CO2捕集电解一体化负碳装置的制作方法

本发明涉及碳捕集及利用，尤其涉及一种co2捕集电解一体化负碳装置。

背景技术：

1、发电、冶金、钢铁等行业会产生大量的co2排放，引起环境污染和气候变化。碳捕集与利用的技术能够有效减排co2，因而备受关注。化学吸收法捕集co2技术开发相对成熟且分离效果好，尤其是以有机胺为吸收剂的工艺可直接用于燃煤/燃气电厂、工业锅炉等场景下烟气的co2减排，是目前较具商业化前景的低浓度co2捕集技术。然而，其富液再生装置能耗高、成本高，给化学吸收技术的大规模应用增添了障碍。并且地，在相关技术中，碳捕集和利用的装置设计大多是独立的，且需涉及co2解吸或储运，不利于两过程协同耦合以减少建设、运行和操作成本。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种co2捕集电解一体化负碳装置，能够直接电解吸收液富液获得co2化学利用产品并实现富液再生(转化为贫液)，避免co2解吸和储运过程及相关能量消耗。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种co2捕集电解一体化负碳装置，包括：电解模块，包括电解池，所述电解池包括阴极室和阳极室；阴极循环模块，包括第一输入组件和第一输出组件，所述第一输入组件适于将co2吸收塔的吸收液富液输至所述阴极室进行阴极电解反应，所述第一输出组件适于将阴极室电解反应产物和电解反应后形成的吸收液贫液分流输出，且往所述吸收液贫液补入补充液后将其输回所述co2吸收塔；阳极循环模块，包括第二输入组件和第二输出组件，所述第二输入组件适于输入阳极电解液至所述阳极室进行电解反应，所述第二输出组件适于将阳极室电解反应产物和反应后电解液分流输出，且将所述反应后电解液输回所述第二输入组件。

4、根据本发明的至少一实施例，所述第一输入组件包括：第一泵，设于所述第一输入组件用于输送所述吸收液富液的管路，适于驱动所述吸收液富液流动及调节所述吸收液富液的压力；第一压力传感器，设于所述第一泵与所述阴极室之间的管路，适于检测所述吸收液富液的压力。

5、根据本发明的至少一实施例，所述第一输入组件还包括：第一阀门，设于所述第一泵与所述co2吸收塔之间的管路；第一缓冲罐，设于所述第一阀门与所述第一泵之间的管路。

6、根据本发明的至少一实施例，所述第一输出组件包括依次相接的第一分离器、第一混流器、第二泵及第二缓冲罐，所述第一分离器连接所述阴极室的输出管路以将所述阴极室电解反应产物和所述吸收液贫液分流输出，所述第一混流器旁路连接有第二阀门及由所述第二阀门控制的补充液输入管路，所述第一混流器适于供所述补充液补入所述吸收液贫液，所述第二泵适于在所述第一混流器的下游驱动所述吸收液贫液及所述补充液流动，所述第二缓冲罐设有第一液位检测装置且所述第一液位检测装置与所述第二阀门电性连接，所述第二缓冲罐的输出端适于输出所述吸收液贫液至所述co2吸收塔。

7、根据本发明的至少一实施例，所述第一输出组件包括适于检测所述阴极室电解反应产物的物流组分的检测装置，所述检测装置旁路连接所述阴极室的输出管路，且电性连接所述第一阀门。

8、根据本发明的至少一实施例，所述第二输入组件包括：第三泵，设于所述第二输入组件用于输送阳极电解液的管路，适于驱动所述阳极电解液流动及调节所述阳极电解液的压力；第二压力传感器，设于所述第三泵与所述阳极室之间的管路，适于检测所述阳极电解液的压力。

9、根据本发明的至少一实施例，所述第二输入组件还包括：第三阀门，设于所述第三泵所连接的阳极电解液输入管路；第二混流器，设于所述第三泵与所述第三阀门之间的管路，且与所述第二输出组件连接以接收所述反应后电解液；第三缓冲罐，设有与所述第三阀门电性连接的第二液位检测装置；加热器，设于所述第三泵与所述阳极室之间的管路，适于将阳极电解液温度加热至与所述阴极室内液体温度相匹配。

10、根据本发明的至少一实施例，所述第二输出组件包括第二分离器，所述第二分离器的输入端连接所述阳极室的输出管路，一输出端通过管路连接所述第二混流器而将所述反应后电解液输回所述第二输入组件，另一输出端适于输出所述阳极室电解反应产物。

11、根据本发明的至少一实施例，所述电解池配置为串联、并联或混联的若干个，若干所述第二分离器分流出的所述阳极室电解反应产物适于通过同一第三混流器输出，且各所述第二分离器适于输出所述反应后电解液至其下游所述电解池的所述阳极室，位于形成首端的所述阳极室与所述第二输入组件连接，位于行程末端的所述阳极室所连接的所述第二分离器适于将所述反应后电解液输回所述第二混流器，若干所述电解池的所述阴极室适于相接，且位于行程首端的所述阴极室与所述第一输入组件连接，位于形成末端的所述阴极室通过所述第一分离器分流输出所述阴极室电解反应产物和所述吸收液贫液。

12、根据本发明的至少一实施例，所述co2捕集电解一体化负碳装置还包括内形成容置空间的壳体，所述电解模块设于所述容置空间中间，所述壳体的一侧壁体设置阳极电解液入口、吸收液富液入口、吸收液贫液出口和补充液入口，相对的另一侧壁体设置阳极室电解反应产物出口和阴极室电解反应产物出口。

13、根据本发明的至少一实施例，所述阴极室内形成曲折延伸的阴极室流道以供所述吸收液富液流过并与所述阴极催化剂反应，所述阳极室内形成曲折延伸的阳极室流道以供所述阳极电解液流过并与所述阳极催化剂反应。

14、根据本发明的至少一实施例，所述吸收液中吸收剂采用胺类化合物或碱性无机化合物，所述胺类化合物包括单乙醇胺、n，n-二乙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、1-二甲基氨基-2-丙醇、四乙烯戊胺、三亚乙基四胺、乙二胺、n-甲基二乙醇胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇、4-二乙胺基-2-丁醇、二乙烯三胺、和/或二乙胺基乙醇，所述碱性无机化合物包括koh、naoh、和/或khco3。

15、根据本发明的至少一实施例，所述吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围0.05mol/l～10mol/l。

16、根据本发明的至少一实施例，所述吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围1mol/l～5mol/l。

17、根据本发明的至少一实施例，用于提供电解池所需电能的电源包括风电、光伏发电以及市电波谷的电力。

18、根据本发明的至少一实施例，所述co2捕集电解一体化负碳装置还包括用于产出炭利用产品的产物处理模块，所述产物处理模块包括分离提纯装置，所述分离提纯装置用于分离提纯所述阴极室电解反应产物和/或所述阳极室电解反应产物。

19、根据本发明的至少一实施例，所述分离提纯装置配置为膜分离装置，所述膜分离装置适于接收所述阴极室电解反应产物，以分离提纯所述阴极室电解反应产物组分中的h2。

20、根据本发明的至少一实施例，所述阴极室与所述阳极室以离子交换膜隔开。

21、本发明由于采取以上技术方案，其具有至少以下优点：

22、一、co2吸收塔、第一输入组件、阴极室及第一输出组件形成co2吸收液循环流动的系统，第一输入组件将吸收液富液输入阴极室进行电解反应后产生的阴极室电解反应产物和吸收液贫液被第一输出组件分流输出，其中的吸收液贫液在补入补充液后输回至co2吸收塔；第二输入组件、阳极室及第二输出组件形成阳极电解液循环流动的系统，第二输入组件适于连接循环系统外部的电解液源以不断补充足够的阳极电解液，第二输入组件将阳极电解液输入阳极室进行电解反应后产生的阳极室电解反应产物和反应后电解液被第二输出组件分流输出，其中的反应后电解液被输回第一输入组件与新输入的阳极电解液混合后可以继续输至阳极室进行电解反应；

23、二、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置系统集成度高，可同时实现co2的转化利用和富液再生，省去了co2解吸、储存和输运等步骤，节约了再沸器、冷却器等相关设备能耗，同时，本装置的工作温度范围和上游吸收塔的进出口温度较为匹配，避免了换热等复杂的热量匹配过程；

24、三、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置控制精度高，通过电信号可直接控制反应启停和进行程度；

25、四、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置能够适应风电、光伏发电等可再生能源的电力，以及电网波谷的电力，采用廉价电力将二氧化碳变废为宝；

26、五、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置可通过改变电解反应条件和催化剂种类实现co2转化产品的多样可调，为下游的co2资源化利用提供多种方向。