CN105776175B - 一种将二氧化碳转化为碳单质的方法和装置 - Google Patents

一种将二氧化碳转化为碳单质的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种将二氧化碳转化为碳单质的方法，首先利用盐酸溶液与氧化镁制取氯化镁溶液；其次，对氯化镁溶液进行脱水并加热后生产出熔融状态的氯化镁；再次，将熔融态的氯化镁通入直流电进行电解生成氯气和镁，再将生产的镁送入一个反应容器中，通入二氧化碳后，将镁点燃，镁燃烧反应置换出碳单质。本发明还提供了上述将二氧化碳转化为碳单质的装置。本发明利用二氧化碳生成单质碳，消耗二氧化碳从而保护环境，抑制气候变暖。

Description

一种将二氧化碳转化为碳单质的方法和装置
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种将二氧化碳转化为碳单质的方法和装置。
背景技术
工业革命以来，化石燃料(煤炭、油、天然气等)的燃烧向环境排放了大量温室气体二氧化碳(CO2)，由此带来的全球气候变暖引起了各国政府的关注，二氧化碳(CO2)减排迫在眉睫。
目前工业上都是将二氧化碳(CO2)直接排放到环境中，不过几种常用的二氧化碳(CO2)减排技术正在研究中，如化石燃料烟气中二氧化碳(CO2)的捕集和封存、光化学催化还原把二氧化碳(CO2)转化为燃料、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)催化重整生成一氧化碳(CO)和氢(H2)等。但是上述三种方法目前存在能耗过大、没有合适的催化剂导致反应温度高、消耗甲烷和反应速度慢而难以产业化等问题。本发明利用反应热将氯化镁(MgCl2)脱水并加热到熔融状态，将熔融的氯化镁(MgCl2)通电电解出镁单质(Mg)和氯气(Cl2)，再将镁单质(Mg)与二氧化碳(CO2)进行反应，生成碳单质(C)，从而实现二氧化碳(CO2)的减排并对其进行资源化利用。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种将二氧化碳转化为碳单质的方法和装置，所述的这种将二氧化碳转化为碳单质的方法和装置解决了现有技术中的二氧化碳大量排放，造成全球气候变暖的技术问题。
本发明提供了一种将二氧化碳转化为碳单质的方法，包括如下步骤：
1)一个制备氯化镁溶液的步骤：
将氧化镁加入到一个第一反应容器中，再加入盐酸溶液，反应完成后生成氯化镁溶液和水，并将其过滤和净化后获得氯化镁溶液；
2)一个制备熔融状态下的无水氯化镁的步骤：
将步骤1)中净化后的氯化镁溶液加入到一个第二反应容器中，在第二反应容器中将净化后的氯化镁母液加热到180-400℃浓缩至氯化镁的质量百分比浓度大于45％的溶液，然后进行喷雾造粒，在100-200℃热气流中脱水，再在酸性气氛中脱水至氯化镁的质量百分比浓度大于95％，氧化镁的质量百分比浓度小于5％的无水氯化镁；然后，将无水氯化镁加热到700～750℃至熔融状态；
3)一个电解氯化镁制备镁的步骤：
将步骤2)获得的熔融状态下的氯化镁加入到第三反应容器中，通电电解获得镁和氯气；
4)一个制备碳单质的步骤：
将镁加入到第四反应容器中，将二氧化碳输入，然后点燃镁，镁置换出二氧化碳中的碳，从而生成碳单质。
进一步的，步骤4)中生成的副产品氧化镁送入步骤1)的第一反应容器中，用于生产氯化镁溶液。
进一步的，所述的步骤3)中的第三反应容器和一个热力发电装置连接。
进一步的，步骤4)中的第四反应容器中产生的反应热的一部分输入到步骤2)中的第二反应容器中，步骤4)中的第四反应容器中产生的反应热的另外一部分输入到热力发电装置中。
具体的，所述的盐酸溶液的质量百分比浓度为15～40％。
具体的，所述的氧化镁和盐酸溶液的摩尔比为：1:1～1.5。
具体的，在第二反应容器中将净化后的氯化镁母液加热到180-400℃浓缩至氯化镁的质量百分比浓度为45～80％的溶液。
本发明还提供了一种实现上述的将二氧化碳转化为碳单质的方法的装置，包括一个包括氯化镁溶液生产装置，所述的氯化镁溶液生产装置和一个无水氯化镁的生产与熔融装置连接，所述的无水氯化镁的生产与熔融装置和一个熔融氯化镁的电解装置连接，所述的熔融氯化镁的电解装置和一个镁置换出碳的装置连接，所述的熔融氯化镁的电解装置和热力发电装置连接。
进一步的，所述的镁置换出碳的装置通过热传递装置分别和所述的无水氯化镁的生产与熔融装置、热力发电装置连接。
本发明的技术原理为：
由于二氧化碳(CO2)被吸收多少取决于镁单质(Mg)的含量，而反应过程中，氯化镁(MgCl2)作为重要的反应中间产物和镁离子的来源，因此在制取熔融的氯化镁(MgCl2)时要富集镁离子，在酸性热气流中减少镁离子的水解。本发明涉及到的主要化学反应如下：
MgO(固)+2HCl(溶液)＝＝＝＝＝MgCl2(溶液)+H2O(液)
MgCl2(溶液)＝＝＝＝＝＝＝＝MgCl2(熔融)
Mg2++2e-→Mg 2Cl--2e-→Cl2↑
镁(Mg)在二氧化碳(CO2)中燃烧会生成氧化镁(MgO)并释放出大量的热量，热量可用于制备熔融态无水氯化镁(MgCl2)，生成的氧化镁(MgO)可作为制备氯化镁(MgCl2)溶液的原料，碳(C)可以作为燃料，氯气(Cl2)可以作为工业原料。
进一步的，所述的无水氯化镁(MgCl2)的生产与熔融装置中加装高温氯化炉，为了抑制镁离子水解，得到纯度更高，产量更高的熔融氯化镁(MgCl2)。
进一步的，所述的熔融氯化镁(MgCl2)电解装置(3)，在阴阳极板间，加装离子交换膜，以保证镁单质(Mg)的纯度。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明利用二氧化碳(CO2)生成单质碳(C)，消耗二氧化碳(CO2)从而保护环境，抑制气候变暖。本发明生成的单质碳(C)既可以作为化学原料，也可以作为燃料。生成的氯气(Cl2)可以作为化工原料，还可为氯化镁(MgCl2)溶液脱水过程中营造酸性气氛，抑制镁离子水解。本发明利用镁(Mg)在二氧化碳(CO2)中燃烧的部分反应热(Q1)对氯化镁(MgCl2)溶液进行脱水处理并形成熔融态的无水氯化镁(MgCl2)，降低了本发明工艺的能耗。本发明中，镁(Mg)可以循环使用，节约了资源和成本。本发明将镁(Mg)在二氧化碳(CO2)中点燃燃烧放出的反应热一部分(Q1)供给无水氯化镁(MgCl2)的生产与熔融装置，剩余的部分(Q2)用于发电，供给电解镁装置使用，降低了整个装置的能耗。
附图说明
图1是本发明的一种将二氧化碳转化为碳单质的装置的流程示意图，其中1为氯化镁(MgCl2)溶液生产装置、2为无水氯化镁(MgCl2)的生产与熔融装置、3为熔融氯化镁(MgCl2)电解装置、4为镁(Mg)置换成碳(C)的装置、5为热力发电装置。
具体实施方式
下面通过具体实例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
如图1所示，本发明还提供了一种实现将二氧化碳转化为碳单质的方法的装置，包括一个包括氯化镁溶液生产装置1，所述的氯化镁溶液生产装置1和一个无水氯化镁的生产与熔融装置2连接，所述的无水氯化镁的生产与熔融装置2和一个熔融氯化镁的电解装置3连接，所述的熔融氯化镁的电解装置3和一个镁置换出碳的装置4连接，所述的熔融氯化镁的电解装置4和热力发电装置5连接。
进一步的，所述的镁置换出碳的装置4通过热传递装置分别和所述的无水氯化镁的生产与熔融装置2、热力发电装置5连接。
进一步的，所述的无水氯化镁的生产与熔融装置2中加装高温氯化炉，为了抑制镁离子水解，得到纯度更高，产量更高的熔融氯化镁(MgCl2)。
进一步的，所述的熔融氯化镁(MgCl2)电解装置3，在阴阳极板间，加装离子交换膜，以保证镁单质(Mg)的纯度。
上述装置的工作过程为：首先利用盐酸(HCl)溶液与氧化镁(MgO)在装置1中制取氯化镁(MgCl2)溶液；其次，利用装置4中产生的部分反应热Q1在装置2中对来自装置1中的氯化镁(MgCl2)溶液进行脱水并加热后生产出熔融状态的氯化镁(MgCl2)；再次，将熔融态的氯化镁(MgCl2)在装置3中通入直流电进行电解生成氯气(Cl2)和镁(Mg)，直流电的来源有2个，一是外部电源，二是装置4的部分反应热Q2通过热力发电装置产生的直流电；再次，将装置3中生产的镁(Mg)送入装置4中，通入二氧化碳(CO2)后，将镁(Mg)点燃，镁(Mg)燃烧反应置换出碳(C)，生产出的氧化镁(MgO)可送入装置1中作为制取氯化镁(MgCl2)溶液的原料，循环利用。
实施例2
如图1所示，利用所述的熔融氯化镁的电解装置4反应热对来自装置1中盐酸(HCl)与氧化镁(MgO)反应制取氯化镁(MgCl2)溶液进行脱水，所述的盐酸溶液的质量百分比浓度为15～40％，所述的氧化镁和盐酸溶液的摩尔比为：1:1～1.5。
将净化后的氯化镁(MgCl2)母液浓缩至氯化镁(MgCl2)浓度大于45％的溶液，进行喷雾造粒，在100-200℃热气流中脱成，再在酸性气氛中脱水至含氯化镁(MgCl2)大于95％，氧化镁小于5％的无水氯化镁(MgCl2)，每生成1Kg的碳(C)，将会消耗15.833Kg的氯化镁(MgCl2)溶液，加热至714℃的熔融状态下的无水氯化镁(MgCl2)，需要大约33720KJ的热量。
将熔融状态下的氯化镁(MgCl2)通电电解，电解完成后，生成1kg的镁单质(Mg)，则需消耗大约10Kwh的电量。
将步骤2中电解出来的镁单质(Mg)与二氧化碳(CO2)在装置4中在点燃的条件下，生成氧化镁(MgO)和碳(C)，每生成1Kg的碳(C)将会放出大约62000KJ的热量。
反应热(Q反)的一部分(Q1)输入装置2用于氯化镁水合物的脱水并将无水氯化镁加热到熔融状态；反应热(Q反)的剩余部分(Q1)输入热力发电装置5用于发电，为电解装置3提供直流电。
从物质平衡分析，每生产1吨碳(C)，消耗盐酸(HCl)12.167吨，消耗二氧化碳(CO2)3.67吨，同时产出氯气(Cl2)11.833吨。
从能量平衡分析，每生产1吨碳(C)，会消耗电量40MWh；反应过程中会放出反应热约62GJ，除了供应反应过程中消耗的33.72GJ能量外，剩余的28.28GJ热量通过热力发电装置5用于发电；若按发电效率为45％，则会生产3.6MWh直流电，并用于电解镁，故净耗电量为(40-3.6)＝36.4MWh。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种将二氧化碳转化为碳单质的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）一个制备氯化镁溶液的步骤：
将氧化镁加入到一个第一反应容器中，再加入盐酸溶液，反应完成后生成氯化镁溶液和水，并将其过滤和净化后获得氯化镁溶液；
2）一个制备熔融状态下的无水氯化镁的步骤：
将步骤1）中净化后的氯化镁溶液加入到一个第二反应容器中，在第二反应容器中将净化后的氯化镁母液加热到180-400℃浓缩至氯化镁的质量百分比浓度大于45%的溶液，然后进行喷雾造粒，在100-200℃热气流中脱水，再在酸性气氛中脱水至氯化镁的质量百分比浓度大于95%，氧化镁的质量百分比浓度小于5%的无水氯化镁；然后，将无水氯化镁加热到700~750℃至熔融状态；
3）一个电解氯化镁制备镁的步骤：将步骤2）获得的熔融状态下的氯化镁加入到第三反应容器中，第三反应容器和一个热力发电装置连接；通电电解获得镁和氯气；
4）一个制备碳单质的步骤：
将镁加入到第四反应容器中，将二氧化碳输入，然后点燃镁，镁置换出二氧化碳中的碳，从而生成碳单质；生成的副产品氧化镁送入步骤1）的第一反应容器中，用于生产氯化镁溶液；第四反应容器中产生的反应热的一部分输入到步骤2）中的第二反应容器中，第四反应容器中产生的反应热的另外一部分输入到热力发电装置中。
2.一种实现权利要求1的将二氧化碳转化为碳单质的方法的装置，其特征在于：包括一个包括氯化镁溶液生产装置，所述的氯化镁溶液生产装置和一个无水氯化镁的生产与熔融装置连接，所述的无水氯化镁的生产与熔融装置和一个熔融氯化镁的电解装置连接，所述的熔融氯化镁的电解装置和一个镁置换出碳的装置连接，所述的熔融氯化镁的电解装置和热力发电装置连接，所述的镁置换出碳的装置通过热传递装置分别和所述的无水氯化镁的生产与熔融装置、热力发电装置连接。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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