一种烟气二氧化碳捕集及C4产品转化的耦合系统及方法与流程

本发明属于二氧化碳捕集和转化利用技术、二氧化碳减排，具体为一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统及方法。

背景技术：

1、随着全球人口的急剧增长，发电厂、水泥厂、钢铁厂、石化厂及煤化工厂等工业的不断发展，化石能源的消耗大幅提升，目前约占全球能源消耗的85％，由此产生的co2量也持续增加。co2是温室气体的主要成分，占全球温室气体排放的74％。据联合国政府间气候变化专门委员会(ipcc)估算，2017年全球平均气温已经上升了约1℃，2040年将升温1.5℃。这对人类社会的高质量发展造成了显著影响。因此，co2减排工作已成为国际社会的重大战略课题之一。二氧化碳捕集、利用与封存技术(ccus)是目前工业上实现碳减排的有效途径之一。该技术是从co2排放源中对co2进行捕集，再通过分离、收集和压缩等步骤进行利用和封存，从而实现工业化大规模降低碳排放。

2、但是现有co2捕集转化技术存在以下缺点：此外，现有co2捕集转化技术还存在以下缺点:

3、ccus技术的捕集和转化系统是相互独立的过程，造成co2储存和运输成本较高；

4、co2捕集技术通常采用的化学吸收法和固体吸附法，均需将高温烟气先降温至40-50℃才能实现co2吸收捕集，而co2解吸和转化过程又需要创造中高温环境(90～120℃)，这期间会产生巨大的能量和热量的损耗，导致了co2捕集的高能耗和高成本。

5、co2捕集转化产物主要为c1、c2产品，缺乏对co2转化成高附加值产品的简易技术方案，并且通常使用电催化技术，操作复杂成本较高，不利于大规模生产。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统及方法。

2、本发明采用的技术方案如下：一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，所述系统包括烟气净化系统、co2捕集系统和co2催化转化系统；

3、所述烟气净化系统由余热回收器、电除尘和脱硫脱硝塔串联组成；

4、所述co2捕集系统包括吸收塔、富液泵、贫富液换热器、再生塔、贫液泵、第二类吸收式热泵、气液分离器、提纯塔组成；

5、所述co2催化转化系统包括原料罐、压力柱塞泵、气体混合器、固定床反应器、冷凝器、冷凝液收集罐及产物收集罐；其中固定床反应器由预热管和催化反应管组成。

6、在一优选的实施方式中，所述余热回收器的进口与烟气相连，所述余热回收器的烟气出口与电除尘相连。

7、在一优选的实施方式中，所述电除尘的出口与脱硫脱硝塔相连，经过处理的烟气由脱硫脱硝塔出口从吸收塔下方进入，吸收塔底部流出的co2富液通过富液泵和贫富液换热器进入再生塔。

8、在一优选的实施方式中，所述再生塔的贫液出口通过贫液泵a流入贫富液换热器与富液进行热量交换，再通过贫液泵b流入第二类吸收式热泵，最终流回吸收塔。

9、在一优选的实施方式中，所述再生塔顶部再生气出口也与第二类吸收式热泵相连，再通过气液分离器进入提纯塔。

10、在一优选的实施方式中，所述提纯塔出口通过管道与气体混合器相连，原料罐中环氧化物通过压力柱塞泵流入固定床反应器中的预热管，在预热管中气化后再与高纯co2一起进入气体混合器。

11、在一优选的实施方式中，所述气体混合器出口与固定床反应器中催化转化管相连，固定床反应器所需的热能由第二类吸收式热泵产生的高温蒸汽供给，原料和co2在催化转化管中反应的产物流入产物收集管中，随产物流出的气体通过冷凝器冷凝流入冷凝液收集罐中。

12、在一优选的实施方式中，所述烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的方法包括以下步骤：

13、s1：进行烟气余热回收及净化，高温烟气中大部分热量通过余热回收器转化成蒸汽来用于加热再生塔中需要被升温的富液，使再生塔内温度维持在90-120℃，经过余热回收器后被降温的烟气输依次送至电除尘和脱硫脱硝塔中去除灰尘、sox和nox；

14、s2：针对处理后的烟气中co2进行捕集提纯，处理后的烟气从吸收塔下部进入，与顶部进入的吸收液通过逆流接触反应进行co2捕集，捕集后的冷富液从吸收塔底部流出进入贫富液换热器，与解吸再生塔中的热贫液进行热量交换，得到的热富液进入解吸再生塔中解吸，解吸后得到再生气co2、h2o以及热贫液，热贫液通过贫液泵a与冷富液进行热量交换后，再通过贫液泵b输送至第二类吸收式热泵中获得冷贫液，冷贫液回流至吸收塔中作为co2吸收捕集剂回收再利用，再生气co2和h2o也通过第二类吸收式热泵降温后经气液分离器获得高浓度co2，液体再回流至再生塔中，高浓度co2进入提纯塔中进一步脱除不凝气等气体杂质，由此获得高纯co2；第二类吸收式热泵利用热贫液和再生气的热量制取比热源温度更高的蒸汽，并输送至co2催化转化系统中的固定床反应器，维持固定床反应器中温度在100℃左右，以此实现整个体系余热利用，降低了系统能耗；

15、s3:co2催化转化高附加值c4+产品，环氧化物原料通过压力柱塞泵送入固定床反应器的预热管中气化，高纯co2与气化后的环氧化物气体一起进入气体混合器充分混合后，进入固定床反应器中的催化转化管中反应，催化转化管装填了sic固载离子液体的固体催化剂，在催化剂的作用下，高纯co2与环氧化物反应生产环状碳酸酯，未反应的原料气体再通过冷凝器进行冷凝回收后循环利用。

16、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

17、1、本发明中，通过余热回收器将高温烟气的热量转化成蒸汽来维持解吸再生塔内的反应温度，为吸收液的再生提供能量，降低了co2的捕集能耗，节约了捕集成本；本发明通过第二类吸收式热泵，将热贫液和再生气的废热转化为蒸汽为催化转化系统中固定床反应器提供反应所需的热能，在无需额外供能的情况下实现co2的转化。

18、2、本发明中，通过串联固定床反应器实现了高附加值的c4+产品的原位生产，提高了co2的利用价值，解决了传统ccus技术因co2的捕集和转化相互独立而产生的co2储存和运输高成本问题，以此实现了整个捕集转化系统的节能降耗。通过固定床反应器将环氧化物加热气化，气化后与co2混合再输送至固定床反应器中，在催化剂作用下热催化转化成c4+产物，从而实现产品的连续生产。

技术特征：

1.一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述系统包括烟气净化系统、co2捕集系统和co2催化转化系统；

2.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述余热回收器(1)的进口与烟气相连，所述余热回收器(1)的烟气出口与电除尘(2)相连。

3.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述电除尘(2)的出口与脱硫脱硝塔(3)相连，经过处理的烟气由脱硫脱硝塔出口从吸收塔(4)下方进入，吸收塔底部流出的co2富液通过富液泵(5)和贫富液换热器(6)进入再生塔(7)。

4.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述再生塔(7)的贫液出口通过贫液泵a(8)流入贫富液换热器(6)与富液进行热量交换，再通过贫液泵b(8)流入第二类吸收式热泵(10)，最终进入吸收塔。

5.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述再生塔(7)顶部再生气出口也与第二类吸收式热泵(10)相连，再通过气液分离器(11)进入提纯塔(12)。

6.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述提纯塔出口通过管道与气体混合器(15)相连，原料罐(13)中环氧化物通过压力柱塞泵流入固定床反应器(16)中的预热管(161)，在预热管(161)中气化后再与高纯co2一起进入气体混合器(15)。

7.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的耦合系统，其特征在于：所述气体混合器出口与固定床反应器中催化转化管(162)相连，固定床反应器(16)所需的热能由第二类吸收式热泵(10)产生的高温蒸汽供给，原料和co2在催化转化管(162)中反应的产物流入产物收集管(19)中，随产物流出的气体通过冷凝器(17)冷凝流入冷凝液收集罐(18)中。

8.如权利要求1所述的一种烟气二氧化碳捕集及c4产品转化的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种烟气二氧化碳捕集及C4产品转化的耦合系统及方法。本发明中，耦合系统包括烟气净化系统、CO<subgt;2</subgt;捕集系统和CO<subgt;2</subgt;催化转化系统；通过净化系统中烟气余热来加热捕集系统中再生塔，为富液中吸收液的再生提供能量，减少再生塔的能耗；再利用捕集系统中第二类吸收式热泵将再生塔中热贫液和出口的二氧化碳再生气的废热转化为蒸汽，为催化转化系统中固定床反应器提供反应所需的热能，最终通过串联固定床反应器将捕集的CO<subgt;2</subgt;原位转化成高附加值C4+产品，并实现连续生产。整个耦合系统在无需额外供热能的情况下实现CO<subgt;2</subgt;的捕集与原位转化，提高了CO<subgt;2</subgt;的资源利用价值，解决了传统CCUS技术的高成本、高能耗等问题，实现了整个捕集转化系统的节能降耗。

技术研发人员：马洁晨,汪军,龚明杰,李凯凯,冯鹏,陈建,朱满洲,于海珠,孟祥明,陈斌
受保护的技术使用者：安徽省通源环境节能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30