CN116135785A - 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法 - Google Patents

耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116135785A
CN116135785A CN202111365070.3A CN202111365070A CN116135785A CN 116135785 A CN116135785 A CN 116135785A CN 202111365070 A CN202111365070 A CN 202111365070A CN 116135785 A CN116135785 A CN 116135785A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon dioxide
pyrolysis
electrolysis
solution
carbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111365070.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吕锡嘉
张�浩
赵途
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Power Investment Group Science and Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
State Power Investment Group Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Power Investment Group Science and Technology Research Institute Co Ltd filed Critical State Power Investment Group Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN202111365070.3A priority Critical patent/CN116135785A/zh
Priority to PCT/CN2021/133635 priority patent/WO2023087370A1/zh
Publication of CN116135785A publication Critical patent/CN116135785A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B01D53/965—Regeneration, reactivation or recycling of reactants including an electrochemical process step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0285—Physical processing only by absorption in liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/604—Hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本发明提供了一种耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法。该方法包括：利用碱性溶液捕集目标组分中的CO2并获得碳酸盐溶液；使碳酸盐溶液进行轻度电解，在阴极得到氢氧化物和H2，在阳极得到碳酸氢盐、O2/CO2混合气，混合气经小吸收塔吸收CO2后得到纯氧；使氢氧化物循环作为捕集剂；使碳酸氢盐热解得到纯净的CO2。以上述碱性溶液循环吸收/释放CO2的方法，可提供一种宽浓度范围CO2捕集技术。通过分级电解/热解进行碱性溶液的再生，通过控制电解槽的电压电流进行轻度电解，可在电解阶段分别得到纯净的H2和O2，电解后的氢氧化物进入吸收塔捕集目标组分中的CO2，电解后的碳酸氢盐进入热解槽，得到纯净的CO2。

Description

耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法
技术领域
本发明涉及碳捕集利用和封存领域，具体而言，涉及一种耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法。
背景技术
目前，国内外主流的CO2捕集方法主要有液态胺吸附法、固态膜吸附法等，均已完成中试示范。但是上述方法在用于碳捕集时，仅能捕集高浓度的CO2，无法捕集宽浓度范围内的 CO2，例如无法捕集空气中的低浓度CO2。然而，现实中各种浓度范围内的CO2总量巨大，若能实现捕集宽浓度范围内的CO2，将对实现碳中和、控制温室效应目标带来不可估量的促进作用。此外，液态胺等吸收剂再生时，需消耗大量的蒸汽，会带来大量能耗、增加燃料消耗和二氧化碳排放等问题。近年来发展起来的空气中捕集CO2技术，不仅能捕集高浓度CO2，还能捕集低浓度CO2。主要采用碱性溶液和固态胺膜吸附CO2的方法，这可以实现宽浓度范围内CO2的捕集，具有显著增加CO2捕集应用场景、提升CO2捕集量的潜力。因此，该方法受到了国内外的广泛关注和高度重视，正逐渐成为CO2捕集领域的国际前沿热点。
上述空气捕集CO2技术中，现阶段存在CO2吸附剂再生难度大的瓶颈，限制了其进一步发展。以固态胺膜为吸附剂进行空气中CO2捕集时，胺吸附剂的还原再生同样会消耗大量的蒸汽，无法避免能耗高和增加CO2排放的问题。以碱性溶液为吸附剂进行低浓度CO2捕集时，通常有两种方法进行碱性溶液的再生。其一是通过两次化学循环再生，即吸收CO2后的碳酸盐与Ca(OH)2反应再生碱性溶液，同时得到CaCO3；得到的CaCO3经煅烧得到CaO，CaO再与H2O反应实现Ca(OH)2的再生。该方法涉及两个化学循环，系统复杂、煅烧耗能高、CaO 易失活，不仅会显著增加额外能耗和CO2排放，还会使投资成本急剧增加。碱性吸收液再生的另一种方法是通过直接电解实现，但该方法现阶段耗电量大，所得副产品难以控制和利用，使得该方法成本昂贵。如何实现宽浓度范围CO2捕集，并降低其捕集成本，是现阶段二氧化碳捕集和利用领域的主要目标。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，以解决现有的碳捕集方法无法实现宽浓度范围内CO2捕集和捕集成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，该耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法包括：利用碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液；使含碳酸盐水溶液进行轻度电解，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液、氧气和二氧化碳的混合气；使氢氧化物溶液作为捕集步骤的捕集剂捕集目标组分中的二氧化碳；使氧气和二氧化碳的混合气通过尾气吸收塔吸收二氧化碳，得到纯净的氧气；使碳酸氢盐溶液进行热解，得到纯净的二氧化碳热解气。
进一步地，轻度电解过程包括：将含碳酸盐水溶液送入电解槽中，控制电压电流进行电解，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液和氧气和二氧化碳的混合气。
进一步地，电解槽的电压为1.5～3.5V，电流密度为800～8000A/m2，含碳酸盐水溶液的 pH为10～13，含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1.2～4mol/L。
进一步地，当电解槽电压为2～3V，电流密度为1000～7000A/m2，含碳酸盐水溶液的pH 为11～12.5，含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1.5～3mol/L。
进一步地，轻度电解过程包括：控制电解槽的电压，以使电解槽的阳极得到氧气和二氧化碳的混合气，其中氧气和二氧化碳的混合气中二氧化碳的体积含量为0～20％。
进一步地，轻度电解过程还包括：阳极产生的氧气和二氧化碳的混合气进入尾气吸收塔，以采用碱性溶液对二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，碳酸盐溶液可以循环回到电解槽的进口。
进一步地，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：对含碳酸盐水溶液进行第一次加压，得到加压工质液；将加压工质液进行轻度电解过程，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液，氧气和二氧化碳的混合气；将氢氧化物溶液降压后作为捕集步骤的捕集剂捕集目标组分中的二氧化碳、然后使碳酸氢盐溶液进行热解过程，得到纯净的二氧化碳热解气；优选地，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：氧气和二氧化碳的混合气进入尾气吸收塔，以采用碱性溶液对混合气中二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，将碳酸盐溶液循环回到电解槽的进口。
进一步地，轻度电解过程和热解过程均在加压状态下进行，且加压过程的压力与下游氢气、氧气、二氧化碳封存和利用压力相同。
进一步地，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：对含碳酸盐水溶液进行第一次加压，得到加压工质液；将加压工质液进行轻度电解过程，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液、氧气和二氧化碳的混合气；对碳酸氢盐溶液进行第二次加压，然后进行热解过程，得到二氧化碳热解气；优选地，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：氧气和二氧化碳的混合气进入尾气吸收塔，以采用碱性溶液对混合气中二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，将碳酸盐溶液循环回到电解槽的进口。
进一步地，氢气、氧气和二氧化碳热解气均具有一定的压力，且三者互不掺混，分别经不同的气路送入各自的压力容器进行储存，或作为工业、农业原料供给下游使用。
进一步地，热解过程的液态产物为碳酸盐溶液，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：将碳酸盐溶液的部分或全部作为碱性溶液进行循环利用。
进一步地，热解过程包括：将碳酸氢盐溶液送入热解槽，进行加热，释放出纯净的二氧化碳热解气，并得到碳酸盐溶液。
进一步地，热解过程中，碳酸氢盐溶液的浓度为1.5～4.8mol/L，热解温度为50～95℃。
应用本发明的技术方案，通过上述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，以碱性溶液作为吸收剂工质，循环进行二氧化碳的吸收和释放，不仅能捕集高浓度的二氧化碳，还能捕集低浓度的二氧化碳，可以提供一种宽浓度范围内二氧化碳捕集技术。通过分级电解/热解的方式进行碱性吸收溶液的再生，通过控制电解槽的电压电流进行轻度电解，可在电解槽的阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液和氧气和二氧化碳的混合气。该氧气和二氧化碳的混合气经尾气吸收塔后可以得到纯净的氧气，电解后的氢氧化物溶液返回吸收塔捕集目标组分中的二氧化碳，电解后的碳酸氢盐溶液进入热解槽，通过热解可以得到纯净的二氧化碳。即，三种产物气可分别在不同的部位和阶段产生，没有掺混，无需额外分离设备，用于后续作为副产品进行分别利用，大幅降低碳捕集和利用的成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本申请的一种优选的实施方式提供的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法采用的装置的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、烟气/空气；2、脱碳烟气/空气；3、常压碱性溶液；4、补充水；5、碳捕集装置；6、常压碳酸盐溶液；7、常压/高压碳酸盐溶液；8、液体泵；9、电解槽；10、常压/高压氢氧化物溶液；11、常压/高压碳酸氢盐溶液；12、氢气；13、氧气和二氧化碳的混合气；
14、氧气；15、吸收塔；16、热解槽；17、二氧化碳热解气；18、热解后的盐溶液；19、降温降压设备。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的碳捕集方法无法实现宽浓度范围内的二氧化碳捕集的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，该耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法包括：利用碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液；使含碳酸盐水溶液进行轻度电解，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液和氧气和二氧化碳的混合气；使氢氧化物溶液作为捕集剂捕集目标组分中的二氧化碳；使氧气和二氧化碳的混合气通过尾气吸收塔吸收二氧化碳得到纯净的氧气，使碳酸氢盐溶液进行热解，得到纯净的二氧化碳热解气。
通过上述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，以碱性溶液作为吸收剂工质，循环进行二氧化碳的吸收和释放，不仅能捕集高浓度的二氧化碳，还能捕集低浓度的二氧化碳，可以提供一种宽浓度范围内二氧化碳捕集技术。通过分级电解/热解的方式进行碱性吸收溶液的再生，通过控制电解槽的电压电流进行轻度电解，可在电解槽的阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液和氧气和二氧化碳的混合气。该氧气和二氧化碳的混合气经尾气吸收塔后可以得到纯净的氧气，电解后的氢氧化物溶液返回吸收塔捕集目标组分中的二氧化碳，电解后的碳酸氢盐溶液进入热解槽，通过热解可以得到纯净的二氧化碳。即，三种产物气可分别在不同的部位和阶段产生，没有掺混，无需额外分离设备，用于后续作为副产品进行分别利用，大幅降低碳捕集和利用的成本。
在一种优选的实施例中，轻度电解过程包括：将含碳酸盐水溶液送入电解槽中，控制电压进行电解，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液和氧气和二氧化碳的混合气。通过轻度电解过程能够使碱性吸收溶液进行初步再生，并在电解槽的阴极获得氢气，在阳极获得氧气和二氧化碳的混合气。
在一种优选的实施例中，电解槽的电压为1.5～3.5V，电流密度为800～8000A/m2，含碳酸盐水溶液的pH为10～13，含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1.2～4mol/L。电解槽的电压、电流密度、含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度包括但不限于上述范围，而将三个参数限定在上述范围内有利于进一步提高轻度电解过程中氢气、氧气的产量以及电解效率。更优选地，当电解槽电压为2～3V，电流密度为1000～7000A/m2，含碳酸盐水溶液的pH为11～12.5，含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1.5～3mol/L。
在一种优选的实施例中，轻度电解过程包括：控制电解槽的电压，以使电解槽的阳极得到氧气和二氧化碳的混合气，其中氧气和二氧化碳的混合气中二氧化碳的体积含量为0～20％。更优选地，上述轻度电解过程还包括：阳极产生的氧气和二氧化碳的混合气进入尾气吸收塔，以采用碱性溶液对二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，碳酸盐溶液可以循环回到电解槽的进口。
在一种优选的实施例中，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：对含碳酸盐水溶液进行第一次加压，得到加压工质液；将加压工质液进行轻度电解过程，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液、上述氧气和二氧化碳的混合气；将氢氧化物溶液降压后作为捕集步骤的捕集剂捕集目标组分中的二氧化碳，将碳酸氢盐溶液进行热解过程，得到纯净的二氧化碳热解气。先对工质液进行加压，然后进行分级电解/热解，实现碱性吸收液再生的同时，所得产物气可处于高压状态，无需对气体进行再压缩，即可直接进行储存或供给下游利用。对液体进行加压的耗功远远小于对气体加压耗功，因而采用上述碳捕集方法可以大大降低二氧化碳捕集利用和封存的功耗。优选地，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：氧气和二氧化碳的混合气进入尾气吸收塔，以采用碱性溶液对混合气中二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，将碳酸盐溶液循环回到电解槽的进口。为了进一步降低能耗，更优选地，轻度电解过程和热解过程均在加压状态下进行，且加压过程的压力与下游氢气、氧气、二氧化碳封存和利用压力相同。
在另一种优选的实施例中，耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：对含碳酸盐水溶液进行第一次加压，得到加压工质液；将加压工质液进行轻度电解过程，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液，以及氧气和二氧化碳的混合气；将碳酸氢盐溶液进行第二次加压，然后进行热解过程，得到二氧化碳热解气。对轻度电解过程和热解过程分别进行加压处理，可以获得不同压力的氢气、氧气和二氧化碳。更优选地，上述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：将上述氧气和二氧化碳的混合气进入尾气吸收塔中，采用碱性溶液对混合气中二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，将碳酸盐溶液循环回到电解槽的进口。为了提高上述三种气体的利用率，优选地，氢气、氧气和二氧化碳热解气均具有一定的压力，且三者互不掺混，分别经不同的气路送入各自的压力容器进行储存，或作为工业、农业原料供给下游使用。
热解过程的液态产物为碳酸盐溶液，为了提高整个过程的可持续性和环保性，优选地，上述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：将碳酸盐溶液的部分或全部作为碱性溶液进行循环利用。
在一种优选的实施例中，热解过程包括：将碳酸氢盐溶液送入热解槽，进行加热，释放出纯净的二氧化碳热解气，并得到碳酸盐溶液。
为了进一步提高热解过程二氧化碳热解气的产率，可对热解过程的工艺参数进行优化。在一种优选的实施例中，热解过程中，碳酸氢盐溶液的浓度为1.5～4.8mol/L，热解温度为50～ 95℃。热解过程中碳酸氢盐溶液的浓度和温度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高二氧化碳热解气的产率。
本申请提供的一种优选的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法的工艺流程如图1 所示，具体包括：
二氧化碳的捕集过程包括：碳捕集装置5中的常压碱性溶液3对目标组分(烟气/空气1) 中的二氧化碳进行捕集，获得常压碳酸盐溶液6和脱碳烟气/空气2，同时捕集过程中可以根据需要加入适量补给水4；
轻度电解过程包括：常压碳酸盐溶液6经液体泵8送入电解槽9中，控制电压进行电解，在阴极得到常压/高压氢氧化物溶液10和氢气12，在阳极得到常压/高压碳酸氢盐溶液11，以及氧气和二氧化碳的混合气13；(常压/高压氢氧化物溶液是指常压或高压的氢氧化物溶液)。
氧气和二氧化碳的混合气13进入吸收塔15，利用常压/高压氢氧化物溶液10对二氧化碳进行回收，得到纯净的氧气14，同时产生的常压/高压碳酸盐溶液7可以循环回到电解槽9的进口；
常压/高压碳酸氢盐溶液11进入热解装置16中进行热解过程，得到纯净的二氧化碳热解气17，热解后的盐溶液18进行降温降压设备19降压后作为碳捕集装置5的捕集剂。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，采用图1所示的装置进行，具体包括以下步骤：
二氧化碳的捕集过程包括：碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液，其中目标组分为空气，二氧化碳的体积分数为400ppm，碱性溶液为1.38mol/L的NaOH 水溶液，含碳酸盐的水溶液为1.51mol/L的Na2CO3溶液，pH为13.8。
轻度电解过程包括：将Na2CO3溶液送入电解槽中，控制电压进行电解，在阴极得到NaOH 溶液和氢气，在阳极得到NaHCO3溶液、氧气和干基体积分数为～33.5％的二氧化碳的混合气。其中电解槽的电压为2.6V，电流密度为1050A/m2，含碳酸盐水溶液的pH为8.61，Na2CO3溶液中Na2CO3的浓度为0.051mol/L，NaHCO3溶液的浓度为1.53mol/L，氧气和二氧化碳的混合气体的干基产量为29.6kg/h。混合气进入一个小型的吸收塔装置，用碱性溶液对二氧化碳进行回收产生碳酸溶液，碳酸溶液可以循环回到电解槽的进口。NaOH溶液返回吸收塔捕集目标组分中的二氧化碳，将NaHCO3溶液进行热解过程，得到纯净的二氧化碳热解气。所述三种气体分别经不同的气路送入各自的压力容器进行储存，或作为工业、农业原料供给下游使用。
热解过程包括：将上述NaHCO3溶液送入热解槽进行加热，释放出二氧化碳，并得到Na2CO3和少量NaHCO3的混合盐溶液。其中，热解过程中，NaHCO3溶液的浓度为1.15mol/L，热解温度为95℃。为了提高整个过程的可持续性和环保性，将Na2CO3和少量NaHCO3的混合盐溶液的部分或全部作为循环碱性溶液。
在本实施例中，依据所述条件，可得二氧化碳捕集量为6.15kg/s，运行过程中单位时间内主要资源消耗和产出如表1所示。
表1单位时间内主要资源消耗和产出
Figure RE-GDA0003446044460000061
由上表数据可以得出二氧化碳的捕集成本约为-484.1元/吨，即，捕集每吨二氧化碳净盈利484.1元。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过上述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，以碱性溶液作为吸收剂工质，循环进行二氧化碳的吸收和释放，不仅能捕集高浓度的二氧化碳，还能捕集低浓度的二氧化碳，可以提供一种宽浓度范围内二氧化碳捕集技术。通过分级电解/热解的方式进行碱性吸收溶液的再生，通过控制电解槽的电压电流进行轻度电解，可在电解槽的阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液和氧气和二氧化碳的混合气。该氧气和二氧化碳的混合气经尾气吸收塔后可以得到纯净的氧气，电解后的氢氧化物溶液返回吸收塔捕集目标组分中的二氧化碳，电解后的碳酸氢盐溶液进入热解槽，通过热解可以得到纯净的二氧化碳。即，三种产物气可分别在不同的部位和阶段产生，没有掺混，无需额外分离设备，用于后续作为副产品进行分别利用，大幅降低碳捕集和利用的成本。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法包括：
利用碱性溶液对目标组分中的二氧化碳进行捕集，获得含碳酸盐水溶液；
使所述含碳酸盐水溶液进行轻度电解，在阴极得到氢氧化物溶液和氢气，在阳极得到碳酸氢盐溶液、氧气和二氧化碳的混合气；
使所述氢氧化物溶液作为所述捕集步骤的捕集剂捕集所述目标组分中的二氧化碳；
使所述氧气和二氧化碳的混合气通过尾气吸收塔吸收二氧化碳，得到纯净的氧气；
使所述碳酸氢盐溶液进行热解，得到纯净的二氧化碳热解气。
2.根据权利要求1所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述轻度电解过程包括：将所述含碳酸盐水溶液送入电解槽中，控制电压电流进行电解，在所述阴极得到所述氢氧化物溶液和所述氢气，在所述阳极得到所述碳酸氢盐溶液和所述氧气和二氧化碳的混合气。
3.根据权利要求2所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述电解槽的电压为1.5～3.5V，电流密度为800～8000A/m2，所述含碳酸盐水溶液的pH为10～13，所述含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1.2～4mol/L。
4.根据权利要求3所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，当所述电解槽电压为2～3V，电流密度为1000～7000A/m2，所述含碳酸盐水溶液的pH为11～12.5，所述含碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1.5～3mol/L。
5.根据权利要求4所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述轻度电解过程包括：控制所述电解槽的电压，以使所述电解槽的阳极得到氧气和二氧化碳的混合气，其中所述氧气和二氧化碳的混合气中二氧化碳的体积含量为0～20％。
6.根据权利要求5所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述轻度电解过程还包括：所述阳极产生的氧气和二氧化碳的混合气进入所述尾气吸收塔，以采用碱性溶液对二氧化碳进行回收得到所述纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，所述碳酸盐溶液可以循环回到所述电解槽的进口。
7.根据权利要求5或6所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：
对所述含碳酸盐水溶液进行第一次加压，得到加压工质液；
将所述加压工质液进行所述轻度电解过程，在所述阴极得到所述氢氧化物溶液和所述氢气，在所述阳极得到所述碳酸氢盐溶液，所述氧气和二氧化碳的混合气；
将所述氢氧化物溶液降压后作为所述捕集步骤的捕集剂捕集所述目标组分中的二氧化碳，然后使所述碳酸氢盐溶液进行所述热解过程，得到所述纯净的二氧化碳热解气；
优选地，所述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：所述氧气和二氧化碳的混合气进入所述尾气吸收塔，以采用碱性溶液对所述混合气中二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，将所述碳酸盐溶液循环回到所述电解槽的进口。
8.根据权利要求7所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述轻度电解过程和所述热解过程均在加压状态下进行，且所述加压过程的压力与下游氢气、氧气、二氧化碳封存和利用压力相同。
9.根据权利要求5或6所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：
对所述含碳酸盐水溶液进行第一次加压，得到加压工质液；
将所述加压工质液进行所述轻度电解过程，在所述阴极得到所述氢氧化物溶液和所述氢气，在阳极得到所述碳酸氢盐溶液、所述氧气和二氧化碳的混合气；
对所述碳酸氢盐溶液进行第二次加压，然后进行所述热解过程，得到二氧化碳热解气；
优选地，所述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：所述氧气和二氧化碳的混合气进入所述尾气吸收塔，以采用碱性溶液对所述混合气中二氧化碳进行回收得到纯净的氧气，并产生碳酸盐溶液，将碳酸盐溶液循环回到所述电解槽的进口。
10.根据权利要求9所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述氢气、所述氧气和所述二氧化碳热解气均具有一定的压力，且三者互不掺混，分别经不同的气路送入各自的压力容器进行储存，或作为工业、农业原料供给下游使用。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述热解过程的液态产物为碳酸盐溶液，所述耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法还包括：将所述碳酸盐溶液的部分或全部作为所述碱性溶液进行循环利用。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述热解过程包括：将所述碳酸氢盐溶液送入热解槽，进行加热，释放出所述纯净的二氧化碳热解气，并得到碳酸盐溶液。
13.根据权利要求12所述的耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述热解过程中，碳酸氢盐溶液的浓度为1.5～4.8mol/L，热解温度为50～95℃。
CN202111365070.3A 2021-11-17 2021-11-17 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法 Pending CN116135785A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111365070.3A CN116135785A (zh) 2021-11-17 2021-11-17 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法
PCT/CN2021/133635 WO2023087370A1 (zh) 2021-11-17 2021-11-26 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111365070.3A CN116135785A (zh) 2021-11-17 2021-11-17 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116135785A true CN116135785A (zh) 2023-05-19

Family

ID=86333213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111365070.3A Pending CN116135785A (zh) 2021-11-17 2021-11-17 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN116135785A (zh)
WO (1) WO2023087370A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008124538A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-16 New Sky Energy, Inc. Electrochemical system, apparatus, and method to generate renewable hydrogen and sequester carbon dioxide
CN103071380B (zh) * 2013-01-30 2015-09-09 杭州森井大气环境科技有限公司 一种二氧化碳捕集与热解的方法
WO2015052325A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Nilu - Stiftelsen Norsk Institutt For Luftforskning Capture of carbon dioxide
CN106552497B (zh) * 2016-11-25 2019-02-01 东南大学 一种用于二氧化碳捕集和提纯的装置及方法
CN113117506A (zh) * 2021-04-14 2021-07-16 上海科技大学 一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法
CN113549929B (zh) * 2021-08-10 2022-10-21 北京化工大学 一种实现制氢、有机物氧化、二氧化碳吸收-解吸和氢氧化物再生的方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023087370A1 (zh) 2023-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113549929B (zh) 一种实现制氢、有机物氧化、二氧化碳吸收-解吸和氢氧化物再生的方法和系统
JP2021516290A (ja) 二酸化炭素を電気化学還元する方法
CN103331096B (zh) 一种改性二氧化碳钙基吸收剂的制备方法
EP3527695A1 (en) Integrated electrochemical capture and conversion of carbon dioxide
CN111924807A (zh) 一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置
CN107029538B (zh) 一种利用熔融盐进行二氧化碳捕集及熔融盐再生方法
CN112499651A (zh) 一种电化学捕集二氧化碳制备碳酸氢钠的方法及装置
WO2020010447A1 (en) Process and system for producing carbon monoxide and dihydrogen from a co2-containing gas
JP2008100211A (ja) 混合ガス分離方法およびシステム
CN114522525A (zh) 处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统及方法
CN101972599A (zh) 钙基co2吸收与再生装置
CN107057772B (zh) 一种钙载体循环h2-co-c2h2多联产协同co2捕集方法
CN115350575A (zh) 消除工业烟气大气污染物并捕集转化利用二氧化碳的方法
CN105664708B (zh) 一种二氧化碳吸收剂、其制备方法及其应用方法
KR101644538B1 (ko) 이산화탄소가 함유된 배가스로부터 이산화탄소를 포집 및 자원화하는 방법 및 장치
CN116135785A (zh) 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法
WO2024016115A1 (zh) Co 2捕集和解吸装置及方法
KR101859871B1 (ko) 폐 이산화탄소 흡착제로부터 리튬 회수방법
CN105000559A (zh) 一种二氧化碳吸收和纯化方法
CN114351188A (zh) 一种电解水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置
CN209771794U (zh) 一种制取液体二氧化硫的装置
WO2024002310A1 (zh) 一种二氧化碳捕集与制氢耦合的方法及其系统
CN201823475U (zh) 钙基co2吸收与再生装置
WO2023184637A1 (zh) 可联产一氧化碳与氢气的二氧化碳捕集方法及系统
RU2809597C2 (ru) Способ и система для производства монооксида углерода и молекулярного водорода из газа, содержащего со2

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination