捕集的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煙氣二氧化碳捕集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用pH擺動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)CO2捕集的方法及系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]全球變暖可能引起冰川融化、干旱蔓延、氣候異常等自然災(zāi)害，而溫室氣體0)2的排放是造成氣候變暖的一個(gè)主要因素，因此減少以CO2為代表的溫室氣體排放日益引起國際社會(huì)的普遍關(guān)注。煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒是工業(yè)0)2排放的主要來源，所以開發(fā)適合傳統(tǒng)工業(yè)的吸收/解吸循環(huán)捕碳技術(shù)，是當(dāng)今我國最為迫切的需要。
[0003]傳統(tǒng)CO2捕集技術(shù)分為燃燒前、燃燒后、富氧燃燒等方式，其中燃燒后捕集裝配、靈活度最大，技術(shù)發(fā)展最為成熟，是目前的主流技術(shù)。以燃燒后捕集方式為基礎(chǔ)，利用堿性的醇胺吸收劑、碳酸鉀吸收劑、氨水吸收劑等的捕集過程中已多有應(yīng)用。但是，由于煙道氣氣量大、溫度高、CO2分壓低等特點(diǎn)，將上述技術(shù)運(yùn)用于碳捕集時(shí)最大的問題是能耗高、效率低、蒸汽消耗量大，因此開發(fā)一種能夠提高效率、減少能耗的新型技術(shù)具有重要的意義。
[0004]現(xiàn)階段碳捕集工藝主要分為吸收法和吸附法，吸收法中以MDEA、MEA等醇胺類吸收劑最為常用，以醇胺吸收劑為代表的傳統(tǒng)吸收/解吸循環(huán)工藝中，0)2與醇胺溶液在吸收塔中反應(yīng)，被吸收劑吸收后隨富液離開吸收塔。在解吸塔中通過加熱，使0)2與醇胺形成的化合物發(fā)生分解，吸收劑釋放0)2并實(shí)現(xiàn)吸收劑的再生。再生過程中需向解吸塔中輸入蒸汽，此過程需消耗熱能占捕集總能耗的60%以上。由于反應(yīng)平衡和氣液相平衡的影響，通常約40%的CO2在解吸過程中不能解吸完全而隨貧液循環(huán)回吸收塔，由于吸收劑初始負(fù)載量較大，吸收劑在吸收塔中的吸收負(fù)荷、吸收速率都會(huì)因此而降低。文獻(xiàn)Energy.Procedia.2011.4:1869?1877.中采用含量為15%?25%的MEA吸收CO2，再生塔底再生溫度需維持在115°C。
[0005]吸附法是利用吸附劑對(duì)CO2的選擇性吸附，通過高壓低溫吸附、低壓高溫脫附來達(dá)到對(duì)CO2捕集回收的目的，常用的吸附劑有氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類。國內(nèi)學(xué)者謝有暢等對(duì)變壓吸附工藝進(jìn)行過研宄，系統(tǒng)高、低壓分別為6.66Mpa、l.26Mpa，運(yùn)行過程中因升、降壓操作所帶來的能耗較大。
[0006]綜上可見吸收法、吸附法等均是通過能量輸入產(chǎn)生溫度或壓力擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)吸收劑或吸附劑的循環(huán)使用，終宄難以克服系統(tǒng)溫度、壓力變化時(shí)造成的較大能量消耗，同時(shí)無法解決由于解吸不徹底而帶來的無效循環(huán)問題。
[0007]另外，隨著CO2吸收的進(jìn)行，待處理氣體中CO 2的分壓逐漸降低，其傳質(zhì)速率也顯著下降，低分壓下CO2需要更長的停留時(shí)間，造成設(shè)備投資增加和能耗增大。生物學(xué)上利用碳酸酐酶可實(shí)現(xiàn)低分壓CO2的快速吸收。國內(nèi)專利(公開號(hào)CN103638808A)公開了一種利用碳酸酐酶催化石灰乳富集糖廠煙道氣中0)2的方法，該方法將碳酸酐酶分散于石灰乳吸收劑中用于吸收鍋爐煙道氣中的C02。但該方法中碳酸酐酶未經(jīng)過固載，使用過程中碳酸酐酶不可循環(huán)利用，價(jià)格昂貴的碳酸酐酶損失量極大。文獻(xiàn)J.Phys.Chem.B.2013.117(18):5683?5690.中將碳酸酐酶加入到醇胺吸收劑中，其中MDEA的表觀吸收速率常數(shù)在40°C時(shí)可提高200%左右。文獻(xiàn)Colloid.Surface.B.2012.90:91?96.中將碳酸酐酶固載于介孔分子篩SBA-15上，其催化常數(shù)可達(dá)到0.79s'

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明旨在提供一種利用pH擺動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)CO2捕集的方法。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)吸收設(shè)備內(nèi)填充有固載碳酸酐酶的高性能填料，能使低分壓0)2的吸收速率大大提高；(2)酸解吸過程通過用pH擺動(dòng)原理代替溫度和壓力擺動(dòng)過程，因而能量消耗極小，同時(shí)可將吸收劑中的全部CO2釋放，間接提高了循環(huán)負(fù)載量；(3)解吸后的吸收劑可在多次循環(huán)后采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝處理，將鹽從體系中析出并回收鹽，也可以采用電解工藝實(shí)現(xiàn)吸收劑循環(huán)利用，高效低耗。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種利用pH擺動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)CO2捕集的方法及系統(tǒng)，其特征在于，通過酸、堿實(shí)現(xiàn)pH擺動(dòng)，降低能耗；用碳酸酐酶提高速率，其流程步驟為:
[0011]A吸收劑通過泵進(jìn)入吸收設(shè)備中，同時(shí)待處理氣體自吸收設(shè)備的氣相入口進(jìn)入，依次經(jīng)過普通填料區(qū)及固載有碳酸酐酶的專有填料區(qū)，與吸收劑在填料表面進(jìn)行接觸，實(shí)現(xiàn)CO2分離。
[0012]B吸收飽和的吸收劑自吸收設(shè)備液相出口進(jìn)入解吸設(shè)備，同時(shí)將解吸劑注入解吸設(shè)備中，利用強(qiáng)酸置換弱酸原理將CO2氣體從吸收劑中釋放，從解吸設(shè)備氣相出口排出，進(jìn)入收集裝置。
[0013]C完成解吸步驟后，解吸設(shè)備中的液相變?yōu)辂}溶液，可采用電解工藝處理，通過電解作用分別生成吸收劑與解吸劑，吸收劑補(bǔ)充回吸收劑儲(chǔ)存裝置，解吸劑補(bǔ)充回解吸劑儲(chǔ)存裝置；鹽溶液也可在多次循環(huán)達(dá)到一定濃度后采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝進(jìn)行處理，將鹽從體系中移出，實(shí)現(xiàn)鹽回收。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
[0016]如附圖所示，一種利用pH擺動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)CO2捕集的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括吸收設(shè)備，解吸設(shè)備，吸收劑儲(chǔ)存裝置，解吸劑儲(chǔ)存裝置。吸收劑通過泵進(jìn)入吸收設(shè)備中，同時(shí)待處理氣體自吸收設(shè)備的氣相入口進(jìn)入，依次經(jīng)過普通填料區(qū)及固載有碳酸酐酶的專有填料區(qū)，與吸收劑在填料表面進(jìn)行接觸，實(shí)現(xiàn)CO2分離。吸收飽和的吸收劑自吸收設(shè)備液相出口進(jìn)入解吸設(shè)備中，同時(shí)將解吸劑注入解吸設(shè)備中，利用強(qiáng)酸置換弱酸原理將0)2氣體從吸收劑中釋放，從解吸設(shè)備氣相出口排出，進(jìn)入收集裝置。
[0017]完成解吸后，解吸設(shè)備中的液相變?yōu)辂}溶液，可采用電解工藝或蒸發(fā)結(jié)晶工藝進(jìn)行處理。
[0018]若采用電解工藝處理鹽溶液，則后處理設(shè)備為電解池。在電解池內(nèi)鹽溶液經(jīng)過電解，分別生成用于作為吸收劑的堿液及作為解吸劑的酸液；若采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝處理鹽溶液，則后處理設(shè)備為蒸發(fā)結(jié)晶器，鹽溶液可在多次循環(huán)摩爾濃度達(dá)到3mol/L以后進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器中，鹽將從體系中結(jié)晶析出并回收。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]采用摩爾濃度為0.18mol/L的KOH水溶液對(duì)模擬氣體進(jìn)行吸收操作，吸收設(shè)備內(nèi)碳酸酐酶負(fù)載量為0.lkg/lm3填料，7min后吸