CN113996162A - 一种火电厂烟气碳中和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火电厂烟气碳中和设备，涉及一种火电厂烟气碳中和设备领域，包括吸收罐、反应器和浓缩装置，吸收罐的进口用于通入烟气，吸收罐用于盛放吸收液，吸收罐的出口与反应器的进口连通，反应器的出口与浓缩装置的进口连通，吸收罐能够通过吸收液吸收烟气中的二氧化碳，反应器能够催化吸收二氧化碳后的吸收液和烟气进行光电催化还原反应生成有机物，浓缩装置用于将吸收液浓缩形成资源化产物。本发明中的一种火电厂烟气碳中和设备无需对二氧化碳进行提纯，集二氧化碳捕集与催化合成于一体，减少了工艺流程和投资成本，能够实现并降低碳捕获、利用与封存的成本。

Description

一种火电厂烟气碳中和设备
技术领域
本发明涉及二氧化碳处理系统领域，具体涉及一种火电厂烟气碳中和设备。
背景技术
美国、欧盟、英国、加拿大、日本等国的能源和气候变化部门都把CCUS(碳捕获、利用与封存)作为以最低经济成本实现未来减排目标的技术选择之一。我国政府高度重视应对气候变化工作，制定了一系列应对气候变化的政策和规划，有序推进CCUS技术研发和示范。
我国燃煤电厂的二氧化碳排放约占工业排放总量的一半左右，因此，控制燃煤电厂的二氧化碳排放，已迫在眉睫。
生态环境保护部出台《2019-2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案(发电行业)》，全国共有2267家发电企业配置碳排放额度。
目前，我国CCUS全流程各类技术路线都分别开展了实验示范项目，但整体仍处于研发和实验阶段，而且项目及范围都太小。虽然新建项目和规模都在增加，但还缺少全流程一体、更大规模的可复制的经济效益明显的集成示范项目。
现有的CUSS中，二氧化碳催化有机合成工艺需要对二氧化碳进行提纯，增加工艺流程和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种火电厂烟气碳中和设备，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现并降低烟气中二氧化碳的捕集、催化合成和进行资源化回收的成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种火电厂烟气碳中和设备，包括吸收罐、反应器和浓缩装置，所述吸收罐的进口用于通入烟气，吸收罐用于盛放吸收液，所述吸收罐的出口与所述反应器的进口连通，所述反应器的出口与所述浓缩装置的进口连通，所述吸收罐能够通过吸收液吸收烟气中的二氧化碳，所述反应器能够催化吸收二氧化碳后的吸收液和烟气进行光电催化还原反应生成有机物，所述浓缩装置用于将吸收液浓缩形成资源化产物。
优选的，所述反应器为光电催化反应器，所述光电催化反应器的电极为三维电极。
优选的，所述三维电极包括电极颗粒和催化颗粒，所述电极颗粒和所述催化颗粒均与导线电连接，所述电极颗粒表面设置催化剂层即构成催化颗粒，所述催化颗粒的数量占所述催化颗粒的数量与所述电极颗粒的数量的总和的50％-80％。
优选的，所述吸收罐还包括循环进口，所述反应器还包括循环出口，所述反应器能够催化吸收二氧化碳后的吸收液发生还原反应并重新生成吸收液，重新生成的吸收液能够通过所述反应器的循环出口和所述吸收罐的循环进口进入到所述吸收罐内重新吸收二氧化碳。
优选的，还包括换热器，所述换热器的进口用于通入烟气，所述换热器用于对烟气进行降温，所述换热器的出口与所述吸收罐连通。
优选的，还包括洗脱塔，所述洗脱塔的进口与所述换热器的出口连通，所述洗脱塔的出口与所述吸收罐连通，所述洗脱塔用于去除烟气中的灰尘颗粒和含硫化合物，所述洗脱塔的出口设置第一除雾装置，所述第一除雾装置用于去除从所述洗脱塔的出口排出的烟气中的雾滴。
优选的，所述洗脱塔与所述吸收罐之间设置有增压风机，所述增压风机用于增加进入所述吸收罐的烟气的压力。
优选的，还包括第二除雾装置，所述第二除雾装置设置在所述反应器的排气口，所述第二除雾装置用于除去从所述反应器排出的烟气的雾滴。
优选的，所述换热器具有冷却介质腔，所述浓缩装置还包括循环出口和循环进口，循环所述出口和所述循环进口分别与冷却介质腔的进口、出口连通，所述浓缩装置内的吸收液能够从所述冷却介质的进口进入冷却介质腔，并从所述冷却介质腔的出口回到所述浓缩装置内，吸收液流经所述冷却介质腔时能够吸收烟气的热量以降低烟气的温度并提高吸收液的温度。
优选的，还包括碱液添加装置，所述碱液添加装置与所述吸收罐连通，所述碱液添加装置用于给所述吸收罐内提供碱液。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的一种火电厂烟气碳中和设备，可应用于火电厂烟气碳中和处理，但不限于上述超低排放烟气二氧化碳处理，需要对二氧化碳处理均可使用。包括吸收罐、反应器和浓缩装置，烟气通入吸收罐后，部分烟气被吸收液吸收，未被吸收的烟气与吸收液形成气液混合物，吸收液与气液混合物一同进入到反应器中，反应器对吸收液吸收的二氧化碳和气液混合物中的二氧化碳进行催化还原反应生成有机物，反应后的吸收液进入到浓缩装置，浓缩装置对吸收液进行浓缩，提高吸收液中有机物浓度，得到资源化产物，得到的资源化产物可直接利用或者封存，从而实现碳捕获、利用与封存。并且上述处理过程无需将烟气进行提纯，降低了碳捕获、利用与封存的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明中提供的一种火电厂烟气碳中和设备的结构示意图；
图2为本发明提供的三维电极的结构示意图。
图中：1-换热器；2-洗脱塔；3-吸收罐；4-反应器；5-浓缩装置；6-第二除雾装置；7-碱液添加装置；8-集流体；9-绝缘层；10-电极颗粒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种火电厂烟气碳中和设备，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高对二氧化碳的处理效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种火电厂烟气碳中和设备，如图1-2所示，包括吸收罐3、反应器4和浓缩装置5，吸收罐3的进口用于通入烟气，吸收罐3用于盛放吸收液，吸收罐3的出口与反应器4的进口连通，反应器4的出口与浓缩装置5的进口连通，吸收罐3能够通过吸收液吸收烟气中的二氧化碳，反应器4能够催化吸收二氧化碳后的吸收液和烟气进行光电催化还原反应生成有机物，浓缩装置5用于将吸收液浓缩形成资源化产物。烟气通入吸收罐后3，部分烟气被吸收液吸收，未被吸收的烟气与吸收液形成气液混合物，吸收液与气液混合物一同进入到反应器4中，反应器4对吸收液吸收的二氧化碳和气液混合物中的二氧化碳进行催化还原反应生成有机物，反应后的吸收液进入到浓缩装5，浓缩装置5对吸收液进行浓缩，提高吸收液中有机物浓度，得到资源化产物，得到的资源化产物可直接利用或者封存，从而实现碳捕获、利用与封存。并且上述处理过程无需将烟气进行提纯，降低了碳捕获、利用与封存的成本。
本实施例中的利用为可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。
本实施例中，对烟气中的二氧化碳处理无需对二氧化碳进行提纯，能够将二氧化碳选择性捕集与催化合成于一体，减少了工艺流程和投资成本。
本实施例中，反应器4为光电催化反应器，光电催化反应器的电极为三维电极。三维电极能够使吸收液充分的与电极接触，使吸收液中的还原反应更加充分，提高对二氧化碳的处理效率。
本实施例中，光电反应器包括反应腔和提供能量的光源，电极设置在反应腔内，反应腔外侧壁为透明材质制成，优选亚克力和玻璃其中一种材料制成即可，本实施例中，光源优选氙灯，模拟太阳光进行照射，且优选氙灯提供强度为100mW/cm2的AM 1.5光源进行照射。
本实施例中，三维电极包括集流体8和绝缘层9，集流体8内具有电极腔，电极腔的侧壁上开设有至少一个吸收液通过口，吸收液通过口用于通过流入和流出电极腔的吸收液
本实施例中，三维电极包括电极颗粒10和催化颗粒，电极颗粒10和催化颗粒均与导线电连接，电极颗粒10表面设置催化剂层即构成催化颗粒，催化颗粒的数量占催化颗粒的数量与电极颗粒10的数量的总和的50％-80％。本实施例中催化颗粒只需要电极颗粒10携带有催化剂即可，本实施例中优选将催化剂设置在电极颗粒10的表面形成催化颗粒。表面设置有催化剂层的电极颗粒10与表面没有设置催化剂层的电极颗粒10均匀混合，使吸收液与催化剂充分接触，充分发挥催化剂的效果，进一步提高对二氧化碳的处理效率。本实施例中的电极颗粒均为电极颗粒与导线点连接。
本实施例中电极颗粒10和催化颗粒都设置在电极腔内。
本实施例中三维电极的电极颗粒10可增加电极与吸收液的接触面积，增加固液界面双电层电容，降低了传质阻抗，能够提高反应器4中的催化还原反应的反应速率和反应效率。
本实施例中催化颗粒的数量占电极颗粒10数量的50％-80％均可，优选催化颗粒的数量占电极颗粒10数量的50％，优选电极颗粒10的外轮廓尺寸在0.5cm-2cm之间。
本实施例中集流体8的材料可以为导电电极金属材质，优选钛合金、不锈钢、铝箔和镍其中的一种即可。绝缘层9可选择高分子材料，优选聚丙烯、聚氯乙烯、ABS工程塑料和克力其中一种即可。
本实施例中，电极颗粒10采用高强度碳颗粒，碳电极颗粒10负载催化剂后，实现二氧化碳还原电位的选择性和单一性，避免其他杂质还原反应的干扰，从而提高对二氧化碳的处理效率。
本实施例中，吸收罐3还包括循环进口，反应器4还包括循环出口，反应器4能够催化吸收二氧化碳后的吸收液发生还原反应并重新生成吸收液，重新生成的吸收液能够通过反应器4的循环出口和吸收罐3的循环进口进入到吸收罐3内重新吸收二氧化碳。反应器4的循环出口与吸收罐3的循环进口连通，以实现吸收罐3与反应器4的循环连通，烟气与吸收液形成气液混合物和吸收液能够通过吸收罐3的出口进入到反应器4内，反应器4内的烟气和吸收液能够通过循环出口和循环进口进入到吸收罐3中，使烟气和吸收液能够在吸收罐3和反应器4内循环流动。反应器4能够催化吸收二氧化碳后的吸收液发生还原反应并重新生成吸收液，重新生成的吸收液循环流入到吸收罐3中能够重复对烟气中的二氧化碳进行吸收，提高吸收液的吸收效率，进一步提高对二氧化碳的处理效率。
本实施例中的吸收液使用能够吸收二氧化碳的液体即可，本实施例中优选采用pH值为7.2-8.5之间的弱碱性离子液体，以提高吸收液对烟气中二氧化碳的吸收能力，有利用催化反应的进行。本实施例中的吸收罐3内具有曝气装置，曝气装置能够将进入吸收罐3内的烟气与吸收液充分接触，使吸收液能够充分吸收烟气中的二氧化碳，进一步提高对二氧化碳的处理效率。
本实施例中吸收罐3能够单独密封，内部还包括内部加压装置，当吸收罐3吸收一次烟气之后，吸收罐3进行密封，然后进行内部加压、曝气，使进入到吸收罐3的烟气充分的溶解到吸收液内，然后将未被吸收的烟气与吸收液一起在吸收罐3与反应器4中循环，实现对烟气中的二氧化碳的循环吸收，当反应器4中的二氧化碳检测装置检测到烟气中的二氧化碳质量的含量降低至不高于1％时，将反应器4中的烟气从反应器4中排出。
本实施例中，一种火电厂烟气碳中和设备还包括换热器1，换热器1的进口用于通入烟气，换热器1用于对烟气进行降温，换热器1的出口与吸收罐3连通，换热器1内设置有温度交换液。换热器1能够降低烟气的温度，便于后续反应器4中的催化还原反应的工作温度维持在正常范围内。
烟气的初始温度为45℃-70℃。换热器1中的温度交换液与烟气经热量交换后将烟气从换热器1中排出。本实施例中换热器过流介质优选采用2205不锈钢。
本实施例中，一种火电厂烟气碳中和设备还包括洗脱塔2，洗脱塔2的进口与换热器1的出口连通，洗脱塔2与吸收罐3连通，洗脱塔2用于去除烟气中的灰尘颗粒和含硫化合物，洗脱塔具有第一除雾装置，第一除雾装置设置在洗脱塔的出口，第一除雾装置用于去除从洗脱塔的出口排出的烟气中的雾滴。经过换热器1中换热降温的烟气进入到洗脱塔2内，洗脱塔2能够对烟气进行除去灰尘颗粒和部分含硫化合物，以便于吸收液对烟气中的二氧化碳的吸收。本实施例中防止雾滴进入吸收罐内对吸收液进行稀释，从而降低吸收液对二氧化碳的吸收效率。
本实施例中从洗脱塔2排出的烟气的温度为20℃-30℃，以便于后续吸收二氧化碳和还原二氧化碳的反应具有合适的环境温度。
本实施例中，洗脱塔2与吸收罐3之间设置有增压风机，增压风机用于增加进入吸收罐3的烟气的压力。增加进入吸收罐3的烟气的压力有利于烟气中的二氧化碳溶解到吸收液中。
本实施例中，一种火电厂烟气碳中和设备还包括第二除雾装置6，第二除雾装置6与反应器4连通，反应器4用于除去从反应器4排出的烟气的雾滴。第二除雾装置6能够将含有有害物质的雾滴保留在除雾器内，能够防止有害物质跟随烟气逃逸到大气中。
本实施例中，还包括浓缩装置5，浓缩装置5与反应器4的排液口连通，浓缩装置5用于将反应器4中排出的溶液浓缩。当吸收液中的有机物生成到规定的数量之后，将吸收液从反应器拍出至浓缩装置5内，在浓缩装置5内将吸收液浓缩，浓缩之后能产出淡化水和浓缩液，淡化水能够作为吸收罐3中的吸收液，将浓缩液行干燥固化处理，产生结晶颗粒，或者将浓缩液直接储存，能够作为资源化产物，实现资源的再利用，从而实现火电厂烟气中二氧化碳的捕集、转化与存储，完成了二氧化碳的资源化再利用。本实施例中浓缩装置5的缩工艺可选用高压反渗透、电渗析、膜蒸馏的其中一种。
本实施例中，具体的资源化产物，根据催化剂类型与光电催化反应设计相关，并通过催化剂的选用，实现二氧化碳还原电位的选择性和单一性，避免其他杂质还原反应的干扰。
本实施例中，换热器1具有冷却介质腔，浓缩装置5的出口、进口分别与冷却介质腔的进口、出口连通，浓缩装置5内的吸收液能够从冷却介质的进口进入冷却介质腔，并从冷却介质腔的出口回到浓缩装置5内，吸收液流经冷却介质腔时能够吸收烟气的热量以降低烟气的温度并提高吸收液的温度。通过换热器1降低烟气温度，可减少洗脱塔2内的耗水量，将烟气的温度降至合适催化反应的温度，可增大光电催化装置对溶解液的催化还原反应。将浓缩装置5中的吸收液作为温度交换液，当待浓缩的吸收液温度提升，可提高浓缩液的膜通量，降低膜浓缩设备运行成本。
本实施例中进入冷却介质腔的吸收液初始温度为10℃-35℃。经热量交换后，烟气温度降为40℃-50℃，料液温度升为35℃-40℃。
本实施例中，一种火电厂烟气碳中和设备还包括碱液添加装置7，碱液添加装置7与吸收罐3连通，碱液添加装置7用于给吸收罐3内提供碱液。当吸收液的碱性降低时，碱液添加装置7能够向吸收罐3内输入碱液以提高吸收液的碱性，防止吸收液应为碱性降低而降低对二氧化碳的吸收效率。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：包括吸收罐、反应器和浓缩装置，所述吸收罐的进口用于通入烟气，吸收罐用于盛放吸收液，所述吸收罐的出口与所述反应器的进口连通，所述反应器的出口与所述浓缩装置的进口连通，所述吸收罐能够通过吸收液吸收烟气中的二氧化碳，所述反应器能够催化吸收二氧化碳后的吸收液和烟气进行光电催化还原反应生成有机物，所述浓缩装置用于将吸收液浓缩形成资源化产物。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：所述反应器为光电催化反应器，所述光电催化反应器的电极为三维电极。
3.根据权利要求2所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：所述三维电极包括电极颗粒和催化颗粒，所述电极颗粒和所述催化颗粒均与导线电连接，所述电极颗粒表面设置催化剂层即构成催化颗粒，所述催化颗粒的数量占所述催化颗粒的数量与所述电极颗粒的数量的总和的50％-80％。
4.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：所述吸收罐还包括循环进口，所述反应器还包括循环出口，所述反应器能够催化吸收二氧化碳后的吸收液发生还原反应并重新生成吸收液，重新生成的吸收液能够通过所述反应器的循环出口和所述吸收罐的循环进口进入到所述吸收罐内重新吸收二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：还包括换热器，所述换热器的进口用于通入烟气，所述换热器用于对烟气进行降温，所述换热器的出口与所述吸收罐连通。
6.根据权利要求4所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：还包括洗脱塔，所述洗脱塔的进口与所述换热器的出口连通，所述洗脱塔的出口与所述吸收罐连通，所述洗脱塔用于去除烟气中的灰尘颗粒和含硫化合物，所述洗脱塔的出口设置第一除雾装置，所述第一除雾装置用于去除从所述洗脱塔的出口排出的烟气中的雾滴。
7.根据权利要求5所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：所述洗脱塔与所述吸收罐之间设置有增压风机，所述增压风机用于增加进入所述吸收罐的烟气的压力。
8.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：还包括第二除雾装置，所述第二除雾装置设置在所述反应器的排气口，所述第二除雾装置用于除去从所述反应器排出的烟气的雾滴。
9.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：所述换热器具有冷却介质腔，所述浓缩装置还包括循环出口和循环进口，循环所述出口和所述循环进口分别与冷却介质腔的进口、出口连通，所述浓缩装置内的吸收液能够从所述冷却介质的进口进入冷却介质腔，并从所述冷却介质腔的出口回到所述浓缩装置内，吸收液流经所述冷却介质腔时能够吸收烟气的热量以降低烟气的温度并提高吸收液的温度。
10.根据权利要求1所述的一种火电厂烟气碳中和设备，其特征在于：还包括碱液添加装置，所述碱液添加装置与所述吸收罐连通，所述碱液添加装置用于给所述吸收罐内提供碱液。
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