CN104722177A - 一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统 - Google Patents

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Abstract

一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统，吸收塔底部与结晶器料液入口相连；结晶器与电解再生槽阳极区入口相连；结晶器溢流出口与电解再生槽阴极入口相连；电解再生槽电解液出口与搅拌式混合罐的入口相连；搅拌混合罐的底部贫液出口与吸收段上端的贫液入口相连，电解再生槽的阴极区气体出口与第一冷却器的气体入口相连；阳极区气体出口与O2/CO2分离器的气体入口相连；通过将CO2富液进行浓缩处理，实现负载CO2的组分在富液中的进一步浓缩或相分离，并基于电化学原理对CO2富液进行电解产生氢气、氧气和CO2气体，可以较大程度的降低再生能耗和捕集成本，并可充分利用厂用电或风光弃电等电能，实现弃电储能转化、CO2捕集和化工利用的一体化。

Description

一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统
技术领域
本发明涉及工艺气体净化、二氧化碳减排等技术领域，特别涉及一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统。
背景技术
二氧化碳(CO2)是导致全球气候变暖的主要温室气体，CO2的捕集、利用及封存已成为国际社会关注的热点课题之一。我国燃煤发电CO2排放量约占工业总排放量的50％，燃煤电厂烟气中CO2的捕集分离是温室气体减排的重要领域。此外，炼钢、水泥、化工(如合成氨、制氢、天然气净化)等工业领域也存在大量CO2捕集或分离过程。捕集CO2的方法主要有吸收法、吸附法、膜分离、低温分离等，其中吸收法是目前最为成熟和有望实现大规模商业化应用的CO2捕集分离技术。
传统的CO2吸收法捕集分离技术在应用过程中的能耗和运行成本较高，尤其是吸收剂再生所消耗的蒸汽热能在整个系统能耗中占到了绝大比重。能耗高的主要原因是富液采用高温解吸，且富液中水的比例较高(一般70wt％以上)，在CO2高温解吸过程中水的升温与挥发将消耗大量的能量。因此，开发新型的具有突出低能耗特点的CO2吸收剂及其过程工艺是降低运行成本的有效途径之一。碳酸盐、氨基酸盐、部分有机胺溶液在负载CO2后，通过化学或物理手段可以实现富液中CO2的再分配。稠浆型CO2捕集技术通过化学交换或结晶技术实现负载CO2的组分在富液中的进一步浓缩或相分离，通过CO2富相再生从而降低富液再生过程中水的参与度，以达到节能降耗的目的。
CO2再生是吸热反应，需要能量输入。电厂、化工厂等多采用蒸汽加热再生方式。对稠浆型CO2捕集技术而言，再生时富相主要是晶浆，采用传统的填料式或喷淋式再生塔可能出现晶体堵塞内构件或容易结垢的情况。近年来国内风电、光电等可再生能源发展迅速，但也产生了大量的风光弃电，造成资源、能源的浪费，如何将风光弃电储能成为当前面临的主要问题之一。将风光弃电等电能与CO2捕集相结合，在捕集分离CO2的同时，产生氢气、氧气等产品气体。在适当的反应条件下，CO2与氢气可发生氧化还原反应生成CO气体，并进一步转化合成为甲醇等燃料，实现弃电储能转化、CO2捕集和化工利用的一体化。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统，以较大程度的降低CO2再生能耗，并可利用风光弃电作为电解能量的来源，该装置可以实现负载CO2的组分在富液中浓缩，并基于电化学原理对CO2富液进行电解产生氢气、氧气和CO2等产品气体。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统，包括吸收塔1，吸收塔1由底部的吸收段2、中部的洗涤段3和顶部的除沫段4组成，吸收塔1的底部CO2富液出口通过富液泵5与结晶器6的料液入口相连；结晶器6的晶浆出口通过浆液泵7与电解再生槽8的阳极区入口相连，结晶器6的溢流出口与电解再生槽8的阴极区入口相连；电解再生槽8的阳极区液体出口通过第一电解液泵9与搅拌式混合罐10的入口相连，阴极区液体出口通过第二电解液泵11与搅拌式混合罐10的入口相连；搅拌混合罐10的底部贫液出口通过贫液泵12与吸收段2上端的贫液入口相连；电解再生槽8的阴极区气体出口与第一冷却器13的气体入口相连，电解再生槽8的阳极区气体出口通过第二冷却器14与O2/CO2分离器15的气体入口相连。
本发明通过将CO2富液进行浓缩变换处理，利用电化学原理对CO2富液进行电解产生氢气、氧气和CO2气体产品，在降低CO2再生能耗的同时可充分利用厂用电或风光弃电等电能，实现弃电储能转化、CO2捕集和化工利用的一体化。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见附图，一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统，包括吸收塔1，吸收塔1由底部的吸收段2、中部的洗涤段3和顶部的除沫段4组成，吸收塔1的底部CO2富液出口通过富液泵5与结晶器6的料液入口相连；结晶器6的晶浆出口通过浆液泵7与电解再生槽8的阳极区入口相连，结晶器6的溢流出口与电解再生槽8的阴极区入口相连；电解再生槽8的阳极区液体出口通过第一电解液泵9与搅拌式混合罐10的入口相连，阴极区液体出口通过第二电解液泵11与搅拌式混合罐10的入口相连；搅拌混合罐10的底部贫液出口通过贫液泵12与吸收段2上端的贫液入口相连；电解再生槽8的阴极区气体出口与第一冷却器13的气体入口相连，电解再生槽8的阳极区气体出口通过第二冷却器14与O2/CO2分离器15的气体入口相连。
本发明的工作原理如下：
含有CO2混合气由吸收塔1下部的气体进口输入吸收塔1内，与此同时来自搅拌混合罐10的吸收溶液由吸收段2上端的吸收溶液入口向塔内喷淋，CO2气体与吸收剂在塔内充分逆向接触而被吸收剂吸收。被吸收剂脱除CO2后的气体继续向上流动，通过洗涤段3和除沫段4后经吸收塔1顶部的气体出口直接排入大气。吸收CO2后的富液在吸收塔1底部通过富液泵5进入结晶器6进行结晶处理。含有晶体的浆液由浆液泵7送至电解再生槽8的阳极区，结晶器6的溢流液进入电解再生槽8的阴极区。富液电解后的电解再生液通过第一电解液泵9和第二电解液泵11进入搅拌混合罐10进行混合形成吸收剂贫液。吸收剂贫液由贫液泵12送至吸收段2的上端的贫液入口而循环使用。富液电解后，电解再生槽8的阴极区产生氢气，经第一冷却器13除去少量水汽后形成氢气产品气。电解再生槽8的阴极区产生氧气和CO2混合气体，经第二冷却器14除去少量水汽后，再通过O2/CO2分离器15形成氧气和CO2产品气。分离器可采用膜分离或低温精馏等技术手段。
本发明中的稠浆型吸收剂包括但不限于碳酸盐、氨基酸盐等吸收剂或通过添加剂活化的碳酸盐、氨基酸盐类吸收剂。

Claims (1)

1.一种浓缩变换和电解再生的二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括吸收塔(1)，吸收塔(1)由底部的吸收段(2)、中部的洗涤段(3)和顶部的除沫段(4)组成，吸收塔(1)的底部CO2富液出口通过富液泵(5)与结晶器(6)的料液入口相连；结晶器(6)的晶浆出口通过浆液泵(7)与电解再生槽(8)的阳极区入口相连，结晶器(6)的溢流出口与电解再生槽(8)的阴极区入口相连；电解再生槽(8)的阳极区液体出口通过第一电解液泵(9)与搅拌式混合罐(10)的入口相连，阴极区液体出口通过第二电解液泵(11)与搅拌式混合罐(10)的入口相连；搅拌混合罐(10)的底部贫液出口通过贫液泵(12)与吸收段(2)上端的贫液入口相连；电解再生槽(8)的阴极区气体出口与第一冷却器(13)的气体入口相连，电解再生槽(8)的阳极区气体出口通过第二冷却器(14)与O2/CO2分离器(15)的气体入口相连。
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