[发明专利]一种CO2捕集并资源化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂捕集并资源化的方法，属于温室气体减排领域，也属于电化学领域。

背景技术

温室效应引起的全球气候异常、自然灾害频发、海平面上升等正威胁着人类的生存和发展。CO₂是最主要的温室气体，发展 CO₂的减排与资源化技术十分迫切。显然，首当其中的就是CO₂的捕集。目前常用的CO₂捕集方法有吸附和吸收法、膜分离法等，这些方法各具优缺点。

吸附法是利用固态吸附剂对原料混合气中CO₂的选择性、可逆吸附作用来分离回收CO₂，其关键是吸附剂的载荷能力。吸附法的主要优点是工艺过程简单 、能耗低、适应能力强，但吸附容量有限。胺化合物吸收法主要有热钾碱法和烷基醇胺法，目前使用的常规单一吸收剂难以做到吸收效率和再生能耗的平衡。离子液体由于蒸气压非常低 在脱碳过程中不会产生挥发性有机物且使用方便，同时，离子液体可以反复多次使用。但离子液体的高黏度是其作为CO₂吸收剂的最大障碍，且离子液体价格昂贵。固态金属氧化物吸附和吸收法也有较多的研究。膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜对不同气体具有不同渗透率来选择分离气体的。适用于CO₂分离的膜材料为乙酸纤维、聚砜、聚酰胺等，由于膜本身或膜组件的其他材料耐热性能差，150℃是其操作温度上限。将膜技术与气体吸收技术相结合的新型膜分离技术，具有传质界面稳定、比表面积大、传质效率高、能耗低、装置体积小和操作弹性大等优势，但仍处于实验室研究阶段。

二氧化碳捕集和封存（CCS）技术是将二氧化碳从排放源捕获或分离出来，输送到油气田、海洋等特定的地质结构中进行长期（几千年）封存。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋。该技术主要包括3部分，CO₂的捕集，CO₂的运输以及CO₂的储存。这是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，目前主要研究方向是如何降低CCS工艺成本，使其有广泛的应用价值。

人们逐渐意识到CO₂也是一种可以利用的资源，CO₂捕集封存和资源化利用（CCSU）越来越引起重视。CO₂的资源化利用可分为物理利用和化学利用，主要有如下几个方面：（1）CO₂用于三次采油同时实现封存固定，CO₂用于焊接、空调制冷和用作溶剂等；（2）将CO₂分离提纯用于食品、烟草、饮料、啤酒工业；（3）CO₂用于合成尿素、甲醇、碳酸氢铵和高分子材料等；（4）将CO₂催化或电解还原为甲酸、甲醇、CO、C、CH₄、C₂H₄等。但这些方法很多仍处于研究阶段，存在成本高、处理量有限等缺点。

相比于离子液体（室温熔盐），无机熔盐价格便宜， 对CO₂吸收量大。国际专利“熔盐捕集CO₂” (WO 2010137995A1)提出采用卤化物-氧化物熔盐体系熔盐捕集CO₂再高温分离。所采用的熔盐体系腐蚀性强，蒸汽压高。此外，该公开专利技术仅限于熔盐吸收分离，不涉及电解资源化。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种清洁高效的CO₂捕集并资源化的方法。

本发明方法利用中温（300-800^oC）无机熔盐吸收捕集CO₂，然后进行熔盐电解将CO₂电化学转化为高附加值的高级（超细超纯）碳材料和氧气。所得高级碳材料可用于超级电容器、化学电源、印刷墨粉、碳黑等领域，氧气可用于煤炭富氧燃烧过程。

本发明是通过如下的技术方案实现的：

采用电化学反应装置作为反应器，反应器的电解质为无机熔盐，阴极为金属阴极，阳极为惰性阳极，所述熔盐体系为碱金属、碱土金属、过渡金属的碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、氧化物、氢氧化物，硝酸盐、铝酸盐及它们的混合体；

将CO₂或经除尘脱硫的含CO₂的工业烟气通入300-850^oC的无机熔盐中，进行电解。