[发明专利]二氧化碳高温捕集和原位转化为合成气的系统及方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳高温捕集和原位转化为合成气的系统及方法，其中系统包括气体输送和切换单元、吸附和转化塔、换热单元。其中，气体输送和切换单元包括分别输送高温烟道气和氢气的气泵、以及设置在所述吸附和转化塔上的多个流量调节阀门；吸附和转化塔内填充有具备吸附和催化双功能复合材料，在一定压力、相同温度下完成二氧化碳的吸附和原位转化；换热单元包括分别与吸附和转化塔对应的换热器和预热氢气的换热器，将高温烟道气进口温度控制在600～800℃的目标吸附温度，将吸附后的高温低碳烟气降温至50‑60℃的排放温度，将氢气预热，将二氧化碳还原转换后的高温合成气降温至50‑60℃储存，同时补充转化反应过程所需热量。

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集和转化利用技术领域。针对裂解炉高温烟道气，提供一种高温捕集二氧化碳和原位转化的系统和方法，即在填充吸附/催化双功能复合材料的塔中，通过高温烟道气和氢气的切换，实现同一塔中相同高温下二氧化碳的吸附捕集和原位转化，分别得到洁净的烟气和高附加值合成气的系统和方法。

背景技术

除了燃煤电厂产生大量温室气体二氧化碳，钢铁、水泥、石油化工等工业领域也产生大量的二氧化碳。例如乙烯工业生产采用烃类原料(乙烷和石脑油等)裂解而成，通常采用燃烧天然气对1700℃的裂解炉供能，每生产1吨乙烯将产生1～2吨二氧化碳。而仅2017年全球乙烯产能高达1.7亿吨，因此针对工业过程的碳排放控制已刻不容缓。

相比于电厂排放的烟气，工业裂解炉烟道气具有更高的温度，而传统二氧化碳捕集所采用的液态胺吸收技术或固体分子筛吸附技术等均在低温下进行，烟气必须经过多重热交换才能达到捕集要求，期间需要巨大的物质输送能耗和热量损耗。

针对工业碳排放高温特点，较佳方法为采用高温二氧化碳吸附剂和催化剂双功能材料，在同一反应塔中将捕集的二氧化碳立刻原位还原为高附加值产品。既避免了常温二氧化碳捕集需要将高温烟气降温、反应转化过程又需要升温的矛盾，又直接利用高温烟气提供反应温度，大幅度降低了能源消耗，且其中还原剂氢气，还可由石油化工生产过程产生大量副产品氢气提供。但直至目前，工业裂解炉烟道气中二氧化碳的高温捕集和转化系统和方法报道很少。

发明内容

本发明是为解决上述技术问题进行的，针对工业裂解炉烟道气二氧化碳控制排放，以石油化工乙烯裂解过程产生二氧化碳为典型案例，根据其烟道气具有更高的温度，二氧化碳分压低(7％-12％)，排放量随裂解原料气波动大等特征，提供裂解炉烟道气中二氧化碳高温捕集和原位转化为合成气的的系统和方法。

本发明的第一方面，提供一种二氧化碳高温捕集和原位转化为合成气的系统，包括：气体输送和切换单元、吸附和转化塔、换热单元。其中，气体输送和切换单元包括分别输送高温烟道气和氢气的气泵、以及设置在所述吸附和转化塔上的多个流量调节阀门；吸附和转化塔内填充有具备吸附和催化双功能复合材料，在一定压力、相同温度下完成二氧化碳的吸附和原位转化；换热单元包括分别与吸附和转化塔对应的换热器和预热氢气的换热器，将高温烟道气温度控制达到600～800℃的目标吸附温度，将氢气预热，将吸附后的高温低碳烟气或还原转换后的高温合成气降温至50-60℃排放或储存，同时补充转化反应过程所需热量。

优选的，本发明提供的二氧化碳高温捕集和原位转化系统中，具备吸附和催化双功能复合材料为氧化钙基双金属复合材料，粒径为0.2～0.3mm，包括吸附活性组分、催化活性组分以及助催化组分。

其中，吸附活性组分与催化活性组分及助催化组分加和之间的质量比为1:0.05～0.3，催化活性组分与助催化组分之间的重量比为1:0.2～1；吸附活性组分为CaO，催化活性组分包括金属铁氧化物，助催化组分包括Co、Ni以及Mn中的任意一种或多种的组合。