集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统与方法

本发明涉及二氧化碳捕集与利用，具体涉及一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统与方法。

背景技术：

1、近年来，由于二氧化碳过度排放，全球温室效应逐年加剧，气候环境日益恶化，导致海平面上升、大规模气候移民、作物减产等一系列环境和社会问题。控制二氧化碳的排放并有效地回收利用二氧化碳是解决上述问题的关键。然而目前的二氧化碳捕集与利用系统通常独立运行。在二氧化碳捕集阶段，利用碱性溶液与二氧化碳反应生成氨基甲酸盐、碳酸盐或碳酸氢盐，实现二氧化碳的捕集；再通过额外的高能耗、高成本步骤来释放、纯化、压缩和储存二氧化碳。在二氧化碳利用阶段，使用热催化、电催化和光催化等技术对高纯二氧化碳进行还原、加氢和催化重整等实现二氧化碳的转化利用。

2、合成气是一种能源化工气体，常见的合成气是由一氧化碳和氢气组成的混合气体，可根据二者的比例用于合成不同的更高附加值的产品。合成气具有高热值、可调节气体成分和广泛的应用领域等特点，在化工、能源、燃料等方面有广泛的用途。当前，合成气主要通过煤气化、石油催化裂化、生物质气化等方法制备，上述制备方法需要高能耗、高成本的二氧化碳解吸、分离纯化、压缩和储运步骤，且需要复杂的系统来实现，并且导致占据较大的空间，浪费土地资源。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统与方法，通过直接电解转化富二氧化碳捕集液获得合成气并得到再生捕集液，绕开高能耗、高成本的二氧化碳解吸、分离纯化、压缩和储运步骤，能够省去相应设备及其所占的土地资源和空间。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，包括二氧化碳捕集模块、电解模块和气液产物分离模块；所述二氧化碳捕集模块包括吸收塔，所述吸收塔用于二氧化碳的捕集，吸收塔捕集二氧化碳后获得的富二氧化碳捕集液作为电解模块的阴极液，经过电解模块产生的阴极产物经过气液产物分离模块分离出合成气并同时再生捕集液，所述再生捕集液回到吸收塔内循环利用。

4、在本发明的一些实施方式中，所述二氧化碳捕集模块还包括烟道气输入组件和富二氧化碳捕集液暂存罐，所述烟道气输入组件和吸收塔的烟气进口相连，所述富二氧化碳捕集液暂存罐和吸收塔的富二氧化碳捕集液出口相连。

5、在本发明的一些实施方式中，所述吸收塔采用填料吸收塔，所述吸收塔采用碳酸盐溶液或碳酸盐与含氨基化合物组成的混合物溶液作为捕集液。

6、在本发明的一些实施方式中，所述碳酸盐为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂和碳酸铯中的一种或多种。

7、在本发明的一些实施方式中，所述含氨基化合物为氨基酸类化合物和有机胺类化合物中的一种或多种。

8、在本发明的一些实施方式中，所述捕集液中碳酸盐的浓度范围为0.1-3mol/l，含氨基化合物的浓度范围为0-3mol/l。

9、在本发明的一些实施方式中，所述电解模块包括阳极室、阴极室和离子交换膜，所述离子交换膜设置在阳极室和阴极室之间。

10、在本发明的一些实施方式中，所述阳极室采用的阳极催化剂为泡沫镍、铂网或钛网，所述阴极室采用的阴极催化剂为纳米催化剂、分子催化剂或金属单原子催化剂。

11、在本发明的一些实施方式中，所述气液产物分离模块包括阴极产物分流器和阳极产物分流器，所述阴极产物分流器用于分离电解模块的阴极产物，所述阳极产物分流器用于分离电解模块的阳极产物。

12、在本发明的第二方面，提供了一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的方法，包括：

13、吸收塔利用碳酸盐溶液或碳酸盐与含氨基化合物组成的混合物溶液作为捕集液对二氧化碳进行捕集，捕集后的富二氧化碳捕集液作为阴极液送至电解模块；经过电解模块的电催化转化产生的阴极产物进入气液产物分离模块进行气液分离，分离出的液体为再生捕集液回到吸收塔中循环利用，分离出的合成气作为能源化工气体使用。

14、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

15、(1)本发明提供的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统中，设置有二氧化碳捕集模块、电解模块和气液产物分离模块，利用碳酸盐或碳酸盐溶液与含氨基化合物组成的混合物溶液进行二氧化碳捕集获得富二氧化碳捕集液，富二氧化碳捕集液能够直接被电解转化获得合成气，同时得到再生捕集液继续循环利用，此过程可以绕开高能耗、高成本的二氧化碳解吸、分离纯化、压缩和储运等步骤，同时能够省去相应设备及其所占的土地资源和空间。

16、(2)本发明提供的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，能够充分利用各种电力，尤其是可再生的清洁能源，有助于可再生但间歇性能源的利用与存储。

17、(3)本发明采用的二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的方法，能够通过控制电解电位和选用特定阴极催化剂调控，得到不同一氧化碳与氢气比例的合成气，为下游获得多种不同产物提供了可能性。

技术特征：

1.一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，包括二氧化碳捕集模块、电解模块和气液产物分离模块；所述二氧化碳捕集模块包括吸收塔，所述吸收塔用于二氧化碳的捕集，吸收塔捕集二氧化碳后获得的富二氧化碳捕集液作为电解模块的阴极液，经过电解模块产生的阴极产物经过气液产物分离模块分离出合成气并同时再生捕集液，所述再生捕集液回到吸收塔内循环利用。

2.如权利要求1所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集模块还包括烟道气输入组件和富二氧化碳捕集液暂存罐，所述烟道气输入组件和吸收塔的烟气进口相连，所述富二氧化碳捕集液暂存罐和吸收塔的富二氧化碳捕集液出口相连。

3.如权利要求1所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述吸收塔采用填料吸收塔，所述吸收塔采用碳酸盐溶液或碳酸盐与含氨基化合物组成的混合物溶液作为捕集液。

4.如权利要求3所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂和碳酸铯中的一种或多种。

5.如权利要求3所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述含氨基化合物为氨基酸类化合物和有机胺类化合物中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述捕集液中碳酸盐的浓度范围为0.1-3mol/l，含氨基化合物的浓度范围为0-3mol/l。

7.如权利要求1所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述电解模块包括阳极室、阴极室和离子交换膜，所述离子交换膜设置在阳极室和阴极室之间。

8.如权利要求7所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述阳极室采用的阳极催化剂为泡沫镍、铂网或钛网，所述阴极室采用的阴极催化剂为纳米催化剂、分子催化剂或金属单原子催化剂。

9.如权利要求1所述的集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统，其特征在于，所述气液产物分离模块包括阴极产物分流器和阳极产物分流器，所述阴极产物分流器用于分离电解模块的阴极产物，所述阳极产物分流器用于分离电解模块的阳极产物。

10.一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的方法，采用如权利要求1-9任一项所述的系统来实现，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种集成式二氧化碳捕集与转化利用制备合成气的系统与方法，所述系统包括二氧化碳捕集模块、电解模块和气液产物分离模块；所述二氧化碳捕集模块包括吸收塔，所述吸收塔用于二氧化碳的捕集，吸收塔捕集二氧化碳后获得的富二氧化碳捕集液作为电解模块的阴极液，经过电解模块产生的阴极产物经过气液产物分离模块分离出合成气和再生捕集液，所述再生捕集液回到吸收塔内循环利用；本发明通过直接电解转化富二氧化碳捕集液获得合成气并得到再生捕集液，绕开高能耗、高成本的二氧化碳解吸、分离纯化、压缩和储运步骤，能够省去相应设备及其所占的土地资源和空间；且能够根据需要通过控制电解电位和选用特定阴极催化剂调控获得不同一氧化碳与氢气比例的合成气。

技术研发人员：胡新明,邹业斌
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5