CN108744872A - 一种碳氢化合物的制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳氢化合物的制备方法及装置，本发明的碳氢化合物的制备装置，包括：排烟道，CO2捕集器，O2捕集器以及电解氢发生器，燃料输送管；在所述排烟道的进口处设置有烟尘过滤器，在所述排烟道的侧面依次并排设置有第一分支管路以及第二分支管路，所述第一分支管路连接所述CO2捕集器的进口端，所述第二分支管路连接所述O2捕集器的进口端；所述CO2捕集器的出口端，O2捕集器的出口端以及电解氢发生器的出口端汇总连接在所述燃料输送管上。该装置将烟气中所含有的二氧化碳、氧气进行收集后有效利用，与水电解后的氢气三种物质混合后形成碳氢化合物作为燃料使用。
Description
技术领域
本发明涉及烟气应用处理领域，具体而言，涉及一种碳氢化合物的制备方法及装置。
背景技术
烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸汽、SO2、N2、O2、CO、CO2、碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。烟尘对人体的危害性与颗粒的大小有关，对人体产生危害的多是直径小于10微米的飘尘，尤其以1-2.5微米的飘尘危害性最大。
内燃机、电厂、锅炉厂、燃气、炼油厂或加温放出的烟气中均含有高浓度的CO2，这种烟气中CO2的含量可以达到5wt％以上，甚至有的烟气中CO2的含量可以达到50wt％以上，但是现有技术中，针对工业领域排出的这种烟气会直接排放到大气中，或者经过简单的处理进行排出，烟气直接排放不仅会污染大气，对环境造成一定的危害，还会造成一定的资源浪费。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种碳氢化合物的制备装置，该制备装置通过将烟气中所含有的二氧化碳、氧气进行收集后有效利用，与水电解后的氢气三种物质混合后的碳氢化合物共同作为燃料使用，不但提高了烟气的附加值，还不会因为烟气直接排放对大气造成污染，提高了烟气道废气循环利用节能环保的最后一公里的价值，还解决了二氧化碳对大气直接排放造成温室效应与对大气环境污染的问题，形成的燃料利用价值非常高，该装置本身结构简单，造价低，占地面积小，环境要求比较低，值得广泛推广应用。
本发明的第二目的在于采用上述制备装置进行制备的方法，该方法操作简单，操作条件不苛刻，无三废产生，该工艺对环境没有任何污染，绿色环保，因此适于广泛推广应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种碳氢化合物的制备装置，包括：排烟道，CO2捕集器，O2捕集器以及电解氢发生器，燃料输送管；
在所述排烟道的进口处设置有烟尘过滤器，在所述排烟道的侧面依次并排设置有第一分支管路以及第二分支管路，所述第一分支管路连接所述CO2捕集器的进口端，所述第二分支管路连接所述O2捕集器的进口端；
所述CO2捕集器的出口端，O2捕集器的出口端以及电解氢发生器的出口端汇总连接在所述燃料输送管上。
现有技术中，烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸汽、SO2、N2、O2、CO、CO2、碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。烟尘对人体的危害性与颗粒的大小有关，对人体产生危害的多是直径小于10微米的飘尘，尤其以1-2.5微米的飘尘危害性最大。
内燃机、电厂、锅炉厂、燃气、炼油厂或加温放出的烟气中均含有高浓度的CO2，这种烟气中CO2的含量可以达到5wt％以上，甚至有的烟气中CO2的含量可以达到50wt％以上，但是现有技术中，针对工业领域排出的这种烟气会直接排放到大气中，或者经过简单的处理进行排出，烟气直接排放不仅会污染大气，对环境造成一定的危害，还会造成一定的资源浪费。
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种重点体现在结构方面的制备装置，该制备装置结构比较简单，通过将排烟道中的烟气中所含有的CO2、O2设置捕捉器进行分别捕捉后，再与电解氢发生器中制备出的H2三路气体混合后通过燃料输送管进行输送，可通过管道与内燃机油管连接使用，或分装大型燃料储存罐体供用户使用。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述燃料输送管连接有燃料罐。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述电解氢发生器的侧面连接有水箱。
优选地，作为进一步可实施的方案，CO2捕集器为装有乙醇胺吸附剂的吸附器，所述CO2捕集器的出口端与所述燃料输送管之间还设置有CO2分离纯化系统。
优选地，作为进一步可实施的方案，O2捕集器为装有分子筛吸附剂的制氧器，所述O2捕集器的出口端与所述燃料输送管之间还设置有O2分离纯化系统，可连接燃烧系统进出口纯氧脱氮燃烧功能。
本发明实施例还提供了采用上述制备装置进行碳氢化合物的制备方法，包括如下步骤：
(A)将烟气中的CO2、O2分别捕捉收集，N2排出；
(B)电解水得到氢气后，与上述收集的CO2、O2混合形成碳氢化合物，输出使用即可，具体使用的方法可以为与燃料进口连接使用或在储存罐分装。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(A)中，烟气中的CO2通过乙醇胺吸附捕捉后，再经过吸附剂再生后，分离出的CO2经过干燥、冷却、换热、精馏、除杂以分离纯化。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(A)中，烟气中的O2经过分子筛吸附剂后，再经过吸附、干燥除杂后以进一步纯化。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，H2、O2、CO2之间的体积比控制在(0.1-0.5)：(0.1-0.5)：(2-3)之间。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，H2、O2、CO2之间的体积比控制在0.2：0.2：2.6之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的制备方法的结构装置通过将烟气中所含有的二氧化碳、氧气进行收集后有效利用，与水电解后的氢气三种物质混合后的碳氢化合物共同作为燃料使用，不但提高了烟气的附加值，还不会因为烟气直接排放对大气造成污染；
(2)本发明的制备装置形成的碳氢化合物料利用价值非常高，并且该装置本身结构简单，造价低，占地面积小，环境要求比较低；
(3)本发明的采用上述制备装置进行制备的方法操作简单，操作条件不苛刻，无三废产生，该工艺对环境没有任何污染，绿色环保，因此适于广泛推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的碳氢化合物的制备装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二的碳氢化合物的制备装置的结构示意图。
附图标记：
1-烟尘过滤器； 2-CO2捕集器；
3-O2捕集器； 4-电解氢发生器；
5-水箱； 6-排烟道；
7-燃料输送管； 8-燃料罐。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，某些指示的方位或位置关系的词语，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是三个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种碳氢化合物的制备装置，包括：排烟道，CO2捕集器，O2捕集器以及电解氢发生器，燃料输送管；
在所述排烟道的进口处设置有烟尘过滤器，在所述排烟道的侧面依次并排设置有第一分支管路以及第二分支管路，所述第一分支管路连接所述CO2捕集器的进口端，所述第二分支管路连接所述O2捕集器的进口端；
所述CO2捕集器的出口端，O2捕集器的出口端以及电解氢发生器的出口端汇总连接在所述燃料输送管上。
本发明实施例的碳氢化合物的制备装置结构比较简单，通过将排烟道中的烟气中所含有的CO2、O2设置捕捉器进行分别捕捉后，再与电解氢发生器中制备出的H2三路气体混合后通过燃料输送管进行输送，可通过管道与内燃机油管连接使用，或分装大型燃料储存罐体供用户集体使用。
上述装置进行实际操作过程中，需要注意的是，O2、H2均属于易燃易爆的气体，尤其H2的爆炸极限比较低，因此输送管线以及存储设备设计上需要采用防爆类的材质，安全系数需要更高，当然设备本身选材以及O2、H2混合时管路的具体设计方面并不是本发明的方案重点保护所在，本领域技术人员可以根据该领域的常规技术知识进行流程设计，本发明的方案保护重点在于如何对烟气进行有效利用的方法，将烟气中的CO2、O2进行收集有效的利用。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述燃料输送管连接有燃料罐，燃料罐可以进一步连接下游需要燃气的设备。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述电解氢发生器的侧面连接有水箱，用于补给电解氢过程中所需原料水。
优选地，作为进一步可实施的方案，CO2捕集器为装有乙醇胺吸附剂的吸附器，所述CO2捕集器的出口端与所述燃料输送管之间还设置有CO2分离纯化系统。
实际操作时，利用CO2捕集器在常温下吸收制作纯度99％的CO2，通常用的吸收剂(乙醇胺MEA)吸收了CO2，该分离纯化系统的运行过程为：将CO2经过干燥装置、冷却装置、换热装置并进入精馏塔精馏，脱除硫、硝、氧、氮、水蒸气等杂质，最后储存在二氧化碳罐内，后续输送到燃料输送管中。乙醇胺MEA溶剂可以在温度100-140℃和比大气压略高的压力下得到再生。
优选地，作为进一步可实施的方案，O2捕集器为装有分子筛吸附剂的制氧器，所述O2捕集器的出口端与所述燃料输送管之间还设置有O2分离纯化系统，经过分子筛后的纯氧进一步干燥塔除去残余杂质，得到纯度达到90％的氧气。
电解氢发生器在水温20℃左右产生H2，CO2、O2、H2三种气体合成碳氢化合物，直接汽化成燃料输出使用。
本发明实施例还提供了采用上述制备装置进行碳氢化合物的制备方法，包括如下步骤：
(A)将烟气中的CO2、O2分别捕捉收集，N2排出；
(B)电解水得到氢气后，与上述收集的CO2、O2混合形成碳氢化合物，输出使用即可。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(A)中，烟气中的CO2通过乙醇胺吸附捕捉后，再经过吸附剂再生后，分离出的CO2经过干燥、冷却、换热、精馏、除杂以分离纯化。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(A)中，烟气中的O2经过分子筛吸附剂后，再经过吸附、干燥除杂后以进一步纯化。
烟气中的CO2、O2经过捕捉后，各自还需要进一步的分离纯化操作后，以提高纯度。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，H2、O2、CO2之间的体积比控制在(0.1-0.5)：(0.1-0.5)：(2-3)之间。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，H2、O2、CO2之间的体积比控制在0.2：0.2：2.6之间，三种不同燃料按不同比例进入燃料罐，通过管道与发动机油管连接使用，或分装大型燃料储存罐体供用户使用。
本发明的这种二氧化碳+氢气+氧气回收燃料系统主要适用于内燃机尾气CO2和氧气回收的装置，同时可以对电厂、锅炉厂、燃气、炼油厂或加温放出的高浓度CO2的设备进行加装升级，属于独立系统。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
作为第一种具体可实施的方案，具体参见图1，烟气中含有的CO2一般含量在5-50％左右，将经过排烟道7中的烟气先经过烟尘过滤器1进行初步的过滤，以将烟尘中所含有的颗粒杂质等进行过滤，然后随着烟气流通的方向上，分别将烟气中的CO2用CO2捕集器2捕集下来，O2用O2捕集器3捕集下来，氢气采用电解氢发生器4制备得到后，CO2、O2、H2在燃料输送管7混合汇总后进行输送使用。
在上述工艺过程中，CO2捕集器2中装有乙醇胺MEA作为吸收剂，吸收完CO2的乙醇胺吸附剂在温度100-140℃和比大气压略高的压力下得到再生，一般是在再生塔中进行，再生后的CO2脱附后，后续进一步分离纯化可以达到99wt％以上的纯度。
O2捕集器3为分子筛制氧机，通过分子筛制氧机后的氧气纯度可以达到90wt％以上。
作为第二种具体可实施的方案，具体参见图2，该实施例中的制备装置的具体结构与上述实施例一的结构基本一致，区别在于：电解氢发生器4的侧面连接有水箱5，燃料输送管7将碳氢化合物输送到燃料罐8中，燃料罐8可通过管道与发动机油管连接使用，或分装大型燃料储存罐体供用户使用。
在该实施例的工艺中，三种不同燃料按不同比例进入燃料罐8，H2、O2、CO2之间的体积比控制在0.1:0.1:3。
O2捕集器3的出口端与所述燃料输送管7之间还设置有O2分离纯化系统，该分离纯化系统的工作过程为：氧气通过无油润滑压缩机将压力提高到2.0MPa经吸附塔、干燥塔除去残余杂质，得到纯度达到90wt％的氧气，纯化后的氧气如果不进行使用可以选择储存在氧气罐内。
CO2捕集器2的出口端与所述燃料输送管7之间还设置有CO2分离纯化系统，该分离纯化系统的工作过程为：再生后的CO2脱附后，二氧化碳经过干燥、冷却、换热并进入精馏塔精馏，脱除硫、硝、氧、氮、水蒸气等杂质，纯化后的二氧化碳如果不进行使用可以选择储存在二氧化碳罐内。
作为第三种具体可实施的方案，该实施例中的制备装置的具体结构与上述实施例二的结构基本一致，并且该装置的操作过程也与上述实施例基本一致，区别在于：三种不同燃料按不同比例进入燃料罐8，H2、O2、CO2之间的体积比控制在0.5:0.5:2。
作为第四种具体可实施的方案，该实施例中的制备装置的具体结构与上述实施例二的结构基本一致，并且该装置的操作过程也与上述实施例基本一致，区别在于：三种不同燃料按不同比例进入燃料罐8，H2、O2、CO2之间的体积比控制在0.2:0.2:2.6。
一般1升的汽油燃烧＝2.6升二氧化碳+0.2升氧气+0.2升氢气＝3升碳氢化合物燃料，比如百公里8升汽油改造后只需要2升汽油，可节能75％以上。
本发明通过精心的利用设计，采取多方法、多单元组合的措施，包括二氧化碳捕集器+制氧机组+电解氢发生器的组合，经处理后的二氧化碳，氧气纯度高，该装置中涉及到的吸附塔、干燥塔再生的阀门可自动切换，再生温度实现自动控制，冷却水循环实现自动控制，储罐超压可实现自动停止工作报警提示调节，储罐满液位也可实现自动停机，气态CO2、H2、O2接触部位均采用不锈钢材质，方便智能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的制备装置通过将烟气中所含有的二氧化碳、氧气进行收集后有效利用，与水电解后的氢气三种物质混合后的碳氢化合物共同作为燃料使用，不但提高了烟气的附加值，还不会因为烟气直接排放对大气造成污染；
(2)本发明的制备装置形成的碳氢化合物料利用价值非常高，并且该装置本身结构简单，造价低，占地面积小，环境要求比较低；
(3)本发明的采用上述制备装置进行制备的方法操作简单，操作条件不苛刻，无三废产生，该工艺对环境没有任何污染，绿色环保，因此适于广泛推广应用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种碳氢化合物的制备装置，其特征在于，包括：排烟道，CO2捕集器，O2捕集器以及电解氢发生器，燃料输送管；
在所述排烟道的进口处设置有烟尘过滤器，在所述排烟道的侧面依次并排设置有第一分支管路以及第二分支管路，所述第一分支管路连接所述CO2捕集器的进口端，所述第二分支管路连接所述O2捕集器的进口端；
所述CO2捕集器的出口端，O2捕集器的出口端以及电解氢发生器的出口端汇总连接在所述燃料输送管上。
2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述燃料输送管连接有燃料罐。
3.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述电解氢发生器的侧面连接有水箱。
4.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，CO2捕集器为装有乙醇胺吸附剂的吸附器，所述CO2捕集器的出口端与所述燃料输送管之间还设置有CO2分离纯化系统。
5.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，O2捕集器为装有分子筛吸附剂的制氧器，所述O2捕集器的出口端与所述燃料输送管之间还设置有O2分离纯化系统。
6.采用权利要求1-5任一项所述的制备装置进行碳氢化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)将烟气中的CO2、O2分别捕捉收集，N2排出；
(B)电解水得到氢气后，与上述收集的CO2、O2混合形成碳氢化合物，输出使用即可。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，烟气中的CO2通过乙醇胺吸附捕捉后，再经过吸附剂再生后，分离出的CO2经过干燥、冷却、换热、精馏、除杂以分离纯化。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，烟气中的O2经过分子筛吸附剂后，再经过吸附、干燥除杂后以进一步纯化。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，H2、O2、CO2之间的体积比控制在(0.1-0.5)：(0.1-0.5)：(2-3)之间。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，H2、O2、CO2之间的体积比控制在0.2：0.2：2.6之间。
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