[发明专利]一种基于氨法脱碳及电催化还原利用的碳循环系统及方法

说明书

一种基于氨法脱碳及电催化还原利用的碳循环系统及方法，属于绿色能源应用技术领域。本发明为解决二氧化碳的捕集利用及转化存储问题。包括氨法脱碳系统、电催化还原系统、清洁能源回收系统及回炉调控系统；火电机组的锅炉尾端烟气通入氨法脱碳系统进行CO2脱除，产生的碳酸氢铵晶体及碳化液，处理后经由电催化还原系统催化还原，生成CO、甲酸等清洁能源；由清洁能源回收系统回收处理后，用于回炉调控及用于提供化学工业原料；回炉调控系统在火电机组处于高负荷运行时，提供清洁能源入炉，低负荷运行时将过剩的电能提供给电催化还原系统。本发明解决了电厂因清洁能源入网而产生的产能过剩问题，并能够形成有效的碳循环体制。本发明可用于各类火电机组。

技术领域

本发明涉及一种氨法脱碳及电催化还原利用的碳循环系统及方法，涉及脱碳、碳循环及绿色能源应用技术领域。

背景技术

据统计，2016年化石能源的消耗仍然占全球能源消费总量的85.5％，并且在短期内不会有明显变化。人类对于化石能源(煤炭、石油、天然气)的过度依赖导致温室气体排放中二氧化碳排放浓度上升至80万年来的最高水平，达到3.3百万吨。近年来，二氧化碳的排放量虽然增长速度变缓，但整体仍然呈直线上升趋势。2016年，中国已经成为世界第一大碳排放国，碳排量占比27.3％，超过第二位的美国近11.3个百分点(2016年BP世界能源统计年鉴)。为了解决这一现状，我国已于2015年签署《巴黎协议》，协议目标是2030年我国的二氧化碳排放量要比2005年下降60％-65％。因此，发展二氧化碳的捕集利用及转化存储技术，成为解决温室效应问题，达到协议目标的重要出路。

氨法脱碳技术一直以来都是CO₂捕集的重要工艺之一。其优点是：1、吸收剂不易被氧化降解；2、具有较高的CO₂吸收载荷；3、能耗低；4、无腐蚀问题。但是仍存在许多问题，如：1、氨逃逸2、再生能耗高3、反应后期吸收率低等。而新型氨法脱碳工艺可以解决传统工艺存在的问题，该工艺以乙醇为溶析剂，以降低碳化液的溶解度使其超过溶液过饱和度，产生晶体产物。以结晶产物再生实现二氧化碳的低能耗解析。主要有两种实施方法，分别为混合吸收剂法和溶析法，区别为混合吸收剂法是在吸收塔内加入溶析剂并结晶，而溶析法是在吸收塔外进行结晶。溶析法优点：1、过程可单独操作，便于强化结晶；2、结晶收率高；3、晶体粒径小，利于降低解压能耗。这两种实施方法的晶体产物均主要为碳酸氢铵，废液的主要成分为碳酸氢铵、碳酸铵、氨基甲酸铵和乙醇等。

结合我国电力现状处理脱碳产物是十分有前景的。中国石油经济技术研究院对2050年中国发电能源的预测中，显示在我国对清洁能源入网的大力支持下，清洁能源发电比例将占比50％以上。我国正在不断的寻找加强电网消纳清洁能源，有效缓解“弃水、弃风、弃光”状况的方法。截止目前，我国火电机组核准在建规模已高达1.9亿千瓦，出现了明显供大于求的现象。专家预测2020年后燃煤发电装机将达到峰值，那时将有上亿千瓦火电机组成为过剩产能，这将造成大量新建的燃煤发电机组设备闲置或低功率运行。同时，还会严重影响清洁能源发电企业的生产经营。

电催化还原二氧化碳的技术中，以不同电极材料的开发为主，常使用三电极体系。通过不同的电极，即不同的催化剂，将二氧化碳电催化转化为CO、甲酸、甲烷、甲醇等清洁能源。因所需电能较大，经济性受到限制，用于催化还原的原料二氧化碳需为高纯度的二氧化碳。因此，技术局限在实验室研究及机理研究上。结合以上现状，提出的一种新型氨法脱碳及电催化还原利用的碳循环技术势在必行。

发明内容

本发明为解决二氧化碳的捕集利用及转化存储问题，提供了一种基于氨法脱碳及电催化还原利用的碳循环系统及方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种基于氨法脱碳及电催化还原利用的碳循环系统，所述碳循环系统包括：氨法脱碳系统、电催化还原系统、清洁能源回收系统及回炉调控系统；