二氧化碳回收系统的制作方法

本发明涉及二氧化碳回收系统。

背景技术：

1、专利文件1公开了二氧化碳电解装置，其通过二氧化碳(co2)的电解还原反应来生成例如乙烯(c2h4)、甲烷(ch4)、甲醇(ch3oh)、乙醇(c2h5oh)等具有1个以上碳原子的烃。二氧化碳电解装置能够应用于从气体中分离并回收二氧化碳的二氧化碳回收系统。

2、现有技术文件

3、专利文件

4、专利文件1：jp6622237b

技术实现思路

1、本发明要完成的任务

2、在二氧化碳电解装置中，二氧化碳在阴极被还原以产生烃，例如乙烯。由于在阴极产生的烃与未反应的二氧化碳一起从二氧化碳电解装置中排出，因此需要在后续步骤中分离二氧化碳。一种可能的分离方法是低温分离方法。然而，当二氧化碳在数十倍于大气压的压强(这是现有乙烯工厂中的典型压强水平)下冷却时，二氧化碳从气态转变为固态，已知与液态相比所述固态不方便处理，因此会损害二氧化碳的回收和再利用的效率。此外，为了收集液态二氧化碳，需要将二氧化碳置于高压下，这又造成能量效率差的问题。另一种分离方法是使用胺化合物来吸收其中的二氧化碳。然而，在该方法中，当从胺化合物回收二氧化碳时，需要加热胺化合物，这又会造成能量效率差的问题。

3、鉴于现有技术的这样的问题，本发明的主要目的是提高二氧化碳回收系统的能量效率。

4、完成任务的方法

5、为了实现这样的目的，本发明的一个方面在于提供一种二氧化碳回收系统(1)，其包括电解还原装置(2)，所述电解还原装置(2)被构造为供应有含有二氧化碳的气体，并通过电解还原二氧化碳来产生混合气体，所述混合气体至少含有包括烃、一氧化碳和氢气中的至少一种的发生炉煤气(producer gas)和未反应的二氧化碳；以及从混合气体中分离二氧化碳的二氧化碳分离装置(3)，其中所述二氧化碳分离装置包括用作阴极的第一气体扩散电极(51)、用作阳极的第二气体扩散电极(52)、形成在所述第一气体扩散电极和所述第二气体扩散电极之间并被构造为供应有含有在氧化还原反应中吸附和解吸质子的化合物的电解液的液体室(53)、通过所述第一气体扩散电极从所述液体室分离并构造为供应有混合气体的第一室(54)；以及通过所述第二气体扩散电极与所述液体室分开的第二室(55)，从混合气体中分离出的二氧化碳流过所述第二室(55)，所述电解还原装置构造为使用在二氧化碳分离装置中从混合气体中分离出的二氧化碳作为其投入材料的一部分。

6、根据这个方面，二氧化碳以气态从混合气体中分离，这适合于二氧化碳的回收和再利用。另外，基于电化学的二氧化碳分离装置可以用比使用胺化合物的分离方法更少的能量从混合气体中分离二氧化碳。因此，该二氧化碳回收系统的能量效率得到提高。

7、在本发明的这一方面，优选地，所述二氧化碳回收系统还包括至少一个用于从已在二氧化碳分离装置中分离出二氧化碳的发生炉煤气中分离水的除水装置(4)以及发生炉煤气分离装置(5)，所述发生炉煤气分离装置(5)用于通过冷却已经在除水装置中分离出水的发生炉煤气来从发生炉煤气中分离烃。

8、根据这个方面，能够有效地将水和烃从发生炉煤气中分离。另外，即使在电解还原装置或二氧化碳分离装置中水混入发生炉煤气中，水也会在后续的除水装置中被分离。

9、在本发明的这个方面，优选地，所述二氧化碳回收系统还包括燃烧炉(6)，其用于燃烧通过在发生炉煤气分离装置中从发生炉煤气中除去烃而产生的废气的至少一部分；除水装置，其构造成执行吸附步骤和解吸步骤，所述吸附步骤用于在通过吸附从发生炉煤气中除去水之后释放发生炉煤气，所述解吸步骤用于通过利用燃烧炉中产生的热来释放在吸附步骤中吸附的水。

10、根据这个方面，通过包含在发生炉煤气中的诸如氢气和一氧化碳的可燃气体的燃烧所产生的热能够被用于执行除水装置的解吸步骤，从而能够提高能量效率。

11、在本发明的这个方面，优选地，所述二氧化碳回收系统还包括用于从解吸步骤中释放的含有水的发生炉煤气中分离出液化水的第一气液分离装置(133)，以及用于将在第一气液分离装置中去除了液化水的发生炉煤气返回至所述除水装置的再循环通道(116)，所述再循环通道与所述燃烧炉处于热交换关系。

12、根据这个方面，能够利用燃烧炉中产生的热来执行除水装置的解吸工序。

13、在本发明的这个方面中，优选将在除水装置中除水后的发生炉煤气的一部分供应至再循环通道。

14、根据这个方面，能够使用发生炉煤气的一部分将燃烧炉的热量供应至除水装置。

15、在本发明的这个方面中，优选地，所述二氧化碳回收系统还包括废气通道(151)，用于将燃烧炉中产生的含有二氧化碳和水的废气供应至电解还原装置。

16、根据这个方面，在燃烧炉中产生的二氧化碳和水能够用作用于生产烃、一氧化碳等的投入材料的一部分。

17、在本发明的这个方面中，优选地，所述除水装置是彼此平行设置的一对除水装置(4a、4b)中的一个，并且当其中一个除水装置执行吸附步骤时，另一个除水装置执行解吸步骤。

18、根据这个方面，能够连续地进行电解还原。

19、在本发明的这个方面中，优选地，所述二氧化碳回收系统还包括与所述二氧化碳分离装置的第二室的入口和出口连接的二氧化碳再循环通道(71)、将二氧化碳再循环通道与电解还原装置的阴极室的入口连接的二氧化碳返回通道(75)、将二氧化碳分离装置的第一室的入口与电解还原装置的阴极室的出口连接的混合气体入口通道(62)、与二氧化碳分离装置的第一室的出口连接的发生炉煤气出口通道(64、66)、以及经由电解液供应通道(81)与液体室的入口连接，并经由第一电解液返回通道(87)与液体室的出口连接的电解液罐(82)。

20、根据该方式，二氧化碳在二氧化碳再循环通道中升压后，能够经由二氧化碳返回通道供应至电解还原装置。

21、在本发明中，优选地，二氧化碳回收系统还包括设置在二氧化碳再循环通道中的第二气液分离装置(72)、用于将第二气液分离装置中分离的液体输送到电解液罐的第二电解液返回通道(95)、设置在二氧化碳返回通道中的第一压强控制阀(76)、设置在混合气体入口通道或发生炉煤气出口通道中的第二压强控制阀(68)，设置于电解液供应通道或第一电解液返回通道的第三压强控制阀(流量控制阀)(84)、用于检测第一室内的压强作为第一压强的第一压强传感器(ps1)、用于检测第二室中的压强作为第二压强的第二压强传感器(ps2)；用于检测液体室中的压强作为第三压强的第三压强传感器(ps3)；以及控制单元(7)，其用于控制第一压强传感器、第二压强控制阀和第三压强控制阀使得第一压强等于或高于第三压强，并且第三压强等于或高于第二压强。

22、根据这个方面，防止电解液与发生炉煤气混合。另外，能够将泄漏到二氧化碳再循环通道中的电解液返回至电解液罐。

23、在本发明的这个方面中，优选地，所述二氧化碳回收系统还包括设置在第一压强控制阀下游的发生炉煤气出口通道的部分中的第四压强控制阀(69)、连接在电解液罐的顶部与发生炉煤气出口通道的位于第四压强控制阀上游的部分之间的气体返回通道(97)，以及用于检测电解液罐的压强作为第四压强的第四压强传感器(ps4)，其中所述控制单元构造为控制第一压强控制阀、第二压强控制阀、第三压强控制阀和第四压强控制阀，使得第一压强等于或高于第三压强，第三压强等于或高于第四压强，且第四压强等于或高于第二压强。

24、根据这个方面，残留在电解液罐顶部的气体能够经由气体返回通道返回至发生炉煤气出口通道。

25、在本发明的这个方面，优选地，所述烃包括甲烷和乙烯中的至少一种。

26、根据这个方面，能够由二氧化碳生成甲烷、乙烯、一氧化碳中的至少一种。

27、在本发明的这个方面中，优选地，通过氧化还原来吸附和解吸质子的化合物是基于ph7下的标准氢电极电势具有-1.0v至1.0v的氧化还原电势的有机化合物。通过氧化还原吸附和解吸质子的化合物可以是醌类化合物。

28、根据这些方面，能够有效地分离二氧化碳。

29、为了实现该目的，本发明的另一方面提供二氧化碳回收系统(1)，其包括电解还原装置(2)，所述电解还原装置(2)被构造为供应有含有二氧化碳的气体并通过电解还原二氧化碳来产生混合气体，所述混合气体至少包括含有烃、一氧化碳和氢气中的至少一种的发生炉煤气和未反应的二氧化碳；以及被构造为从混合气体中分离二氧化碳气体的二氧化碳分离装置(400)，其中所述二氧化碳分离装置包括二氧化碳吸收单元(401)，其被构造为使所述混合气体与含有在氧化还原反应中吸附和解吸质子的化合物的电解液接触，以使所述混合气体中的二氧化碳吸附在电解液中，电化学电池(402)，其被膜电极组件(416)划分为阴极室(417)和阳极室(418)，所述膜电极组件(416)包括电解质膜(416a)和形成在所述电解质膜两侧并连接到电源(419)的阴极(416b)和阳极(416c)、用于使所述电解液从所述二氧化碳气体吸收单元流向所述阳极室的第一通道(403)，用于使所述电解液从所述阳极室流向所述阴极室的第二通道(404)，用于使所述电解液从所述阴极室流至所述二氧化碳气体吸收单元的第三通道(405)，以及设置在所述第二通道中的用于将二氧化碳气体与所述电解液分离的气液分离装置(406)，所述电解还原装置被构造为使用在二氧化碳分离装置中从所述混合气体中分离出的二氧化碳作为其投入材料的一部分。

30、根据这个方面，二氧化碳以气态从混合气体中分离，这适合于其回收和再利用。另外，基于电化学的二氧化碳分离装置可以用比使用胺化合物的分离方法更少的能量从混合气体中分离二氧化碳。由此，能够提高二氧化碳回收系统的能量效率。

31、在本发明的这个方面中，优选地，所述二氧化碳吸收单元包括：壳体(431)，其垂直延伸并被构造成在其底部储存电解液；气体入口(411)，其设置在所述壳体的下部，用于将所述混合气体送入所述壳体；气体出口(412)，其设置在所述壳体的上部，用于将所述混合气体从所述壳体中排出；喷嘴(432)，其设置在所述壳体的上部，用于将电解液注入所述壳体，第四通道(433)，其用于将储存在所述壳体底部的电解液供应至所述喷嘴，托盘(434)，其设置在壳体的位于气体入口和喷嘴之间的部分中，用于临时储存由喷嘴供应的电解液，以及设置在托盘内的电解液出口(414)，其中所述电解液出口连接所述第一通道，所述第三通道连接所述第四通道，所述第三通道设有第一流量控制阀(436a)、设置在第四通道的比第三通道更靠近壳体底部的部分中的第二流量控制阀(436b)，电源、所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀由控制单元(7)控制，以使得

32、ph3≧ph2≧ph1≧ph4≧5.5

33、其中，ph1为储存在所述壳体底部的电解液的ph值，ph2为所述第四通道中比所述第三通道更靠近喷嘴的部分中电解液的ph值，ph3为流经所述第三通道的电解液的ph值，ph4为流经所述第一通道的电解液的ph值。

34、根据这个方面，能够有效地将二氧化碳气体吸附于电解液中，并从电解液中释放出二氧化碳气体。

35、发明效果

36、本发明的这些方面允许提高二氧化碳回收系统中的能量效率。