專利名稱：一種二氧化碳捕集與熱解的方法
技術領域：
本發明涉及二氧化碳排減和二氧化碳轉化領域，尤其涉及一種二氧化碳捕集與熱解的方法。
背景技術：
化石燃料是全球的主要能源之一，化石燃料和有機化合物完全燃燒后生成二氧化碳，二氧化碳被排放到大氣中。近年來，人們通過研究認定二氧化碳是造成溫室效應的元兇和導致世界氣候異常變化的主要因素，如果不采取及時有效的措施，全球溫度將在百年內上升1. 5-3. 5度，極地冰川大面積消融，許多物種的生存也會受到影響甚至消失。因此二氧化碳的排減和轉化成為當前科學的一個熱門研究課題，碳的捕集和儲存技術可以在源頭捕集二氧化碳并將其封儲在存儲設備中，從而減少溫室效應。二氧化碳的化學轉化可以采用多種途徑，主要包括直接分解為碳、氧氣、一氧化碳、與有機物反應、與氫氣反應生成甲醇等，轉化反應的供能方式除加熱外，還有光、電以及等離子體等。但是，二氧化碳捕集利用與封存技術在國內外仍處于研發和示范階段，面臨著高成本、高能耗、長期安全性和可靠性不確定等突出問題。
發明內容
本發明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種二氧化碳捕集與熱解的方法，利用碳酸鈉溶液在碳化塔將煙氣中的二氧化碳轉化為碳酸氫鈉溶液，經熱解塔快速分解出高純度的二氧化碳。解決因燃燒石化燃料產生的二氧化碳過多引起的污染，實現節能環保、減輕能源危機、減少溫室效應。本發明是通過以下技術方案達到上述目的，一種二氧化碳捕集與熱解的方法，包括以下步驟I)將碳酸氫納溶液與催化劑、活性劑充分溶合，制成二氧化碳吸收劑溶液，其中催化劑為含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黃腐植酸；活性劑為含量5%以上的全溶性生化
氨基酸；2)將碳化塔的溫度控制在60— 70°C，將步驟I)所述的二氧化碳吸收劑溶液在碳化塔中與進入的煙氣中接觸，使煙氣中二氧化碳產生化學反應Na2C03+C02+H20——2NaHC03,生成含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液；3)將步驟2)所述的含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液輸入熱解塔進行熱解處理，熱解控制溫度為85—98°C，產生化學反應2NaHC03——Na2C03+C02+H20,獲得二氧化碳氣體和碳酸氫鈉溶液；4)將步驟3)所述的二氧化碳氣體輸入冷凝氣水分離器進行冷凝脫水處理，再壓縮成液態置入儲氣柜儲存；5)將步驟3)所述的碳酸氫鈉液體按步驟I)所述方法重新配成二氧化碳吸收劑溶
液重復使用。
作為優選，步驟I)所述催化劑與二氧化碳用量的重量比例為O. 01%—O. 5%。作為優選，步驟I)所述活性劑與二氧化碳用量的重量比例0. 01%—O. 5%。作為優選，步驟3)所述的熱解處理采用閃蒸熱解方式。作為優選，二氧化碳捕集與熱解的全過程對壓力、溫度、流量采用遠程智能防爆監控系統進行監控。本發明的有益效果在于(1)在碳酸鈉、催化劑、活性劑的協同作用下，顯著提高二氧化碳捕集率；(2)溶液快速分解二氧化碳，降低分解成本；(3)設備投資少，可大量捕集和熱解二氧化碳，使二氧化碳近零排放，適合煤電、煤化工、鋼鐵、水泥、造紙、冶金、印染、化工等重點耗煤行業規模化捕集回收、應用二氧化碳資源，減少溫室效應。
圖1是本發明二氧化碳捕集與熱解的工藝流程示意圖；圖中1、煙氣進口 ；2、碳化塔；3、碳酸氫鈉溶液輸送管；4、碳酸氫鈉溶液泵；5、碳酸氫鈉熱解閃蒸器；6、C02+H20氣體輸送管；7、冷凝水與碳酸鈉溶液輸送管；8、C02氣體出口管；9、CO2氣柜；10、氣水冷凝分離器；11、冷凝水出口 ；12、降溫熱交換器；13、溶液配料池；14、碳酸鈉溶液泵；15、碳酸鈉溶噴嘴；16、其它氣體出口。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此本發明通過二氧化碳捕集與熱解裝置實現，二氧化碳捕集與熱解裝置由煙氣進口1、碳化塔2、碳酸氫鈉溶液輸送管3、碳酸氫鈉溶液泵4、碳酸氫鈉熱解閃蒸器5、C02+H20氣體輸送管6、冷凝水與碳酸鈉溶液輸送管7、CO2氣體出口管8、CO2氣柜9、氣水冷凝分離器
10、冷凝水出口 11、降溫熱交換器12、溶液配料池13、碳酸鈉溶液泵14、碳酸鈉溶噴嘴15、其它氣體出口 16組成；所述煙氣從煙氣進口 I進入且煙氣進口 I與碳化塔2的底部連接，煙氣自下向上流動與二氧化碳吸收劑溶液逆流接觸后，多余空氣從碳化塔2頂部的其他其他出口 16排出，吸收了二氧化碳的碳酸氫鈉溶液由碳酸氫鈉溶液泵4加壓后經由碳酸氫鈉溶液輸送管3輸送進碳酸氫鈉熱解閃蒸器5，碳酸氫鈉熱解閃蒸器5熱解碳酸氫鈉溶液產生混合氣體，混合氣體包括二氧化碳與水蒸氣，混合氣體經氣水冷凝分離器10后將二氧化碳輸送至CO2氣柜9存儲，熱解后的碳酸鈉溶液從碳酸氫鈉熱解閃蒸器5底部流出與氣水冷凝分離器10底部流出的液態水在降溫熱交換器12處降溫后流至溶液配料池13，溶液配料池13配置定量的二氧化碳吸收劑溶液在碳酸鈉溶液泵14加壓下輸送至碳化塔噴淋而出。實施例1 :一種二氧化碳捕集與熱解的方法，包括以下步驟I)將碳酸鈉溶液與催化劑、活性劑充分溶合，制成二氧化碳吸收劑溶液，其中催化劑為含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黃腐植酸；活性劑為含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化劑與二氧化碳用量的重量比例為O. 01%，活性劑與二氧化碳用量的重量比例
O.01% ;制成的二氧化碳吸收劑溶液送入溶液配料池13，經碳酸鈉溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸鈉溶噴嘴15向下噴淋；2)將碳化塔2的溫度控制在60°C，煙氣從煙氣進口 I送入碳化塔2，煙氣向上運動與步驟I)所述向下噴淋的碳酸鈉溶液形成對流，其中，煙氣中的CO2與碳酸鈉、水反應形成碳酸氫鈉溶液，經碳酸氫鈉溶液輸送管3送到碳酸氫鈉溶液泵4進入碳酸氫鈉熱解閃蒸器5，煙氣中沒反應的氣體由其它氣體出口 16向外排出；碳化塔2的反應條件(I)化學反應機理Na2C03+C02+H20-2NaHC03(2)吸附合成反應溫度為60°C。( 3 )吸附合成反應時間為I秒。反應時間快慢決定二氧化碳捕集速度的快慢。在50°C以下，反應時間長，碳酸氫鈉結成晶體。3)將步驟2)所述的含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液輸入碳酸氫鈉熱解閃蒸器5進行熱解處理，控制溫度為120°C，產生化學反應2NaHC03——Na2C03+C02+H20，獲得二氧化碳氣體和碳酸鈉溶液；碳酸氫鈉熱解閃蒸器5的反應條件(I)化學反應機理2NaHC03-Na2C03+C02+H20(2)閃蒸熱解方式溫度120°C。(3 )閃蒸熱解方式時間O. 05秒。(4)熱解晶液比熱解碳酸氫鈉的晶體與液體的重量百分比晶體0% 溶體100%。晶體比例越聞，相對熱能消耗越少。4)經碳酸氫鈉熱解閃蒸器5的碳酸氫鈉溶液熱解后，分解出來的CO2和H2O氣體由C02+H20氣體輸送管6送到氣水冷凝分離器10分離，CO2經CO2氣體出口管8送到CO2氣柜9儲存；5)分離的冷凝水從冷凝水出口 11出來，與碳酸氫鈉溶液熱解閃蒸后形成的碳酸鈉溶液一起，經冷凝水與碳酸鈉溶液輸送管7送到降溫熱交換器12降溫，送入溶液配料池13循環使用。實施例2 :—種二氧化碳捕集與熱解的方法，包括以下步驟I)將碳酸鈉溶液與催化劑、活性劑充分溶合，制成二氧化碳吸收劑溶液，其中催化劑為含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黃腐植酸；活性劑為含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化劑與二氧化碳用量的重量比例為O. 5%，活性劑與二氧化碳用量的重量比例
O.5% ;制成的二氧化碳吸收劑溶液送入溶液配料池13，經碳酸鈉溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸鈉溶噴嘴15向下噴淋；2)將碳化塔2的溫度控制在60_70°C，煙氣從煙氣進口 I送入碳化塔2，煙氣向上運動與步驟I)中向下噴淋的碳酸鈉溶液形成對流，其中，煙氣中的CO2與碳酸鈉、水反應形成碳酸氫鈉溶液，經碳酸氫鈉溶液輸送管3送到碳酸氫鈉溶液泵4進入碳酸氫鈉熱解閃蒸器5，煙氣中沒反應的氣體由其它氣體出口 16向外排出；碳化塔2的反應條件(I)化學反應機理
Na2C03+C02+H20-2NaHC03(2)吸附合成反應溫度為70°C。(3 )吸附合成反應時間為IO秒。反應時間快慢決定二氧化碳捕集速度的快慢。在50°C以下，反應時間長，碳酸氫鈉結成晶體。3)將步驟2)所述的含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液輸入碳酸氫鈉熱解閃蒸器5進行熱解處理，控制溫度為160°C，產生化學反應2NaHC03——Na2C03+C02+H20，獲得二氧化碳氣體和碳酸鈉溶液；碳酸氫鈉熱解閃蒸器5的反應條件(I)化學反應機理2NaHC03-Na2C03+C02+H20(2)閃蒸熱解方式溫度160°C。(3)閃蒸熱解方式時間5秒。(4)熱解晶液比熱解碳酸氫鈉的晶體與液體的重量百分比晶體70% 溶體30%。晶體比例越聞，相對熱能消耗越少。4)經碳酸氫鈉熱解閃蒸器5的碳酸氫鈉溶液熱解后，分解出來的CO2和H2O氣體由C02+H20氣體輸送管6送到氣水冷凝分離器10分離，CO2經CO2氣體出口管8送到CO2氣柜9儲存；5)分離的冷凝水從冷凝水出口 11出來，與碳酸氫鈉溶液熱解閃蒸后形成的碳酸鈉溶液一起，經冷凝水與碳酸鈉溶液輸送管7送到降溫熱交換器12降溫，送入溶液配料池13循環使用。實施例3 :—種二氧化碳捕集與熱解的方法，包括以下步驟I)將碳酸鈉溶液與催化劑、活性劑充分溶合，制成二氧化碳吸收劑溶液，其中催化劑為含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黃腐植酸；活性劑為含量5%以上的全溶性生化氨基酸；催化劑與二氧化碳用量的重量比例為O. 3%，活性劑與二氧化碳用量的重量比例
O.3% ;制成的二氧化碳吸收劑溶液送入溶液配料池13，經碳酸鈉溶液泵14送入碳化塔2，由碳酸鈉溶噴嘴15向下噴淋；2)將碳化塔2的溫度控制在66°C，煙氣從煙氣進口 I送入碳化塔2，煙氣向上運動與步驟I)中向下噴淋的碳酸鈉溶液形成對流，其中，煙氣中的CO2與碳酸鈉、水反應形成碳酸氫鈉溶液，經碳酸氫鈉溶液輸送管3送到碳酸氫鈉溶液泵4進入碳酸氫鈉熱解閃蒸器5，煙氣中沒反應的氣體由其它氣體出口 16向外排出；碳化塔2的反應條件(I)化學反應機理Na2C03+C02+H20-2NaHC03(2)吸附合成反應溫度為66°C。( 3 )吸附合成反應時間為5秒。反應時間快慢決定二氧化碳捕集速度的快慢。在50°C以下，反應時間長，碳酸氫鈉結成晶體。
3)將步驟2)所述的含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液輸入碳酸氫鈉熱解閃蒸器5進行熱解處理，控制溫度為140°C，產生化學反應2NaHC03——Na2C03+C02+H20，獲得二氧化碳氣體和碳酸鈉溶液；碳酸氫鈉熱解閃蒸器5的反應條件(I)化學反應機理2NaHC03-Na2C03+C02+H20(2)閃蒸熱解方式溫度140°C。(3)閃蒸熱解方式時間3秒。(4)熱解晶液比熱解碳酸氫鈉的晶體與液體的重量百分比晶體50% 溶體50%。晶體比例越聞，相對熱能消耗越少。4)經碳酸氫鈉熱解閃蒸器5的碳酸氫鈉溶液熱解后，分解出來的CO2和H2O氣體由C02+H20氣體輸送管6送到氣水冷凝分離器10分離，CO2經CO2氣體出口管8送到CO2氣柜9儲存；5)分離的冷凝水從冷凝水出口 11出來，與碳酸氫鈉溶液熱解閃蒸后形成的碳酸鈉溶液一起，經冷凝水與碳酸鈉溶液輸送管7送到降溫熱交換器12降溫，送入溶液配料池13循環使用。二氧化碳捕集與熱解的全過程對壓力、溫度、流量采用遠程智能防爆監控系統進行監控。以上的所述乃是本發明的具體實施例及所運用的技術原理，若依本發明的構想所作的改變，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，仍應屬本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種二氧化碳捕集與熱解的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將碳酸氫納溶液與催化劑、活性劑充分溶合，制成二氧化碳吸收劑溶液，其中催化劑為含量5%以上全溶性腐植酸，或全溶性黃腐植酸；活性劑為含量5%以上的全溶性生化氨基酸； 2)將碳化塔的溫度控制在60—70°C，將步驟I)所述的二氧化碳吸收劑溶液在碳化塔中與進入的煙氣中接觸，使煙氣中二氧化碳產生化學反應:Na2C03+C02+H20——2NaHC03,生成含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液； 3)將步驟2)所述的含有碳酸氫鈉的二氧化碳吸收劑溶液輸入熱解塔進行熱解處理，熱解控制溫度為85—98°C，產生化學反應:2NaHC03——Na2C03+C02+H20,獲得二氧化碳氣體和碳酸氫鈉溶液； 4)將步驟3)所述的二氧化碳氣體輸入冷凝氣水分離器進行冷凝脫水處理，再壓縮成液態置入儲氣柜儲存； 5)將步驟3)所述的碳酸氫鈉液體按步驟I)所述方法重新配成二氧化碳吸收劑溶液重復使用。
2.根據權利要求1所述的一種二氧化碳捕集與熱解的方法，其特征在于，步驟I)所述催化劑與二氧化碳用量的重量比例為0.01%—0.5%。
3.根據權利要求2所述的一種二氧化碳捕集與熱解的方法，其特征在于，步驟I)所述活性劑與二氧化碳用量的重量比例:0.01%—0.5%。
4.根據權利要求1所述的一種二氧化碳捕集與熱解的方法，其特征在于，步驟3)所述的熱解處理采用閃蒸熱解方式。
5.根據權利要求1、2、3或4任一權利要求所述的一種二氧化碳捕集與熱解的方法，其特征在于，二氧化碳捕集與熱解的全過程對壓力、溫度、流量采用遠程智能防爆監控系統進行監控。
全文摘要
本發明涉及二氧化碳排減和二氧化碳轉化領域，尤其涉及一種二氧化碳捕集與熱解的方法，利用碳酸鈉溶液在碳化塔將煙氣中的二氧化碳轉化為碳酸氫鈉溶液，經熱解塔快速分解出高純度的二氧化碳，解決因燃燒石化燃料產生的二氧化碳過多引起的污染，實現節能環保、減輕能源危機、減少溫室效應。本發明的有益效果在于(1)在碳酸鈉、催化劑、活性劑的協同作用下，顯著提高二氧化碳捕集率；(2)溶液快速分解二氧化碳，降低分解成本；(3)設備投資少，可大量捕集和熱解二氧化碳，使二氧化碳近零排放，適合煤電、煤化工、鋼鐵、水泥、造紙、冶金、印染、化工等重點耗煤行業規模化捕集回收、應用二氧化碳資源，減少溫室效應。
文檔編號B01D53/62GK103071380SQ20131003844
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者程禮華, 沈宏良, 應惟白 申請人:程禮華, 沈宏良, 應惟白