熔盐中的CO₂-捕获的制作方法

专利名称：熔盐中的CO₂-捕获的制作方法
熔盐中的CO2-捕获本发明涉及使用吸收介质从废气中捕获二氧化碳co2。在常规的热电厂中，以>> 1的比用空气氧化煤。常规的燃烧锅炉产生的废气含有10% -15%的CO2，且锅炉出口处的温度为800°C。热废气与水进行热交换且在高压下产生过热蒸汽，该过热蒸汽用于驱动涡轮，这继而驱动发电机进行发电。电效率相对低，约 40% -60%。在被加热的蒸汽再次与燃烧过程产生的热废气进行热交换之前，冷凝被加热的蒸汽。冷凝过程释放大量的热，这些热可用于在称为综合供热供电发电厂(CHP)中远程供热的目的。这将发电厂的总效率提高到约70%。当前用于清洁热电厂产生的CO2的主要技术基于在胺中吸收C02。在涡轮中解压并冷却之后，废气通过大的反应器，在该反应器中，CO2被吸收在30°C-40°c的基于胺的液体中。将剩余的废气释放到大气中，然后将富CO2的胺液体供给到另一室中，在该室中，将温度增加到120°C -130°C，且选择性地释放C02。然后可将释放的气体压缩成液体，并且在合适的地点处理。使胺吸收剂冷却到30°C _40°C，并且进入吸收室，在吸收室中开始下一轮过程。大量吸收剂的温度交换需要相当多的能量，并且使发电厂的电输出减少约10%。可用图2中的图解表示一般的热功转换过程。热(Qh)从高温储热器流过机器至低温储热器。功W沿路径进行，而热从被加入低温储热器。用方程式⑴给出了该过程的效率。 热功转换过程的理论效率(卡诺效率)通常以方程式(2)给出，其中Th和IY分别是在功转换过程中的低温和高温方程式(2)表示对热过程效率的基本限制。通常，为提高效率而优选具有尽可能大的温差。当回收来自在胺过程中从130°C至40°C的温度交换的能量时，根据方程式(4)，理论输出为66. 9%。实际中，输出低得多，且来自回收过程的能量以相对低品位热能的形式存在，其仅仅可主要用于供热。图3示出用胺清洁的燃气发电厂。RU2229335 Cl涉及CO2的吸收介质，其是以颗粒形式被制造的氧化钙与碱金属碳酸盐低共熔混合物的混合物。JP11028331 A公开了电化学分离CO2，其中通过电化学反应在阴极上将CO2转化为 CO3。JP 10085553公开了通过使废气穿过膜来分离CO2，在膜中，纤维包括通过0)2和氧化物的化学反应而产生CO2的复合氧化物。US2005036932公开了一种从废气中吸收和除去CO2的方法。鼓入废气通过含CaO 和/或Ca(OH)2的固体颗粒的聚集体，使得废气中的CO2转化成CaC03。
Terasaka 等人(Chem. Eng. Technol. 2006，29 No 9，第 1118-1121 页)公开了一种使用熔盐浆中的固体颗粒硅酸锂(LiSiO4)作为工作介质来吸收CO2的工艺。Li2CO3* Li2SiO3被形成，并且以悬浮固体颗粒的形式存在。现有技术公开了捕获CO2的若干不同的方法。这些方法的缺点主要包括处理装置的尺寸和功转换过程中低的能效。本发明的一个目的是获得一种清洁来自燃烧装置的废气中的CO2的方法，其中该方法将对来自清洁过程的能量回收提供提高的效率和电力品质。另外，期望通过采用更快速的化学反应来提高CO2的清洁效率，从而可减小清洁装置的外形尺寸。本发明提供了一种从气流中除去二氧化碳的方法，其中在第一步骤中，使气流与吸收介质接触，其中吸收介质包含熔盐，该熔盐含有至少一种碱金属卤化物或碱土金属卤化物且具有溶解的金属氧化物MO成分，该金属氧化物MO与二氧化碳反应生成可溶性金属碳酸盐，且其中，吸收介质的熔点在600°C至1400°C的范围内。此外，本发明涉及包含至少一种碱金属或碱土金属的卤化物且具有溶解的金属氧化物成分的熔盐用于从气流中除去二氧化碳的用途。本发明还提供了一种用于从气流中除去二氧化碳的吸收介质，其中吸收介质包含熔盐，该熔盐含有至少一种具有溶解的金属氧化物成分的碱金属卤化物或碱土金属卤化物。附图

图1是常规热电厂(B. Sorensen)的示意性图示。图2是一般的热功转换过程的示意性图示。图3是来自SINTEF的具有胺清洁装置的燃气发电厂的示意性图示。图4是图示反应(5)的吉布斯自由能的图。正值表示反应朝左进行。负值表示反应朝右进行。图5是高温熔盐吸收燃气发电厂产生的CO2的示意性图解。熔盐用于不同应用中的化学加工工业中。值得提及的是在电解工艺中的电解质、 作为热解工艺中的催化介质和作为电池中的电解质以及光电化学太阳能板。通常，熔盐由具有不同组成的金属_阴离子化合物组成。这些化合物本身在热力学上非常稳定，同时还是用于其他化合物和元素的有效溶剂。一些熔盐对CO2形式的碳具有一定程度的溶解。这特别地适用于氯化物例如M-Clx、氟化物例如M-Fx和硝酸盐例如M- (NO3) y，其中M是X或y/2 价态的金属。通常，氧化物将可溶于具有相反的路易斯酸碱特征的熔盐中，使得酸性熔体溶解碱性氧化物，反之亦然。良好的实例是其本身具有弱酸性的CaCl2。这导致碱性氧化物(CaO， MgO)和在一定程度上两性氧化物是易于溶解的，而酸性氧化物(Si02，TiO2)仅被最少地溶解。根据方程式(3)在碳酸盐形成期间，碱性氧化物对CO2具有亲合力CaO+ CO2 ^ CaCO3 AG0300k = -130kJ/mol (3)与氧化钙相似，碳酸钙具有碱性性质，且将通常溶解在酸性熔体中。然而，这不是普遍正确的，因为CaO和CaCO3还将溶解在呈现碱性性质的氟化物例如CaF2中。碳酸钙在室温下是非常稳定的，但在高于850°C-900°C的温度下将根据方程式(4)分解为CaO和C02。 表1示出了反应⑶的AG随温度的变化。反应(3)是(4)的逆反应，因此相同数目适用于(4)，但具有相反的符号。
权利要求
1.一种从气流中除去二氧化碳的方法，其特征在于，在第一步骤中，使所述气流与吸收介质接触，其中所述介质包含熔盐，所述熔盐包含具有溶解的金属氧化物成分的至少一种碱金属商化物或碱土金属商化物，所述金属氧化物与二氧化碳反应且生成金属碳酸盐，并且其中所述方法在600°c至1600°C范围内的温度下进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在下一步骤中，加热含有金属碳酸盐的所述熔盐， 并且释放金属氧化物和二氧化碳。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述熔盐包含氯化物。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述熔盐包含氟化物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物选自由以下组成的组MgO、CaO, SrO> BaO> Li20、Na20、K2O> Rb2O 禾口 Cs2O0
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在第一步骤中，所述熔盐的温度被控制，以便二氧化碳基本上转化成碳酸盐，且在下一步骤中，温度被升高，以便释放金属氧化物和二氧化碳。
7.包含含有溶解的金属氧化物的至少一种卤化物和碱金属或碱土金属的熔盐用于从气流中除去二氧化碳的用途。
8.用于从气流中除去二氧化碳的吸收介质，其特征在于，所述吸收介质包含熔盐，所述熔盐包含含有溶解的金属氧化物的至少一种碱金属卤化物或碱土金属卤化物。
9.根据权利要求8所述的吸收介质，其中所述熔盐包含氯化物。
10.根据权利要求8所述的吸收介质，其中所述熔盐包含氟化物。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的吸收介质，其中所述金属氧化物选自由以下组成的组MgO、CaO、SrO, BaO, Li2O, Na2O, K2O, Rb2O 禾P Cs20。
全文摘要
本发明涉及从废气中捕获二氧化碳，其中溶解在盐熔体中的金属氧化物用作吸收剂。
文档编号B01D53/14GK102448581SQ201080023200
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月28日 优先权日2009年5月28日
发明者埃斯彭·奥尔森 申请人:环境和生物科学大学