[发明专利]一种从烟气中回收二氧化碳利用夜间电力制甲酸的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种从烟气中回收二氧化碳利用夜间电力制甲酸的方法和装置，属于二氧化碳废气回收再利用技术及夜间电力的有效利用。

背景技术

随着世界经济和能耗的快速增长，人类每年向大气中排放的二氧化碳气体致使大气中的二氧化碳浓度逐年增加，导致全球气候变暖，自然灾害频发。二氧化碳温室气体的排放已成为制约经济、社会可持续发展的重要因素，加上二氧化碳是潜在的碳资源，因此开发相应的二氧化碳回收利用技术具有重要的战略意义。

二氧化碳的回收与利用的关键在于回收方式的选择，以及适合工业条件的利用方式的选择，但所有方法的应用均需在回收价值与投入成本的平衡的基础之上实现。目前二氧化碳的回收转化主要集中在催化活化合成有机燃料或化工原料，如CH₄、CO+H₂、甲醇等。但这些反应需要在高温高压并有催化剂存在的条件下才能进行，反应过程需要消耗大量的能量和动力，加之催化剂的性能较低，因此利用这种高压催化氢化法大规模转化利用二氧化碳还有很多困难。电化学氢化还原法是将二氧化碳转化利用的另一条重要途径，目前其主要集中在合成气的制备上，即利用二氧化碳被电化学还原成一氧化碳同时利用电解过程中产生的氢气形成碳氢比不同的气体混合物，但是该工艺路线中的氢气是不方便的储能介质，由于它极具挥发性且易发生爆炸，所以在处理、储存、运输和配送方面比较困难且成本很高。如能合成有机化合物如甲酸等，则可以较好地解决储存问题。甲酸作为重要的基本有机化工原料，广泛应用于化工、医药、农药、皮革、纺织、印染、橡胶、塑料和饲料等行业。由于甲酸是饲料非处方抗生素的最佳替代物，对环境影响不大，因而市场需求量在不断增加，价格也一直上扬，成为碳一化学的热点产品。另外，还可以以甲酸为原料合成其他化工产品。

二氧化碳的电化学还原过程需要耗电，白天较高的电力成本导致该方法难于工业化应用；而电厂的夜间电力丰富，且难于储存、易造成浪费，如能将其加以利用，则可大幅降低其二氧化碳回收利用的成本。利用夜间电力以二氧化碳为原料制造有用物质就成为减少碳排放、有效利用能源的有效途径。

二氧化碳的电化学还原所需设备投资大，因此，开发高效的膜电解单元结构和组合系统，且各个环节做到匹配良好，是获得纯度较高的甲酸溶液，提高电流效率、降低成本的基础。另外，在二氧化碳的膜电解还原中，阴极液和浓缩液不仅关系到电化学反应方向、效率和速率，还关系到产品的纯化工程的难易和成本，因此，阴极液组成，浓度和条件的设定就成为二氧化碳膜电解还原制甲酸的技术关键之一。还有，二氧化碳与阴极的接触状况直接决定着电化学还原的效率，因此，二氧化碳的导入方式也就成为了另一个关键技术。以二氧化碳制甲酸是一个涉及到二氧化碳回收、电化学还原、甲酸浓缩纯化等过程的系统工程，因此，在各个环节均需要做到高效，低成本，稳定操作才能实现从二氧化碳到甲酸产品的完成。但目前这方面的技术探索还很缺乏。

基于甲酸市场的广阔性以及二氧化碳潜在的资源化价值，开发一种低成本，能够资源化，操作管理简单，高效的甲酸生产方法以及甲酸生产装置，以求得更好的经济、社会和环境效益就显得非常重要。其中包括电化学反应器，二氧化碳的回收转化及甲酸精制的方法和工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从烟气中回收二氧化碳利用夜间电力制甲酸的方法，该方法具有高效率、低成本、资源化、操作稳定的特点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的。

从烟气中回收二氧化碳制甲酸的方法，至少包括如下过程：

(1)从燃料燃烧得到的烟气中分离回收二氧化碳的二氧化碳回收过程，

(2)将上述(1)分离得到的二氧化碳送入用直流电进行还原的膜电解装置，使其还原得到甲酸的电化学还原制甲酸过程，

(3)膜电解得到的甲酸稀溶液经精制工序制得甲酸产品的甲酸精制过程。精制过程包括浓缩和纯化，在甲酸稀溶液纯度很高的情况下可以省去去杂质的纯化过程，而只有浓缩过程。