[发明专利]矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法

说明书

技术领域

本发明涉CO₂利用减排技术领域，特别涉及一种在利用CO₂制取碳酸氢钠或碳酸钠的同时对外提供电能的方法。

技术背景：

自工业革命以来，人类活动排放的以CO₂为主的温室气体已成为影响全球气候变化的主要因素。预计到2015年之前二氧化碳排放量的年均增长率为5.4％，2015年到2030年期间为3.3％，2030年中国的排放量将达到114亿吨，减少CO2排放已成为全球的共识。但据估计2005年到2030年间，煤、石油、天然气等化石燃料仍将是一次能源的主要来源，并在能源需求增长总量中占到84％，乐观估计到2035年全球CO₂排放量也将达到354亿吨，化石燃料消耗产生的CO₂将持续增长。

采取有效措施实现CO₂减排意义重大。本发明人提出了一种处理CO₂的新方法：CO₂矿化利用(CCU)，CCU着重强调CO₂的利用，目的是将CO₂作为资源转化为高附加值碳酸盐产物固定CO₂从而实现CO₂减排。基于此思想，本发明人先后开发完成了“高温法联产富钾溶液的CO₂矿化方法”、“催化法联产富钾溶液的CO₂矿化方法”、“利用石膏矿化CO₂联产硫酸的方法“、“矿化CO₂联产强酸的膜电解方法”、“利用氯化镁矿化CO₂制取碱式碳酸镁联产盐酸的方法”等CO₂矿化方法，这些方法都已申请了中国发明专利，因此本发明人在CO₂矿化领域已进行了比较深入的研究。

到目前为止，人们普遍认为煤、石油等化石燃料转变为CO₂便是能量释放的终点，同时普遍认为处理CO₂是一个耗能的化学过程，因此，许多关于CO₂的研究都致力于降低反应能耗，提高产物的附加值来实现矿化CO₂的经济可行性。然而几乎所有研究者都忽略了理论上从CO₂转变为更稳定的碳酸盐，其过程的△G<0，这意味着矿化过程是可以自发进行并有能量释放的。

碳酸氢钠可直接作为制药工业的原料，用于治疗胃酸过多。还可用于电影制片、鞣革、选矿、冶炼、金属热处理，以及用于纤维、橡胶工业等；同时用作羊毛的洗涤剂，以及用于农业浸种等；食品行业作为疏松剂，除可广泛用于生产饼干、糕点、馒头、面包等，还可用作黄油保存剂；消防器材中用于生产酸碱灭火机和泡沫灭火机；冶金工业用作浇铸钢锭的助熔剂；机械工业用作铸钢(翻砂)砂型的成型助剂；医药工业用作制酸剂的原料。碳酸氢钠用途极为广泛，同时碳酸氢钠约在50℃开始反应生成CO₂，在100℃全部变为碳酸钠，是一种方便快捷的制取碳酸钠的途径。碳酸钠(又称纯碱)是最重要的基础化工原料之一，被称为“化工之母”，其产量和消费量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。纯碱广泛用于建筑领域、化学工业、冶金工业、印染工业、制革工业、日化领域、食品工业。建筑领域的玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。化学工业用于制水玻璃、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用作浮选剂，炼钢和炼锑用作脱硫剂。印染工业用作软水剂。制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度。还用于生产合成洗涤剂添加剂三聚磷酸钠和其他磷酸钠盐等。食用级纯碱用于生产味精、面食等。近年来国内化工行业、冶金行业、电子行业、建材行业、装饰行业等快速发展，对纯碱需求也十分旺盛，使得中国纯碱产销量呈现连续、稳定的增长，行业开工率保持在90％以上。受下游产业快速增长拉动，预计未来几年中国纯碱将会继续保持较快增长。

目前，具有140多年历史的索尔维制碱法仍然是当今世界上最重要的化学制碱法。自从索尔维制碱法占据竞争优势至今100多年，尽管人们进行了多种尝试，但至今没有任何其它化学制碱法能与索尔维制碱法竞争，但其固有的原料利用率低、废液排放量大的缺点依然无法克服。其生产纯碱能耗约为9.3GJ/t-13.6GJ/t。其原料钠利用率只有75％左右，氯根利用率为0％，而且每生产1t纯碱就要排放10m³的废液。随着人类环保意识的增强以及更多天然碱资源的发现和开采技术的完善，传统化学制碱将愈来愈处于竞争劣势。