一种制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统和方法与流程

本发明属于新能源制氢、二氧化碳捕集和锅炉富氧燃烧，涉及一种制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统和方法。

背景技术：

1、二氧化碳的捕集方式主要有燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集三种。其中富氧燃烧基于传统火力发电的技术流程，采用高浓度的氧气(o2)与抽回的部分烟气(烟道气)的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的co2气体，可以直接进行处理和封存；燃烧后捕集在燃烧排放的烟气中捕集co2，常用的co2分离技术主要有化学吸收法(利用酸碱性吸收)和物理吸收法等，然而，普通烟气的压力小体积大，co2浓度低，而且含有大量的n2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源；新能源制氢过程中不存在二氧化碳的排放，生成的氢气为绿氢，是制氢技术的发展方向。能否将新能源电解制氢的副产物氧气用于锅炉的富氧燃烧，实现燃烧过程中的二氧化碳富集，同时当氧气储备不足时，通过燃烧后捕集技术实现二氧化碳的全过程捕集是实现新能源制氢和减少锅炉燃烧的碳排放的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统和方法，该系统和方法能够制备氢气、氧气及二氧化碳捕集药剂，同时实现氢气储能、锅炉富氧燃烧和二氧化碳捕集，实现传统能源和新能源的耦合应用。

2、为达到上述目的，本发明所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统包括离子膜电解制氢系统、锅炉富氧燃烧系统及二氧化碳捕集系统，其中，离子膜电解制氢系统的氧气出口与锅炉富氧燃烧系统的入口相连通，锅炉富氧燃烧系统的烟气出口和离子膜电解制氢系统的氢氧化钠溶液出口及盐酸溶液出口与二氧化碳捕集系统入口相连通，二氧化碳捕集系统的出口与离子膜电解制氢系统的入口相连通。

3、所述离子膜电解制氢系统包括饱和氯化钠溶液精制浓缩装置、氢气和烧碱制备的除盐水加入装置、氯化钠溶液加入装置、盐酸制备的除盐水加入装置、氧气制备的除盐水加入装置、新能源发电装置、离子膜电解制氢装置、氢气收集输送装置、氢氧化钠溶液收集输送装置、氯化钠稀溶液收集输送装置、盐酸溶液收集输送装置及氧气收集输送装置；

4、其中，所述离子膜电解制氢装置包括依次分布的负极、氢氧化钠制备阳离子交换膜、阴离子交换膜、盐酸制备阳离子交换膜及正极，其中，所述正极及负极分别与新能源发电装置相连接；

5、负极与氢氧化钠制备阳离子交换膜之间所形成通道的入口与氢气和烧碱制备的除盐水加入装置的出口相连通；负极与氢氧化钠制备阳离子交换膜之间所形成通道的氢氧化钠溶液出口与氢氧化钠溶液收集输送装置的入口相连通，负极与氢氧化钠制备阳离子交换膜之间所形成通道的氢气出口与氢气收集输送装置的入口相连通；

6、氢氧化钠制备阳离子交换膜与阴离子交换膜之间所形成通道的入口与氯化钠溶液加入装置的出口相连通，氢氧化钠制备阳离子交换膜与阴离子交换膜之间所形成通道的出口与氯化钠稀溶液收集输送装置的入口相连通；

7、阴离子交换膜与盐酸制备阳离子交换膜之间所形成通道的入口与盐酸制备的除盐水加入装置的出口相连通；阴离子交换膜与盐酸制备阳离子交换膜之间所形成通道的出口与盐酸溶液收集输送装置的入口相连通；

8、盐酸制备阳离子交换膜与正极之间所形成通道的入口与氧气制备的除盐水加入装置的出口相连通；盐酸制备阳离子交换膜与正极之间所形成通道的氧气出口与氧气收集输送装置的入口相连通。

9、饱和氯化钠溶液精制浓缩装置与氯化钠稀溶液收集输送装置的出口及二氧化碳捕集系统的出口相连通，氧气收集输送装置的出口与锅炉富氧燃烧系统相连通。

10、氢气收集输送装置的出口连通有氢气储存输送装置。

11、所述锅炉富氧燃烧系统包括氧气储存输送装置、空气输送装置、锅炉、燃料输送装置、高浓度二氧化碳储存输送装置、二氧化碳压缩分离装置及二氧化碳混合气体储存输送装置；

12、其中，氧气收集输送装置的出口与氧气储存输送装置的入口相连通，氧气储存输送装置的出口与锅炉及燃料输送装置的入口相连通；

13、空气输送装置的出口与锅炉及燃料输送装置的入口相连通；

14、高浓度二氧化碳储存输送装置的入口与锅炉的尾部烟道相连通；高浓度二氧化碳储存输送装置的出口与锅炉及燃料输送装置的入口相连通；

15、二氧化碳混合气体储存输送装置的入口与锅炉的尾部烟道相连通；二氧化碳混合气体储存输送装置的出口与二氧化碳捕集系统相连通。

16、高浓度二氧化碳储存输送装置的出口还连接有二氧化碳压缩分离装置。

17、所述二氧化碳捕集系统包括二氧化碳捕集装置及二氧化碳分离装置；

18、氢氧化钠溶液收集输送装置的出口与二氧化碳捕集装置的入口相连通；盐酸溶液收集输送装置的出口与二氧化碳分离装置的入口相连通；

19、二氧化碳混合气体储存输送装置的出口与二氧化碳捕集装置的入口相连通，二氧化碳捕集装置的液体出口与二氧化碳分离装置相连通，二氧化碳分离装置的高浓度二氧化碳出口与高浓度二氧化碳储存输送装置的入口相连通，二氧化碳分离装置的氯化钠溶液出口与饱和氯化钠溶液精制浓缩装置的入口相连通。

20、氢氧化钠溶液收集输送装置的出口经氢氧化钠溶液储存输送装置与二氧化碳捕集装置的入口相连通。

21、盐酸溶液收集输送装置的出口经盐酸溶液储存输送装置与二氧化碳分离装置的入口相连通。

22、本发明所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的方法包括以下步骤：

23、离子膜电解制氢系统利用新能源发电装置输出的电生成氢气、氧气、氢氧化钠溶液及盐酸溶液，其中，生成的氢气为绿氢，生成的氧气送入锅炉富氧燃烧系统中进行富氧燃烧，实现锅炉燃烧过程中的二氧化碳富集，生成的氢氧化钠溶液及盐酸溶液送入二氧化碳捕集系统中作为二氧化碳捕集的原料，实现氧气储备不足时锅炉燃烧产生烟气中的二氧化碳捕集。

24、本发明具有以下有益效果：

25、本发明所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统和方法在具体操作时，离子膜电解制氢系统利用新能源发电装置输出的电生成氢气、氧气、氢氧化钠溶液及盐酸溶液，其中，生成的氢气为绿氢，实现新能源储能，生成的氧气用于锅炉富氧燃烧，实现锅炉燃烧过程中的二氧化碳富集，生成的氢氧化钠溶液和盐酸溶液可作为二氧化碳捕集的原料，实现氧气储备不足时锅炉燃烧产生烟气中的二氧化碳捕集，继而实现传统能源和新能源的清洁耦合应用，在制备绿氢的同时捕集锅炉燃烧产生的二氧化碳。

技术特征：

1.一种制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，其特征在于，包括离子膜电解制氢系统、锅炉富氧燃烧系统及二氧化碳捕集系统，其中，离子膜电解制氢系统的氧气出口与锅炉富氧燃烧系统的入口相连通，锅炉富氧燃烧系统的烟气出口和离子膜电解制氢系统的氢氧化钠溶液出口及盐酸溶液出口与二氧化碳捕集系统入口相连通，二氧化碳捕集系统的出口与离子膜电解制氢系统的入口相连通。

2.根据权利要求1所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，其特征在于，所述离子膜电解制氢系统包括饱和氯化钠溶液精制浓缩装置(1)、氢气和烧碱制备的除盐水加入装置(2)、氯化钠溶液加入装置(3)、盐酸制备的除盐水加入装置(4)、氧气制备的除盐水加入装置(5)、新能源发电装置(6)、离子膜电解制氢装置(7)、氢气收集输送装置(8)、氢氧化钠溶液收集输送装置(9)、氯化钠稀溶液收集输送装置(10)、盐酸溶液收集输送装置(11)及氧气收集输送装置(12)；

3.根据权利要求1所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，其特征在于，氢气收集输送装置(8)的出口连通有氢气储存输送装置(24)。

4.根据权利要求2所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，其特征在于，所述锅炉富氧燃烧系统包括氧气储存输送装置(13)、空气输送装置(14)、锅炉(15)、燃料输送装置(16)、高浓度二氧化碳储存输送装置(17)、二氧化碳压缩分离装置(18)及二氧化碳混合气体储存输送装置(19)；

5.根据权利要求4所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，其特征在于，高浓度二氧化碳储存输送装置(17)的出口还连接有二氧化碳压缩分离装置(18)。

6.根据权利要求4所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集系统包括二氧化碳捕集装置(20)及二氧化碳分离装置(21)；

7.一种制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种制氢、锅炉富氧燃烧及二氧化碳捕集的系统和方法，包括离子膜电解制氢系统、锅炉富氧燃烧系统及二氧化碳捕集系统，其中，离子膜电解制氢系统的氧气出口与锅炉富氧燃烧系统的入口相连通，锅炉富氧燃烧系统的烟气出口和离子膜电解制氢系统的氢氧化钠溶液出口及盐酸溶液出口与二氧化碳捕集系统入口相连通，二氧化碳捕集系统的出口与离子膜电解制氢系统的入口相连通，该系统和方法能够制备氢气、氧气及二氧化碳捕集药剂，同时实现氢气储能、锅炉富氧燃烧和二氧化碳捕集，实现传统能源和新能源的耦合应用。

技术研发人员：孟龙,李俊菀,龙国军
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13