一种二氧化碳捕集及利用系统和方法与流程

本发明涉及co2捕集与利用，具体涉及一种co2捕集及利用系统和方法。

背景技术：

1、co2作为主要温室气体的同时也是一种重要的碳源，在碳达峰、碳中和愿景下，国内外大量开展了减碳技术研究与开发，其中ccus技术作为一项可实现大规模碳减排的技术受到了广泛关注。但就ccus技术整体而言，化学吸收法的碳捕集技术发展较为成熟，国内外也相继开展了大量的示范建设，但捕集后的co2面临着如何就地消纳的严重问题。

2、目前，碳捕集与利用衔接存在割裂问题，以及化学吸收法作为成熟碳捕集技术，普遍采用的是复合胺作为吸收剂，但其存在易挥发、易降解，co2吸收率不高，腐蚀性强等问题，因此，急需开发一种具有较高co2吸收率的co2捕集及利用系统和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的复合胺吸收剂易挥发、易降解、腐蚀性强等问题，提供一种co2捕集及利用系统和方法，该系统和方法通过co2捕集与利用一体化，可提高co2的吸收率和co的转化效率，该系统具有更为廉价、高效、设备投资更低、应用年限更长等优势。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种co2捕集及利用系统。该系统包括依次连接的吸收塔、电解器和气液分离器；吸收塔，用于通过含有1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的离子液体对含有co2和水蒸气的混合气进行捕集；电解器，用于对来自所述吸收塔的富含co2和水蒸气的离子液体进行电催化反应；气液分离器，用于对来自所述电解器的阴极产物进行气液分离，得到气相和液相。

3、优选地，所述吸收塔靠近顶部的一侧设置有液体进口，所述吸收塔底部设置有液体出口，所述液体进口处设置有液体喷淋装置。

4、优选地，所述吸收塔顶部设置有气体出口，所述吸收塔靠近底部的一侧设置有气体入口。

5、优选地，所述电解器包括阴极室和阳极室，所述阴极室和所述阳极室采用隔膜进行分隔。

6、优选地，所述电解器的阴极室的侧面设置有阴极进口，所述电解器的阴极室的底部设置有阴极出口，所述电解器的阳极室的顶部设置有阳极进口，所述电解器的阳极室的底部设置有阳极出口。

7、优选地，所述吸收塔底部的液体出口与所述阴极进口连通。

8、优选地，所述气液分离器的侧面设置有物料进口，所述气液分离器的侧面设置有液体出口，所述气液分离器的顶部设置有气体出口。

9、优选地，所述电解器的阴极出口和所述气液分离器的物料进口连通。

10、优选地，所述系统还包括蒸发器，所述蒸发器的侧面具有液体进口，所述液体进口与所述气液分离器的液体出口连通。

11、优选地，所述蒸发器的顶部具有水蒸气出口，所述水蒸气出口与所述电解器连通。

12、优选地，所述蒸发器的底部具有离子液体出口，所述离子液体出口与所述吸收塔的液体进口连通。

13、本发明第二方面提供一种co2捕集及利用方法，该方法包括以下步骤：

14、s1、将含有co2和水蒸气的混合气输入所述吸收塔中用离子液体进行吸收；

15、s2、将步骤s1得到的富含co2和水蒸气的离子液体输入所述电解器中进行电解；

16、s3、将步骤s2得到的阴极产物输入所述气液分离器中进行气液分离，得到气相和液相。

17、优选地，所述离子液体含有1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

18、优选地，所述方法还包括：将步骤s3得到的液相输入所述蒸发器中进行蒸发，得到的水蒸气进入所述电解器中回用，得到的离子液体进入所述吸收塔中回用。

19、优选地，步骤s1中，所述吸收的条件包括：所述离子液体与所述含有co2和水蒸气的混合气的体积比为1：0.1-0.3。

20、优选地，步骤s2中，所述电解的条件包括：电流密度为100-500ma/cm2，电压为1.8-2.2v。

21、通过上述技术方案，本发明的有益效果主要在于：

22、(1)本发明采用离子液体作为吸附剂，对co2具有较强的吸收溶解能力，能够提高co2吸收率，而且与co2之间能够形成较强的氢键、静电作用，在co2电解过程中能够显著提高co2活化能，提高co转化效率，显著降低反应过电位，耗能低，提高催化反应性能。

23、(2)本发明可实现co2捕集与利用一体化，并且可实现捕集宽范围的co2浓度与含水量(co2浓度范围为5体积％-90体积％，水蒸气含量范围为0.1体积％-90体积％)，可兼容大规模实施与分布式小型化部署。具有更为廉价、高效、设备投资更低、应用年限更长等优势。

技术特征：

1.一种co2捕集及利用系统，其特征在于，该系统包括依次连接的吸收塔(1)、电解器(2)和气液分离器(3)；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸收塔(1)靠近顶部的一侧设置有液体进口(11)，所述吸收塔(1)底部设置有液体出口(12)，所述液体进口(11)处设置有液体喷淋装置(13)。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述吸收塔(1)顶部设置有气体出口(14)，所述吸收塔(1)靠近底部的一侧设置有气体入口(15)。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电解器(2)包括阴极室(21)和阳极室(22)，所述阴极室(21)和所述阳极室(22)采用隔膜进行分隔。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电解器(2)的阴极室(21)的侧面设置有阴极进口(23)，所述电解器(2)的阴极室(21)的底部设置有阴极出口(24)，所述电解器(2)的阳极室(22)的顶部设置有阳极进口(25)，所述电解器(2)的阳极室(22)的底部设置有阳极出口(26)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述吸收塔(1)底部的液体出口(12)与所述阴极进口(23)连通。

7.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于，所述气液分离器(3)的侧面设置有物料进口(31)，所述气液分离器(3)的侧面设置有液体出口(32)，所述气液分离器(3)的顶部设置有气体出口(33)。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电解器(2)的阴极出口(24)和所述气液分离器(3)的物料进口(31)连通。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括蒸发器(4)，所述蒸发器(4)的侧面具有液体进口(41)，所述液体进口(41)与所述气液分离器(3)的液体出口(32)连通。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的系统，其特征在于，所述蒸发器(4)的顶部具有水蒸气出口(42)，所述水蒸气出口(42)与所述电解器(2)连通。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的系统，其特征在于，所述蒸发器(4)的底部具有离子液体出口(43)，所述离子液体出口(43)与所述吸收塔(1)的液体进口(11)连通。

12.一种co2捕集及利用方法，其特征在于，该方法在权利要求1-11中任意一项所述的系统中实施，该方法包括以下步骤：

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将步骤s3得到的液相输入所述蒸发器(4)中进行蒸发，得到的水蒸气进入所述电解器(2)中回用，得到的离子液体进入所述吸收塔(1)中回用。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述吸收的条件包括：所述离子液体与所述含有co2和水蒸气的混合气的体积比为1：0.1-0.3。

15.根据权利要求12-14中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述电解的条件包括：电流密度为100-500ma/cm2，电压为1.8-2.2v。

技术总结
本发明涉及CO<subgt;2</subgt;捕集与利用技术领域，公开了一种CO<subgt;2</subgt;捕集及利用系统和方法。该系统包括依次连接的吸收塔、电解器和气液分离器。吸收塔用于通过离子液体对含有CO<subgt;2</subgt;和水蒸气的混合气进行捕集，电解器用于对来自吸收塔的富含CO<subgt;2</subgt;和水蒸气的离子液体进行电催化反应，气液分离器用于对来自电解器的阴极产物进行气液分离，得到气相和液相。该方法具体如下：S1、将含有CO<subgt;2</subgt;和水蒸气的混合气输入吸收塔中用离子液体进行吸收；S2、将步骤S1得到的富含CO<subgt;2</subgt;和水蒸气的离子液体输入电解器中进行电解；S3、将步骤S2得到的阴极产物输入气液分离器中进行气液分离，得到气相和液相。采用本发明的CO<subgt;2</subgt;捕集及利用系统和方法具有较高的CO<subgt;2</subgt;吸收效率和CO转化效率。

技术研发人员：高腾飞,徐冬,余学海,黄艳,王天堃,顾永正,杨龙,刘永平
受保护的技术使用者：国家能源集团新能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14