[发明专利]一种吸收二氧化碳气体的工业固碳系统及方法

说明书

本发明涉及一种吸收二氧化碳气体的工业固碳系统及方法。本发明的工业固碳系统包括供氢单元，硫酸钠还原单元，硫化钠溶液吸收二氧化碳单元，碳酸钠处理单元，硫化氢处理单元，硫酸制盐酸单元，本发明将硫酸钠，氯化钠，氢气，水经过合理的工艺设计生产出大、小苏打，硫磺，硫酸，盐酸，通过硫化钠溶液吸收二氧化碳析出硫化氢实现二氧化碳化学固碳；硫化氢转化为硫酸并与氯化钠反应制得硫酸钠。本发明原料来源广泛，产物储存容易，不存在有机碳载体的来源和制造过程限制；且能作为工业基础原料；全过程无压缩、脱附、再生等高耗能工艺；可为加快碳中和工业化提供可能途径；实现了二氧化碳捕集和固化工艺的一步化和装置的集成一体化。

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕获和储存技术领域，具体涉及一种吸收二氧化碳气体的工业固碳系统及方法。

背景技术

为实现碳减排，中国着力发展太阳能和风能可再生能源，目的是实现电力能源脱碳，从源头大幅减少二氧化碳排放。目前由于风能和太阳能经常面临调峰困难，弃电现象时有发生，日益紧迫的碳减排要求和清洁能源的弃之不用，形成了当下突出能源矛盾。除了碳减排外，实现碳中和的必要手段是二氧化碳的人工移出，例如碳汇和二氧化碳捕集与封存（CCUS）。虽然大力发展风电、太阳能和核电能够减少燃煤发电二氧化碳的排放，但如果能将目前工业集中排放的二氧化碳进行固化或者封存，将会大幅减少大气中二氧化碳的排放。为充分利用洁净电能，电解水制氢成为变相储电的一条途径，利用氢气实现二氧化碳的捕集和封存，将形成闭环的零碳CCUS工业链，有助于早日实现人类碳中和目标。

2000年以来，CCUS一直着重研究化学吸收和再生过程的设计优化，如吸收剂设计、传质设备强化设计、吸收-矿化工艺设计等相关工作，从地球全生命周期内的化学元素循环和系统能量平衡角度出发，开发和集成二氧化碳捕集工艺系统，才是真正实现碳捕集与封存（CCUS）的方法。当前人类二氧化碳排放强度已达每年364亿吨，为按期实现碳中和目标，开发出原料广泛的二氧化碳的载体、低能耗、低成本的捕集和储存工业固碳方法，是实现“碳中和”的迫切任务。本方法利用电能或者氢能，利用储量丰富的硫酸钠及氯化钠为原料生产出硫化钠，通过硫化钠溶液吸收二氧化碳形成碳酸钠和硫化氢，再将硫化氢气体转化为固体硫磺或者液体硫酸，碳酸钠可进一步吸收二氧化碳转化为碳酸氢钠，同时副产出液相硫酸或者固相硫磺产品，硫酸与氯化钠反应可得到硫酸钠和盐酸，固体硫酸钠可送至硫酸钠还原步骤，实现了以氯化钠为原料，经硫酸钠转化硫化钠，衔接到二氧化碳捕集循环流程。本方法充分利用洁净电能和氢能，实现了将气相中二氧化碳捕集并储存于固相碳酸钠或碳酸氢钠的目的，形成工业化的低碳CCUS产业链集成系统，同时也是一种创新的纯碱、小苏打、硫磺、硫酸和盐酸的工业生产方法，提高了CCUS工业价值低零价值，并且可充分利用工业上大量副产且难以资源化利用的硫酸钠和氯化钠产品，达到了一举多得的工业和环保效果。

现有碳捕集和固化一体化CCUS专利技术，如大多集中在生物法，如利用藻类，细菌等载体，本质上是利用了生物的光能自养或者光能异氧转化二氧化碳的生物特点；非生物法的碳捕集和固化一体化专利技术大多采用碳酸钠和氢氧化钠方法。例如武汉凯迪电力股份有限公司曾在CN201010510906.X专利中用碳酸钠吸收富集和分离二氧化碳；杭州森井大气环境科技有限公司在CN201310038441.6中利用碳酸钠和活化剂进行二氧化碳捕集与热解；中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司在CN202121202342.3实用新型中以碳酸钠和氢氧化钠为原料进行二氧化碳吸收固化铺集；北京科技大学在CN201810686953.6专利中公开了一种利用氢氧化钠及碳酸钠捕集二氧化碳的方法，但这两些方法均为单一的运用烧碱和纯碱进行化学吸收二氧化碳，如果两碱需外购且用量巨大，那么此类方法的可靠性、经济性和低碳性将存在巨大不确定性。阿尔斯通技术有限公司在CN201410021763.4集成二氧化碳捕获与氨碱法生产碳酸钠的工艺流程，但究其方法仍然是侯德榜发明的候氏制碱工艺，不难发现该过程使用了氨，氨的生产需要排放更多的二氧化碳。因此必须解决碱的来源，同时还要杜绝碱的生产环节来源中额外排出的二氧化碳，才是真正意义的碳中和方法。

发明内容