一種碳酸鹽分解二氧化碳的高值化利用方法，包括：第一步，分解爐中碳酸鹽高溫分解產生的二氧化碳通過煙氣管道和高溫風機，進入加氫反應器；第二步，高溫二氧化碳與氫氣在催化劑的作用下發生逆水氣變換反應，并生產一氧化碳和水蒸氣；第三步，水蒸氣在冷凝器中冷凝后，采用費托合成技術將純的一氧化碳和氫氣進一步轉化為醇類、醋酸類、油類等具有高附加值的化學品；用于該方法的系統，包括爐膛、分解爐、高溫風機、加氫反應器、冷凝器、電解水制氫設備、氫氣輸送風機、費托合成反應裝置、再循環水泵和煙氣管道；該系統可以實現消納和儲存可再生電力制氫。電力制氫。電力制氫。
【技術實現步驟摘要】
一種碳酸鹽分解二氧化碳的高值化利用方法和系統
[0001]本專利技術涉及工業廢氣處理
，具體涉及一種碳酸鹽分解耦合電解水制氫制取化學品的二氧化碳高值化利用方法和為實施該方法的系統。
技術介紹
[0002]碳酸鹽煅燒廣泛涉及到建材、鋼鐵、化工、食品、醫藥等行業，例如石灰石(碳酸鈣)煅燒產生的熟料是硅酸鹽水泥生產的最主要原料。在碳酸鹽的高溫煅燒過程中會造成大量二氧化碳排放，占全國碳排放總量的50％以上。主要來源包括化石燃料燃燒和碳酸鹽分解兩部分，其中碳酸鹽分解產生的二氧化碳約占60％以上。
[0003]目前碳酸鹽煅燒主要有兩種工藝：一是分解爐燃料技術，碳酸鹽分解和燃料燃燒過程均在同一爐膛內發生；二是直接分離反應技術，將分解爐內碳酸鹽分解和燃料燃燒過程分離，燃料燃燒發生在爐膛內，而碳酸鹽分解發生在中心套管內，從而獲得碳酸鹽分解產生的高純二氧化碳，避免了被空氣中的氮氣所稀釋，如專利CN114620726A所示，其主要用于聯產高純二氧化碳，該技術最大的缺點是對現有的分解爐燃料技術改動較大，導致成本過高，技術成本偏高是目前制約二氧化碳捕集/富集技術大規模推廣的最主要問題。倘若對碳酸鹽分解產生的二氧化碳的進一步高值化利用，即用于生產具有較高附加值的化學品，則經濟性可大幅提高。
[0004]為實現二氧化碳高值化利用，研究者們開始大量研究相關碳利用技術，其中地下封存、驅油、食品利用是當前主流，然而無法明顯改善經濟性。近年來，將碳利用與氫能的結合受到廣泛關注，其原理是二氧化碳加氫反應制取甲烷或一氧化碳，其中甲烷化反應通常發在250～400℃，溫度反應與碳酸鹽有效分解溫度(＞600℃)不匹配，而一氧化碳通過逆水氣變換反應產生，反應溫度為600～900℃，接似于碳酸鹽分解溫度。因此，將碳酸鹽分解產生的二氧化碳轉化為一氧化碳適合于碳酸鹽煅燒工藝。對于氫源，隨著光伏和風能的發展，可再生電價將進一步降低，從而采用電解水技術制取綠氫的成本將低于傳統的煤氣化、甲烷重整等技術，尤其是在可再生電力高峰期，采用電解水制氫技術消納多余電力使得電解水更具有經濟性，然后對電解水氫能的消納和儲運是一個挑戰。
技術實現思路
[0005]為了克服現有技術存在的不足，本專利技術提供了一種全新的碳酸鹽煅燒工業碳減排方法和系統，將電解水技術與碳酸鹽分解的結合，降低碳酸鹽煅燒碳排放強度，采用電解水制氫技術將碳酸鹽分解產生的高純二氧化碳轉化為一氧化碳，并同時利用費托合成技術將一氧化碳和氫氣進一步轉化為液態化學品，實現碳減排與氫能儲存協同。
[0006]為了實現上述目的，本專利技術的第一方面，是提供一種碳酸鹽分解二氧化碳的高值化利用方法，以碳酸鹽分解產生的二氧化碳作為碳源，以電解水設備產生的綠氫作為氫源，利用催化劑催化逆水氣變換反應來產生一氧化碳，利用費托合成技術將一氧化碳和氫氣轉化為高價值化學品。
[0007]具體的說，本專利技術的一種碳酸鹽分解二氧化碳的高值化利用方法，包括：
[0008]第一步，碳酸鹽高溫分解產生的二氧化碳通過管道和高溫風機，進入加氫反應器；
[0009]第二步，高溫二氧化碳與氫氣在催化劑的作用下發生逆水氣變換反應，并生產一氧化碳和水蒸氣；
[0010]第三步，水蒸氣冷凝后，采用費托合成技術將純的一氧化碳和氫氣進一步轉化為醇類、醋酸類、油類等具有高附加值的化學品。
[0011]在第二步中，所述催化劑為逆水氣變換反應催化劑。
[0012]所述催化劑成分可以是鉑基、銠基、釕基等貴金屬催化材料，也可以是銅基、鐵基、鎳基、鈣鈦礦類催化材料。
[0013]所述催化劑物理形態可以是粉末狀、顆粒狀、圓柱狀和蜂窩狀。
[0014]在第三步中，所述高附加值化學品通常為液態化學品，如醇類、醋酸類、油類。
[0015]本專利技術的二方面，是為實現本專利技術第一方面提出的一種碳酸鹽分解二氧化碳的高值化利用方法而建立的一種碳酸鹽分解耦合電解水制氫制取化學品的二氧化碳高值化利用系統，包括爐膛、分解爐、高溫風機、加氫反應器、冷凝器、電解水制氫設備、氫氣輸送風機、費托合成反應裝置、再循環水泵和煙氣管道。
[0016]其中，分解爐位于爐膛內，分解爐氣體(二氧化碳)出口通過煙氣管道與高溫風機入口連接。
[0017]其中，高溫風機出口通過煙氣管道與加氫反應器入口連接，加氫反應器內放置有催化劑，以催化逆水氣變換反應。
[0018]其中，電解水制氫的電力主要來自風能、光能等可再生能源，在電力高峰期，電解水設備運行，其陰極采用氫氣管道分別與兩個氫氣輸送風機入口連接，氫氣輸送風機出口通過氫氣管道分別與加氫反應器入口和費托合成反應裝置入口連接。
[0019]其中，加氫反應器出口采用煙氣管道與冷凝器入口連接，冷凝器氣體出口采用煙氣管道與費托合成反應裝置入口連接，冷凝器液體出口采用管道與再循環泵入口連接，再循環泵出口采用管道與電解水制氫裝置連接。
[0020]其中，費托反應裝置出口為化學品。
[0021]具體的說，本專利技術的一種碳酸鹽分解耦合電解水制氫制取化學品的二氧化碳高值化利用系統，采用高溫二氧化碳輸送風機，將碳酸鹽高溫分解產生的二氧化碳輸送至加氫反應器內，分解爐氣體出口與高溫二氧化碳輸送風機入口相連，高溫二氧化碳輸送風機出口與加氫反應器入口相連。
[0022]在本專利技術的系統中，利用可再生電力電解水制氫，將氫氣通過氫氣輸送機與加氫反應器相連，電解水設備陰極氣體出口氫氣輸送風機入口相連，氫氣輸送風機出口與加氫反應器入口相連。
[0023]在本專利技術的系統中，二氧化碳和氫氣在加氫反應器內發生逆水氣變換反應，二氧化碳被催化還原為一氧化碳。
[0024]優選的，所述反應器進行逆水氣變換反應，所述催化劑為逆水氣變換反應催化劑。
[0025]優選的，所述催化劑可以是鉑基、銠基、釕基等貴金屬催化材料，也可以是銅基、鐵基、鎳基、鈣鈦礦類催化材料；所述催化劑物理形態可以是粉末狀、顆粒狀、圓柱狀和蜂窩狀。
[0026]在本專利技術的系統中，逆水氣變換反應產生的一氧化碳和水蒸氣進入冷凝器內，將加氫反應器出口與冷凝器入口相連；將冷凝器液態出口與液泵入口相連，將液泵出口與電解水設備電解池相連；將冷凝器氣體出口與費托合成反應裝置入口相連。
[0027]優選的，將一氧化碳和氫氣合成為醇類、醋酸類、油類等高附加值化學品，電解水設備陰極氣體出口氫氣輸送風機入口相連，氫氣輸送風機出口與費托合成裝置入口相連。
[0028]本專利技術的第三方面，是采用本專利技術第一方面所述的方法和本專利技術第二方面所述的系統，實現消納和儲存可再生電力制氫，包括：
[0029]第一步，當風能、光能等可再生電量過剩時，采用電解水技術將制取氫氣；
[0030]第二步，將氫氣通過氫氣管道和氫氣輸送風機輸送至加氫反應器中，參與逆水氣變換反應；
[0031]第三步，將氫氣通過氫氣管道和氫氣輸送風機輸送至費托合成反應裝置中，參與合成醇類、醋酸類、油類等具有高附加值的化學品。
[0032]本專利技術的有益本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種碳酸鹽分解二氧化碳的高值化利用方法，包括：第一步，分解爐中碳酸鹽高溫分解產生的二氧化碳通過煙氣管道和高溫風機，進入加氫反應器；第二步，高溫二氧化碳與氫氣在催化劑的作用下發生逆水氣變換反應，并生產一氧化碳和水蒸氣；第三步，水蒸氣在冷凝器中冷凝后，采用費托合成技術將純的一氧化碳和氫氣進一步轉化為醇類、醋酸類、油類等具有高附加值的化學品。2.一種用于權利要求1所述的碳酸鹽分解耦合電解水制氫制取化學品的二氧化碳高值化利用方法的系統，包括爐膛、分解爐、高溫風機、加氫反應器、冷凝器、電解水制氫設備、氫氣輸送風機、費托合成反應裝置、再循環水泵和煙氣管道。3.如權利要求2所述的系統，采用高溫二氧化碳輸送風機，將碳酸鹽高溫分解產生的二氧化碳輸送至加氫反應器內，分解爐氣體出口與高溫二氧化碳輸送風機入口相連，高溫二氧化碳輸送風機出口與加氫反應器入口相連。4.如權利要求3所述的系統，利用可再生電力電解水制氫，將氫氣通過氫氣輸送機與加氫反應器相連，電解水設備陰極氣體出口氫氣輸送風機入口相連，氫氣輸送風機出口與加氫反應器入口相連。5.如權利要求4所述的系統，二氧化碳和氫氣在加氫反應器內發生逆水氣變換反應，二氧化碳被催化還原為一氧化碳。6.如權利要求5所述的系統，所述反應器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉磊，劉涵子，孫志強，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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