本發(fā)明涉及燃煤煙氣處理，具體涉及一種燃煤煙氣co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化的進(jìn)程，大量的化石燃料被消耗，導(dǎo)致大氣中二氧化碳的濃度增大，全球氣候日益變暖。因此，煙氣二氧化碳的捕集已成為應(yīng)對(duì)氣候變化和溫室效應(yīng)的重要戰(zhàn)略手段。同時(shí)，回收的二氧化碳可以通過不同的化學(xué)或生物途徑生成重要的含碳產(chǎn)品，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。燃煤電廠煙氣二氧化碳?xì)怏w排放的絕對(duì)數(shù)量，約占二氧化碳?xì)怏w排放總量的一半，是溫室氣體的最主要排放源。因此，燃煤電廠煙氣氧化碳?xì)怏w的減排與轉(zhuǎn)化利用將是燃煤發(fā)電未來可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一，且將刻不容緩。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于二氧化碳的捕集，以醇胺類為吸收劑的化學(xué)類吸收法技術(shù)相對(duì)成熟，但在其吸收劑再生過程中需要大量的蒸汽熱量，導(dǎo)致蒸汽動(dòng)力循環(huán)的效率較低，降低了燃煤機(jī)組的輸出功率，致使煙氣中二氧化碳化學(xué)吸收法捕集運(yùn)行費(fèi)用昂貴。另外醇胺類吸收劑在高溫下易分解，故對(duì)捕碳蒸汽的壓力和溫度有嚴(yán)格的要求，由此會(huì)產(chǎn)生抽蒸汽能級(jí)不匹配的問題，造成能量的浪費(fèi)。另外，目前的捕集系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集，捕集后的二氧化碳進(jìn)行需要儲(chǔ)存和運(yùn)輸后再轉(zhuǎn)化利用，無法實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化，無疑增加了二氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化利用的運(yùn)行成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種燃煤煙氣co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化，解決了co2捕集和轉(zhuǎn)化分為兩步進(jìn)行時(shí)的co2釋放、分離、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化過程的高能耗和系統(tǒng)復(fù)雜的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、在本發(fā)明的第一方面，提供了一種燃煤煙氣co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化系統(tǒng)，包括并聯(lián)設(shè)置的第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器內(nèi)均填充有捕集催化材料，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器均和h2儲(chǔ)罐、n2儲(chǔ)罐、ch4儲(chǔ)罐以及煙氣輸送管道相連，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器交替進(jìn)行co2捕集和co2轉(zhuǎn)化利用過程。

4、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器均與換熱器相連，所述換熱器內(nèi)通入高溫?zé)煔狻?/p>

5、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述捕集催化材料包括載體、co2吸附位點(diǎn)的組分和催化活性位點(diǎn)的金屬元素。

6、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述載體采用多孔材料ceo2、tio2、al2o3、sio2和zro2中的一種或幾種，所述co2吸附位點(diǎn)的組分采用na2o、mgo、li2o、cao、sro和bao中的一種或幾種，所述催化活性位點(diǎn)的金屬元素pt、pb、rh、ru、ni、fe和co中的一種或幾種。

7、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，進(jìn)行co2捕集過程的反應(yīng)器與煙氣管道和n2儲(chǔ)罐相連通，進(jìn)行co2轉(zhuǎn)化利用過程的反應(yīng)器與h2儲(chǔ)罐相連通進(jìn)行甲烷化；所述co2捕集過程和co2轉(zhuǎn)化利用過程的溫度控制在300-350℃。

8、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述捕集催化材料采用mgo吸附劑和ru/ceo2-al2o3催化劑的物理混合物，其制備方法為：

9、將4mgco3·mg(oh)2·5h2o、lino3、nano3和kno3加入去離子水中，攪拌得到的白色漿體，然后干燥煅燒得到mgo粉末；

10、將ce(no3)3·5h2o和al(no3)3·9h2o去離子水，先加入p123常溫下攪拌溶解，然后依次加入濃硝酸和檸檬酸，進(jìn)行超聲攪拌形成溶膠狀，密封放置一段時(shí)間后，進(jìn)行焙燒冷卻篩分，得到ceo2-al2o3載體；

11、將ceo2-al2o3載體加入rucl3溶液中，攪拌后蒸發(fā)水分，然后進(jìn)行干燥煅燒，最后在h2/n2氣氛下還原得到ru/ceo2-al2o3催化劑；

12、將mgo粉末和ru/ceo2-al2o3催化劑進(jìn)行機(jī)械摻混得到捕集催化材料。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述進(jìn)行co2捕集過程的反應(yīng)器與煙氣管道和n2儲(chǔ)罐相連通，進(jìn)行co2轉(zhuǎn)化利用過程的反應(yīng)器與ch4儲(chǔ)罐相連通進(jìn)行干重整；所述co2捕集過程和co2轉(zhuǎn)化利用過程的溫度控制在600-900℃。

14、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述捕集催化材料采用ni/caal雙功能材料，所述ni/caal雙功能材料的制備方法為：

15、將鎳、鈣和鋁乙酸鹽前驅(qū)體以及檸檬酸溶解于去離子水中；

16、將混合物在恒溫水浴中磁力攪拌，直至形成膠體混合物；

17、隨后將濕凝膠在進(jìn)行干燥煅燒，得到ni/caal雙功能材料。

18、在本發(fā)明的第二方面，提供了一種燃煤煙氣co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化系統(tǒng)的工作方法，包括：

19、向反應(yīng)器中通入h2和n2進(jìn)行預(yù)處理；

20、向反應(yīng)器中通入含有co2、n2、o2和h2o的潔凈煙氣，在捕集催化材料的作用下對(duì)煙氣中的co2吸附，進(jìn)行co2捕集過程；

21、待材料飽和后，停止通入煙氣；然后向反應(yīng)器中通入n2進(jìn)行吹掃；

22、吹掃完成后，向反應(yīng)器中通入h2和n2，將吸附的co2甲烷化，完成co2轉(zhuǎn)化利用過程；

23、所述第一反應(yīng)器進(jìn)行co2捕集過程時(shí)，第二反應(yīng)器進(jìn)行co2轉(zhuǎn)化利用過程，所述第一反應(yīng)器進(jìn)行co2轉(zhuǎn)化利用過程時(shí)，第二反應(yīng)器進(jìn)行co2捕集過程。

24、在本發(fā)明的第三方面，提供了一種燃煤煙氣co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化系統(tǒng)的工作方法，包括：

25、向反應(yīng)器中通入h2和n2進(jìn)行預(yù)處理；

26、向反應(yīng)器中通入含有co2、n2、o2和h2o的潔凈煙氣，在捕集催化材料的作用下對(duì)煙氣中的co2吸附，進(jìn)行co2捕集過程；

27、待材料飽和后，停止通入煙氣；然后向反應(yīng)器中通入n2進(jìn)行吹掃；

28、吹掃完成后，向反應(yīng)器中通入ch4，將吸附的co2與ch4進(jìn)行干重整，完成co2轉(zhuǎn)化利用過程；

29、所述第一反應(yīng)器進(jìn)行co2捕集過程時(shí)，第二反應(yīng)器進(jìn)行co2轉(zhuǎn)化利用過程，所述第一反應(yīng)器進(jìn)行co2轉(zhuǎn)化利用過程時(shí)，第二反應(yīng)器進(jìn)行co2捕集過程。

30、本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案具有以下有益效果：

31、(1)本發(fā)明提供的燃煤煙氣co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化系統(tǒng)，采用填充有捕集催化材料的反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)co2捕集與轉(zhuǎn)化利用一體化，解決了co2捕集和轉(zhuǎn)化分為兩步進(jìn)行時(shí)的co2釋放、分離、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化過程的高能耗和系統(tǒng)復(fù)雜的問題；通過設(shè)置的兩個(gè)反應(yīng)器交替進(jìn)行co2捕集和co2轉(zhuǎn)化利用過程，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行；同時(shí)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)甲烷化或干重整兩種co2轉(zhuǎn)化利用，提高該系統(tǒng)的實(shí)用性。

32、(2)本發(fā)明中提供的系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)屬于多種工藝單元的組合，既可以滿足單獨(dú)co2吸附或co2的甲烷化或ch4-co2的干重整過程，也可以滿足吸附-催化過程。通過程序的控制可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，減少人為因素的干擾。

33、(3)本發(fā)明采用的捕集催化雙功能材料允許使用單一材料和反應(yīng)器在一個(gè)溫度下進(jìn)行co2的捕獲和轉(zhuǎn)化，形成了從含o2煙氣中捕獲co2并將其催化轉(zhuǎn)化為燃料的技術(shù)路徑，為煙氣中co2的捕集和利用提供了一條經(jīng)濟(jì)高效的工藝路線。雙功能材料還可以選擇mg、ca元素含量高的粉煤灰、電石渣等無機(jī)固廢作為原料，通過高效的改性和金屬元素的修飾，實(shí)現(xiàn)無機(jī)固廢的資源利用。