温度不高，因此反应的效率受到了极大的影响，且吸收速度低、效果不高，造成工业成本与能耗过高。
二氧化碳的化学转化可以采用多种途径，主要包括：直接分解为碳、氧气、一氧化碳、与有机物反应、与氢气反应生成甲醇等，转化反应的供能方式除加热外，还有光、电以及等离子体等。其中，等离子体辅助二氧化碳是非常有前景的，因为等离子体中含有大量活性的电子、离子、激发态的分子和自由基，这些活性粒子容易使稳定的分子活化并参加化学反应。现今国内外对等离子体技术在煤气化、煤化工、以及二氧化碳转化的应用上，都有公开报道，但这些应用由于技术实施投资大、效果不理想、运行成本高等原因，所以也少有较大规模的产业应用成功案例报道
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，以Na2CO3 为化学吸收剂，在原有的工业基础上，解决Na2CO3 吸收速度低、效果不高的问题，降低工业成本与能耗，提高CO2 的转化率；同时通过大功率等离子体实现大批量的二氧化碳转化，生成一氧化碳再利用后生成的二氧化碳被捕集循环利用，实现工业上的零排放。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，包括：二氧化碳捕集与热解方法及大功率等离子体催化二氧化碳方法，从烟气中捕集及热解产生的二氧化碳经大功率等离子体催化后生成一氧化碳，一氧化碳用于燃烧或工业应用后重新生成二氧化碳被捕集，循环利用并实现二氧化碳的近零排放：
所述二氧化碳捕集与热解方法包括以下步骤：
A1）将碳酸氢纳溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；
A2）将碳化塔的温度控制在60—70℃，将步骤A1）所述的二氧化碳吸收剂溶液在碳化塔中与进入的烟气中接触，使烟气中二氧化碳产生化学反应：Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3，生成含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液；
A3）将步骤A2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入热解塔进行热解处理， 热解控制优选温度为85—98℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
A4）将步骤A3）所述的二氧化碳气体输入冷凝气水分离器进行冷凝脱水处理，再压缩成液态置入CO2气罐储存；
A5）将步骤A3）所述的碳酸钠液体按步骤A1）所述方法重新配成二氧化碳吸收剂溶液重复使用；
所述大功率等离子体催化二氧化碳方法包括以下步骤：
B1）活性剂传感计重器、催化剂传感计重器、煤粉传感计重器分别按计量比例输送活性剂、催化剂、煤粉进入管道，CO2气罐向管道内输送二氧化碳气体；
B2）将催化反应炉的温度控制在550—1500℃，步骤B1）中的二氧化碳吹送活性剂、催化剂、煤粉经过500W-8000KW等离子体催化器后进入催化反应炉中，二氧化碳、煤在等离子体、活性剂、催化剂的协同作用下，在催化反应炉中充分反应，二氧化碳与煤发生化学反应C+CO2——CO，生成一氧化碳；
B3）将步骤B2）产生的一氧化碳输入燃烧炉作为燃料燃烧或将一氧化碳气体用于化工应用，一氧化碳燃烧或用于化工应用后重新生成二氧化碳，重新生成的二氧化碳通过步骤A1)—A5)被捕集后存储在CO2气罐中并用于步骤1），实现二氧化碳的循环利用及近零排放。
本发明二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤A1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%—0.5%。
作为优选，步骤A1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%—0.5%。
作为优选，步骤A1）所述活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.01%—0.5%。
作为优选，步骤A3）所述的热解处理采用闪蒸热解方式。
作为优选，步骤B1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.1%—5%。
作为优选，步骤B1）所述催化剂还包括有：偏碱性化合物、含量在1%以上的腐植酸钾、含量在1%以上的钛、钯、锰、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的腐植酸类、黄腐植酸类合物、含量在1%以上的钛、钯、锰、钾、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的氧化物及氢氧化物。
作为优选，步骤B1）所述活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.1%—5%。
作为优选，步骤B1）所述活性剂还包括有：植物叶绿素粉、铵类、包括含量在5%以上的多肽蛋白类氨基酸、含量在1%以上的铵、钾、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的腐植酸类、黄腐植酸类合物、含量在1%以上的钾、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的氧化物及氧化合物。
作为优选，步骤B2）中在有氧情况下，二氧化碳与氧气的浓度比为65—82%∶18—35%。
作为优选，二氧化碳捕集与催化循环利用的全过程对压力、温度、流量采用远程智能防爆监控系统进行监控。
本发明的有益效果在于：（1）本发明通过碳酸纳、催化剂、活性剂的协同作用，显著提高二氧化碳捕集率；（2）溶液快速分解二氧化碳，降低分解成本；（3）在等离子体、催化剂、活性剂的协同作用下，显著降低二氧化碳转化温度，提高二氧化碳转化率；（4）节能环保，节约燃煤10%—85%，实现二氧化碳近零排放；（5）设备投资少，可大量捕集和转化循环利用二氧化碳资源，适合煤电、煤化工、钢铁、水泥、造纸、冶金、印染、化工等重点耗煤行业规模化节能环保。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明具体实施例的大功率等离子体催化二氧化碳的第二种工艺流程示意图；
图3是本发明具体实施例的大功率等离子体催化二氧化碳的第三种工艺流程示意图；
图4是本发明具体实施例的等离子体发生器的结构示意图；
图5是本发明具体实施例的等离子体催化器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
图1是本发明的工艺流程示意图，图中装置为二氧化碳捕集与催化循环利用装置，包括：烟气进口1、碳化塔2、碳酸氢钠溶液输送管3、碳酸氢钠溶液泵4、碳酸氢钠热解闪蒸器5、CO2+H2O气体输送管6、冷凝水与碳酸钠溶液输送管7、CO2气体出口管8、CO2气柜9、气水冷凝分离器10、冷凝水出口11、降温热交换器12、溶液配料池13、碳酸钠溶液泵14、碳酸钠溶喷嘴15、其它气体出口16、CO2增压风机17、CO2输送气罐18、活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20、煤粉传感计重器21、100KW等离子催化器22、还原反应炉23、灰渣出口24、炉温监测传感器25、远程防爆监测传感器26、气体输送管27、燃烧炉28、燃烧炉出灰口29、远程防爆燃烧炉出口传感器30、远程防爆电子除尘器31、除尘出口远程传感器32、远程防爆脱硝器33、远程防爆脱硝出口监测传感器34、远程防爆脱硫器35、远程防爆脱硫出口监测传感器36、烟气增压风机37；
所述烟气从烟气进口1进入且烟气进口1与碳化塔2的底部连接，烟气自下向上流动与二氧化碳吸收剂溶液逆流接触后，多余空气从碳化塔2顶部的其他其他出口16排出，吸收了二氧化碳的碳酸氢钠溶液由碳酸氢钠溶液泵4加压后经由碳酸氢钠溶液输送管3输送进碳酸氢钠热解闪蒸器5，碳酸氢钠热解闪蒸器5热解碳酸氢钠溶液产生混合气体，混合气体包括二氧化碳与水蒸气，混合气体经气水冷凝分离器10后将二氧化碳输送至CO2气柜9存储，热解后的碳酸钠溶液从碳酸氢钠热解闪蒸器5底部流出与气水冷凝分离器10底部流出的液态水在降温热交换器12处降温后流至溶液配料池13，溶液配料池13配置定量的二氧化碳吸收剂溶液在碳酸钠溶液泵14加压下输送至碳化塔喷淋而出。
在CO2增压风机17的作用下，CO2气柜9捕集存储的二氧化碳输送至CO2输送气罐18；活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20、煤粉传感计重器21按比例输送活性剂、催化剂、煤粉进入管道后在二氧化碳的吹送下经过100KW等离子催化器22后进入还原反应炉23进行化学反应：CO2+C----2CO，反应灰渣通过灰渣出口24被排出，生成的一氧化碳气体经气体输送管27输送进入燃烧炉28燃烧，燃烧反应为：2CO+O2----2CO2，燃烧炉灰通过燃烧炉出灰口29排出，生成的燃烧炉烟气通过远程防爆电子除尘器31、远程防爆脱硝器33、远程防爆脱硫器35进行除尘、除硫、脱硝后在烟气增压风机37的作用下从烟气进口1进入碳化塔2被捕集，二氧化碳实现近零排放。
实现等离子体技术活化和裂解二氧化碳、煤炭中碳化物分子，100KW等离子催化器22包括大功率远程防爆CO2等离子体发生器与远程防爆CO2等离子体催化器。如图4所示，大功率远程防爆CO2等离子体发生器由阳极远程监控器501、等离子体枪滑轮502、CO2气体进口503、阴阳极冷却进水口504、阴极冷却水出口505、等离子体枪筒管506、阳极507、阴极508、等离子体枪管内壁509、右导轨座510、左导轨座511、等离子体枪管内壁512、右导轨513、阳极冷却水出口514、护壳515、左导轨516、左右导轨座后档板517、微调支架518、阴极远程监控器519、远程电源管控柜520组成。如图5所示，远程防爆CO2等离子体催化器由法兰523、多波文丘里不诱钢管524、不诱钢档板525、远程防爆调控器526、CO2送料口527、九级弯管528、单波文丘里不诱钢管529组成。
具体操作100KW等离子催化器22时，CO2输送气罐18在CO2输送流量远程防爆调控器521的监控下向通过CO2气体进口503输送混合有催化剂与活性剂的二氧化碳，阴阳极冷却进水口504、阴极冷却水出口505、阳极冷却水出口514受冷却水循环远程调控器522控制，微调支架518可以调整等离子体枪筒管506前移或后移；启动冷却水循环远程调控器522开关，对阳极冷却水进口504和阴极冷却水出口505、阳极冷却水出口514的水量、流 量、流速、压力、水温（60℃以下）进行远程调控；启动远程电源管控柜520开关，检查阳极远程监控器501、阴极远程监控器519是否处于正常状态；阳极507、阴极508属易损件如出不正常，即时更换，并根据使用所需功率进行远程管控；启动CO2输送气罐18远程控制开关，检查CO2输送流量远程防爆调控器521，对输送的CO2气体进行流量、流速、压力、以及远程防爆调控。同时，将大功率远程防爆CO2等离子体发生器插入九级弯管528，九级弯管528每级平均角度10度，总弯成角度90度。启动远程防爆CO2等离子体发生器电源开关，产生CO2气体等离子体电弧；启动CO2送料开关，将CO2、活性剂、催化剂、煤粉从CO2送料口527送入九级弯管528，在活性剂、催化剂、等离子体电弧协同作用下，使煤粉与CO2气体快速通过单波文丘里不诱钢管529、多波文丘里不诱钢管524区域，进入还原反应炉23，充分转化CO2还原反应：C（煤粉）+CO2——2CO； CO2送料口527前管壁上安装远程防爆调控器526，在线监测CO2、活性剂、催化剂、煤粉总进料流量、流速、压力、温度，以及远程防爆报警。
二氧化碳被捕集后，需要对二氧化碳进行催化，以二氧化碳、煤为原材料，在大功率等离子体、催化剂、活性剂的协同作用下，在还原反应炉23内发生化学反应生成一氧化碳。其中，二氧化碳吹送催化剂、活性剂进入100KW等离子催化器22可以有多种工艺方法。如图2所示，是另一种大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图，图中一部分CO2将从活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20按计量比例送下来的活性剂、催化剂吹入100KW等离子催化器22后进入立式、或卧式还原反应炉23，另一部分CO2经CO2送煤粉管将煤粉传感计重器21按计量比例送下来的煤粉送入立式、或卧式还原反应炉23，进行CO2+C——2CO还原反应。反应产生气体从气体输送管27送出供燃烧炉28燃烧，或CO气体化工应用。气体输送管27上安装远程防爆监测传感器26，监测反应炉气体出口的温度、压力、流量、气体成分。在还原反应炉23中部安装炉温监测传感器25监测炉温。还原反应炉23 产生的灰渣从灰渣出口24 向外排出。
图3是另举例的一种大功率等离子体催化二氧化碳的工艺流程示意图，图中，CO2将从活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20按计量比例送下来的活性剂、催化剂的混合气体物质，一部分吹入100KW等离子催化器22后进入还原反应炉23，另一部分混合气体物质经输送管将煤粉传感计重器21按计量比例送下来的煤粉送入还原反应炉23，进行CO2+C——2CO还原反应。反应产生气体从气体输送管27送入燃烧炉28，在燃烧炉28上部安装远控防爆器40，经柴油燃烧器38在空气入口39提供有氧的环境下燃烧。燃烧后的气体从燃烧炉气体输送管27经除尘、脱硝、脱硫处理后被捕集。
在二氧化碳的捕集、热解、催化及一氧化碳的燃烧过程中，气体浓度、流速以及温度、压强影响工艺效率，同时，二氧化碳在等离子体、催化剂、活性剂的协同作用下与碳反应生成一氧化碳的工艺流程中，一氧化碳在浓度12%-75%的气体含量浓度内易爆炸，为保证工艺安全及提高二氧化碳的捕集及催化效率，安装远程防爆监控系统对二氧化碳捕集与催化循环利用的全过程进行监控。
实施例1：二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，包括以下步骤：
1）将碳酸钠溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%，活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.01%；制成的二氧化碳吸收剂溶液送入溶液配料池13，经碳酸钠溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸钠溶喷嘴15向下喷淋；
2）将碳化塔2的温度控制在60℃，烟气从烟气进口1送入碳化塔2，烟气向上运动与步骤1）所述向下喷淋的碳酸钠溶液形成对流，其中，烟气中的CO2与碳酸钠、水反应形成碳酸氢钠溶液，经碳酸氢钠溶液输送管3送到碳酸氢钠溶液泵4进入碳酸氢钠热解闪蒸器 5，烟气中没反应的气体由其它气体出口16向外排出；
碳化塔2的反应条件：
（1）化学反应机理
Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3
（2）吸附合成反应温度为60℃。
（3）吸附合成反应时间为1秒。
反应时间快慢决定二氧化碳捕集速度的快慢。
在50℃以下，反应时间长，碳酸氢钠结成晶体。
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入碳酸氢钠热解闪蒸器5进行热解处理，控制温度为120℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
碳酸氢钠热解闪蒸器5的反应条件：
（1）化学反应机理
2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O
（2）闪蒸热解方式：温度120℃。
（3）闪蒸热解方式：时间0.05秒。
（4）热解碳酸氢钠的晶体与液体的重量百分比：晶体0%∶溶体100%。
4）经碳酸氢钠热解闪蒸器5的碳酸氢钠溶液热解后，分解出来的CO2和H2O气体由CO2+H2O气体输送管6送到气水冷凝分离器10分离，CO2经CO2气体出口管8送到CO2气柜9储存；
5）分离的冷凝水从冷凝水出口11出来，与碳酸氢钠溶液热解闪蒸后形成的碳酸钠溶液一起，经冷凝水与碳酸钠溶液输送管7送到降温热交换器12降温，送入溶液配料池13循环使用。
6）在CO2增压风机17的作用下，CO2气柜9捕集存储的二氧化碳输送至CO2输送气罐18，CO2输送气罐18向管道内输送二氧化碳气体；活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20、煤粉传感计重器21分别按计量比例输送活性剂、催化剂、煤粉进入管道，二氧化碳吹送活性剂、催化剂、煤粉经过100KW等离子催化器22后进入还原反应炉23；控制工艺中催化剂为金属元素化合物，催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.1%，活性剂为植物叶绿素粉，活性剂与二氧化碳用量的重量比例为0.1%；
7）将步骤6）中的二氧化碳、煤在催化剂、活性剂的协同作用下在还原反应炉23中接触反应，生成一氧化碳；
（1）控制温度在550℃，二氧化碳在气化炉中发生催化转化反应，适合各种类型的气化炉：
主反应：C+CO2——CO （1）
副反应：2CO2——2CO+O2 （2）
2CO——C+O2 （3）
2CO2——2C+2O2 （4）
2C+2O2——2CO2 （5）
副反应也包括煤的挥发分在高温条件下的气化反应。
在最佳反应温度条件下，反应以主反应（1）为主，产生CO。并减少副反应（2）、（3）、（4）、（5）进行。从而有效减少炭黑（副反应中的C）产生。
二氧化碳在气化炉类型的催化反应，二氧化碳气体的浓度越高，尤其95%以上浓度，越有利于主反应（1）进行。即二氧化碳气体的氧（O2）含量越少越好。在无氧（O2）状态下更有利于主反应（1）进行。
二氧化碳在气化炉催化转化反应，如在有氧（O2）状态下，主要反应（1）主要集中在还原层中进行。
二氧化碳在气化炉的催化量越大，二氧化碳催化转化还原反应所需的热能，越靠煤燃烧产生的热能提供，等离子体提供热能比例越少。
（2）控制温度在900℃，二氧化碳在锅炉催化转化反应，适合各种类型的锅炉，如蒸汽锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉。
二氧化碳在锅炉催化转化反应，可以在有氧（O2）状态下进行，二氧化碳与氧的比例为65%：35%，二氧化碳与煤催化转化产生的一氧化碳，在瞬间就立即氧化燃烧：
主反应：C+CO2——CO （6）
2CO+O2——2CO2 （7）
副反应：2C+2O2——2CO2 （8）
副反应也包括煤的挥发分在高温条件下的气化反应。
除煤电行业以外的行业所用的二氧化碳催化反应炉，不局限于上述反应条件，同属保护范围。
8）将步骤2）产生的一氧化碳输入燃烧炉作为燃料燃烧，燃烧生成的二氧化碳经步骤1）-5）被捕集后存储在CO2气罐中并用于步骤6）。
实施例2：
二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，包括以下步骤：
1）将碳酸钠溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.5%，活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.5%；制成的二氧化碳吸收剂溶液送入溶液配料池13，经碳酸钠溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸钠溶喷嘴15向下喷淋；
2）将碳化塔2的温度控制在70℃，烟气从烟气进口1送入碳化塔2，烟气向上运动与步骤1）所述向下喷淋的碳酸钠溶液形成对流，其中，烟气中的CO2与碳酸钠、水反应形成碳酸氢钠溶液，经碳酸氢钠溶液输送管3送到碳酸氢钠溶液泵4进入碳酸氢钠热解闪蒸器5，烟气中没反应的气体由其它气体出口16向外排出；
碳化塔2的反应条件：
（1）化学反应机理
Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3
（2）吸附合成反应温度为70℃。
（3）吸附合成反应时间为10秒。
反应时间快慢决定二氧化碳捕集速度的快慢。
在50℃以下，反应时间长，碳酸氢钠结成晶体。
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入碳酸氢钠热解闪蒸器5进行热解处理，控制温度为160℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
碳酸氢钠热解闪蒸器5的反应条件：
（1）化学反应机理
2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O
（2）闪蒸热解方式：温度160℃。
（3）闪蒸热解方式：时间5秒。
（4）热解碳酸氢钠的晶体与液体的重量百分比：晶体70%∶溶体30%。
4）经碳酸氢钠热解闪蒸器5的碳酸氢钠溶液热解后，分解出来的CO2和H2O气体由 CO2+H2O气体输送管6送到气水冷凝分离器10分离，CO2经CO2气体出口管8送到CO2气柜9储存；
5）分离的冷凝水从冷凝水出口11出来，与碳酸氢钠溶液热解闪蒸后形成的碳酸钠溶液一起，经冷凝水与碳酸钠溶液输送管7送到降温热交换器12降温，送入溶液配料池13循环使用。
6）在CO2增压风机17的作用下，CO2气柜9捕集存储的二氧化碳输送至CO2输送气罐18，CO2输送气罐18向管道内输送二氧化碳气体；活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20、煤粉传感计重器21分别按计量比例输送活性剂、催化剂、煤粉进入管道，二氧化碳吹送活性剂、催化剂、煤粉经过100KW等离子催化器22后进入还原反应炉23；控制工艺中催化剂为金属元素化合物，催化剂与二氧化碳用量的重量比例为5%，活性剂为植物叶绿素粉，活性剂与二氧化碳用量的重量比例为5%；
7）将步骤6）中的二氧化碳、煤在催化剂、活性剂的协同作用下在还原反应炉23中接触反应，生成一氧化碳；
（1）控制温度在1500℃，二氧化碳在气化炉中发生催化转化反应，适合各种类型的气化炉：
主反应：C+CO2——CO （1）
副反应：2CO2——2CO+O2 （2）
2CO——C+O2 （3）
2CO2——2C+2O2 （4）
2C+2O2——2CO2 （5）
副反应也包括煤的挥发分在高温条件下的气化反应。
在最佳反应温度条件下，反应以主反应（1）为主，产生CO。并减少副反应（2）、（3）、（4）、（5）进行。从而有效减少炭黑（副反应中的C）产生。
二氧化碳在气化炉类型的催化反应，二氧化碳气体的浓度越高，尤其95%以上浓度，越有利于主反应（1）进行。即二氧化碳气体的氧（O2）含量越少越好。在无氧（O2）状态下更有利于主反应（1）进行。
二氧化碳在气化炉催化转化反应，如在有氧（O2）状态下，主要反应（1）主要集中在还原层中进行。
二氧化碳在气化炉的催化量越大，二氧化碳催化转化还原反应所需的热能，越靠煤燃烧产生的热能提供，等离子体提供热能比例越少。
（2）控制温度在1350℃，二氧化碳在锅炉催化转化反应，适合各种类型的锅炉，如蒸汽锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉。
二氧化碳在锅炉催化转化反应，可以在有氧（O2）状态下进行，二氧化碳与氧的比例为82%：18%，二氧化碳与煤催化转化产生的一氧化碳，在瞬间就立即氧化燃烧：
主反应：C+CO2——CO （6）
2CO+O2——2CO2 （7）
副反应：2C+2O2——2CO2 （8）
副反应也包括煤的挥发分在高温条件下的气化反应。
除煤电行业以外的行业所用的二氧化碳催化反应炉，不局限于上述反应条件，同属保护范围。
8）将步骤2）产生的一氧化碳输入燃烧炉作为燃料燃烧，燃烧生成的二氧化碳经步骤1）-5）被捕集后存储在CO2气罐中并用于步骤6）。
实施例3：
二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，包括以下步骤：
1）将碳酸钠溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.3%，活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.3%；制成的二氧化碳吸收剂溶液送入溶液配料池13，经碳酸钠溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸钠溶喷嘴15向下喷淋；
2）将碳化塔2的温度控制在66℃，烟气从烟气进口1送入碳化塔2，烟气向上运动与步骤1）所述向下喷淋的碳酸钠溶液形成对流，其中，烟气中的CO2与碳酸钠、水反应形成碳酸氢钠溶液，经碳酸氢钠溶液输送管3送到碳酸氢钠溶液泵4进入碳酸氢钠热解闪蒸器5，烟气中没反应的气体由其它气体出口16向外排出；
碳化塔2的反应条件：
（1）化学反应机理
Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3
（2）吸附合成反应温度为66℃。
（3）吸附合成反应时间为5秒。
反应时间快慢决定二氧化碳捕集速度的快慢。
在50℃以下，反应时间长，碳酸氢钠结成晶体。
3）将步骤2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入碳酸氢钠热解闪蒸器5进行热解处理，控制温度为140℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
碳酸氢钠热解闪蒸器5的反应条件：
（1）化学反应机理
2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O
（2）闪蒸热解方式：温度140℃。
（3）闪蒸热解方式：时间3秒。
（4）热解碳酸氢钠的晶体与液体的重量百分比：晶体50%∶溶体50%。
4）经碳酸氢钠热解闪蒸器5的碳酸氢钠溶液热解后，分解出来的CO2和H2O气体由CO2+H2O气体输送管6送到气水冷凝分离器10分离，CO2经CO2气体出口管8送到CO2气柜9储存；
5）分离的冷凝水从冷凝水出口11出来，与碳酸氢钠溶液热解闪蒸后形成的碳酸钠溶液一起，经冷凝水与碳酸钠溶液输送管7送到降温热交换器12降温，送入溶液配料池13循环使用。
6）在CO2增压风机17的作用下，CO2气柜9捕集存储的二氧化碳输送至CO2输送气罐18，CO2输送气罐18向管道内输送二氧化碳气体；活性剂传感计重器19、催化剂传感计重器20、煤粉传感计重器21分别按计量比例输送活性剂、催化剂、煤粉进入管道，二氧化碳吹送活性剂、催化剂、煤粉经过100KW等离子催化器22后进入还原反应炉23；控制工艺中催化剂为金属元素化合物，催化剂与二氧化碳用量的重量比例为3%，活性剂为植物叶绿素粉，活性剂与二氧化碳用量的重量比例为3%；
7）将步骤6）中的二氧化碳、煤在催化剂、活性剂的协同作用下在还原反应炉23中接触反应，生成一氧化碳；
（1）控制温度在1000℃，二氧化碳在气化炉中发生催化转化反应，适合各种类型的气化炉：
主反应：C+CO2——CO （1）
副反应：2CO2——2CO+O2 （2）
2CO——C+O2 （3）
2CO2——2C+2O2 （4）
2C+2O2——2CO2 （5）
副反应也包括煤的挥发分在高温条件下的气化反应。
在最佳反应温度条件下，反应以主反应（1）为主，产生CO。并减少副反应（2）、（3）、（4）、（5）进行。从而有效减少炭黑（副反应中的C）产生。
二氧化碳在气化炉类型的催化反应，二氧化碳气体的浓度越高，尤其95%以上浓度，越有利于主反应（1）进行。即二氧化碳气体的氧（O2）含量越少越好。在无氧（O2）状态下更有利于主反应（1）进行。
二氧化碳在气化炉催化转化反应，如在有氧（O2）状态下，主要反应（1）主要集中在还原层中进行。
二氧化碳在气化炉的催化量越大，二氧化碳催化转化还原反应所需的热能，越靠煤燃烧产生的热能提供，等离子体提供热能比例越少。
（2）控制温度在1200℃，二氧化碳在锅炉催化转化反应，适合各种类型的锅炉，如蒸汽锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉。
二氧化碳在锅炉催化转化反应，可以在有氧（O2）状态下进行，二氧化碳与氧的比例为50%：50%，二氧化碳与煤催化转化产生的一氧化碳，在瞬间就立即氧化燃烧：
主反应：C+CO2——CO （6）
2CO+O2——2CO2 （7）
副反应：2C+2O2——2CO2 （8）
副反应也包括煤的挥发分在高温条件下的气化反应。
除煤电行业以外的行业所用的二氧化碳催化反应炉，不局限于上述反应条件，同属保护范围。
8）将步骤2）产生的一氧化碳输入燃烧炉作为燃料燃烧，燃烧生成的二氧化碳经步骤1）-5）被捕集后存储在CO2气罐中并用于步骤6）。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，包括：二氧化碳捕集与热解方法及大功率等离子体催化二氧化碳方法，从烟气中捕集及热解产生的二氧化碳经大功率等离子体催化后生成一氧化碳，一氧化碳用于燃烧或工业应用后重新生成二氧化碳被捕集，循环利用并实现二氧化碳的近零排放：
所述二氧化碳捕集与热解方法包括以下步骤：
A1）将碳酸氢纳溶液与催化剂、活性剂充分溶合，制成二氧化碳吸收剂溶液，其中催化剂为含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黄腐植酸；活性剂为含量5%以上的全溶性生化氨基酸；
A2）将碳化塔的温度控制在60—70℃，将步骤A1）所述的二氧化碳吸收剂溶液在碳化塔中与进入的烟气中接触，使烟气中二氧化碳产生化学反应：Na2CO3+CO2+H2O——2NaHCO3，生成含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液；
A3）将步骤A2）所述的含有碳酸氢钠的二氧化碳吸收剂溶液输入热解塔进行热解处理，热解控制优选温度为85—98℃，产生化学反应：2NaHCO3——Na2CO3+CO2+H2O，获得二氧化碳气体和碳酸钠溶液；
A4）将步骤A3）所述的二氧化碳气体输入冷凝气水分离器进行冷凝脱水处理，再压缩成液态置入CO2气罐储存；
A5）将步骤A3）所述的碳酸钠液体按步骤A1）所述方法重新配成二氧化碳吸收剂溶液重复使用；
所述大功率等离子体催化二氧化碳方法包括以下步骤：
B1）活性剂传感计重器、催化剂传感计重器、煤粉传感计重器分别按计量比例输送活性剂、催化剂、煤粉进入管道，CO2气罐向管道内输送二氧化碳气体；
B2）将催化反应炉的温度控制在550—1500℃，步骤B1）中的二氧化碳吹送活性剂、催化剂、煤粉经过500W-8000KW等离子体催化器后进入催化反应炉中，二氧化碳、煤在等离子体、活性剂、催化剂的协同作用下，在催化反应炉中充分反应，二氧化碳与煤发生化学反应C+CO2——CO，生成一氧化碳；
B3）将步骤B2）产生的一氧化碳输入燃烧炉作为燃料燃烧或将一氧化碳气体用于化工应用，一氧化碳燃烧或用于化工应用后重新生成二氧化碳，重新生成的二氧化碳通过步骤A1)—A5)被捕集后存储在CO2气罐中并用于步骤1），实现二氧化碳的循环利用及近零排放。
2.二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤A1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.01%—0.5%。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤A1）所述活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.01%—0.5%。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤A3）所述的热解处理采用闪蒸热解方式。闪蒸温度120—160℃。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤B1）所述催化剂与二氧化碳用量的重量比例为0.1%—5%。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤B1）所述催化剂还包括有：偏碱性化合物、含量在1%以上的腐植酸钾、含量在1%以上的钛、钯、锰、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的腐植酸类、黄腐植酸类合物、含量在1%以上的钛、钯、锰、钾、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的氧化物及氢氧化物。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤B1）所述活性剂与二氧化碳用量的重量比例：0.1%—5%。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤B1）所述活性剂还包括有：植物叶绿素粉、铵类、包括含量在5%以上的多肽蛋白类氨基酸、含量在1%以上的铵、钾、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的腐植酸类、黄腐植酸类合物、含量在1%以上的钾、钠、铁、钙、镁、锌、铜、铝、硅、磷的氧化物及氧化合物。
9.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，步骤B2）中在有氧情况下，二氧化碳与氧气的优选浓度比为65—82%∶18—35%。
10.根据权利要求1至9任一权利要求所述的二氧化碳捕集与催化循环利用的制备方法，其特征在于，二氧化碳捕集与催化循环利用的全过程对压力、温度、流量、成分采用远程智能防爆监控系统进行监控。
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