本發(fā)明屬于煤氣二氧化碳捕集及利用，具體涉及一種基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝。

背景技術(shù)：

1、隨著化石燃料的廣泛使用和工業(yè)活動(dòng)的增加，全球二氧化碳排放量逐年升高，為減緩氣候變化帶來的負(fù)面影響，碳捕集、利用(ccu)技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)具有工業(yè)應(yīng)用潛力的解決方案。在各種ccu技術(shù)中，化學(xué)吸收法因其選擇性強(qiáng)、使用范圍廣而備受關(guān)注，已成為燃燒后捕集二氧化碳的主流技術(shù)之一。然而，化學(xué)吸收法需要經(jīng)歷再生和捕集壓縮等步驟，繁瑣的步驟帶來的是能耗高，因此，優(yōu)化二氧化碳的轉(zhuǎn)化途徑，成為推動(dòng)該技術(shù)向前發(fā)展的重要關(guān)鍵，需要在技術(shù)研發(fā)中得到更多的關(guān)注和投入。

2、cn110305704a公開了一種耦合新能源低能耗實(shí)現(xiàn)co2捕捉與利用的系統(tǒng)及其方法，該發(fā)明利用固體吸附劑將co2捕集與利用相結(jié)合，所述方法使用鈣基吸收劑作為反應(yīng)催化劑吸收co2之后進(jìn)行co2甲烷化。但該方案吸收量少且不穩(wěn)定，難以應(yīng)用于處理高爐煤氣。

3、cn112981438a公開了一種co2電解制合成氣系統(tǒng)，所述方法將堿性溶液作為電解液，優(yōu)選堿金屬的碳酸氫鹽(mhco3)或碳酸鹽(m2co3)電解液，通過改變反應(yīng)條件制合成氣，該方法僅包含co2利用過程，需要持續(xù)通入純co2氣體進(jìn)行電解，與co2捕集相分離，能耗高，成本高。

4、鋼鐵冶煉過程產(chǎn)生的煤氣中含有6～22％的co2，假如能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)，該舉措無疑將利于減少碳排放，但現(xiàn)有技術(shù)所公開的co2捕集方法都限制了其在煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)中的應(yīng)用，而如何簡(jiǎn)單高效地除去煤氣中的co2并實(shí)現(xiàn)煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)，本領(lǐng)域中尚無相關(guān)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝。本發(fā)明通過伯胺和/或仲胺溶液捕集二氧化碳，降低再生能耗，將捕集液作為電解液進(jìn)行電解，將二氧化碳捕集和吸收相結(jié)合，即為二氧化碳捕集利用一體化，在高爐反應(yīng)中，直接將煤氣進(jìn)行有機(jī)胺捕集之后經(jīng)過原位電解，利用改進(jìn)的電解工藝加速co/h2還原氣與脫碳后的煤氣混合后返回冶煉過程進(jìn)行循環(huán)利用，從而提高循環(huán)煤氣的還原性能，代替焦炭作為還原劑，減少焦炭的使用，減少碳排放，充分實(shí)現(xiàn)煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)利用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，包括以下步驟：

4、將煤氣通入含伯胺和/或仲胺吸收液的吸收塔中進(jìn)行脫碳，脫碳后吸收液(即富碳溶液)泵入陰極負(fù)載有電解催化劑的電解池中，通過電解生成co/h2還原氣并完成再生，再生的吸收液(即貧碳溶液)返回吸收塔重復(fù)使用，生成的co/h2還原氣與脫碳后的煤氣共同返回冶煉過程繼續(xù)使用；

5、所述電解催化劑由活性組分和載體組成，其中，活性組分為in、au和ag中的一種或多種；所述載體為zro2、tio2和wo3中的一種或多種。

6、in、au和ag為傾向于生成co的貴金屬。

7、基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝的流程圖見圖1。

8、現(xiàn)有技術(shù)中雖然存在利用有機(jī)胺吸收co2并電解產(chǎn)生co/h2還原氣的方法，但電解過程中所用電催化劑為貴金屬，且電解效率緩慢，而緩慢的電解效率難以及時(shí)處理co2的吸收液，阻礙了有機(jī)胺吸收co2并電解產(chǎn)生co/h2還原氣在煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)中的應(yīng)用，本發(fā)明通過改進(jìn)電催化劑，不僅降低了電催化劑成本，更大大加快了co2吸收液的電解效率，可以實(shí)現(xiàn)co2吸收液的循環(huán)，使用伯胺和/或仲胺的吸收液吸收co2，再利用特定的電催化劑催化氨基甲酸酯解吸c(diǎn)o2，加速co2的吸收轉(zhuǎn)化，從而提升co/h2比例，提升循環(huán)煤氣的還原性能，降低焦炭用量、減少碳排放，實(shí)現(xiàn)煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)利用。

9、優(yōu)選地，所述煤氣包括高爐煤氣或豎爐煤氣。

10、優(yōu)選地，所述伯胺包括一乙醇胺(mea)和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)；所述仲胺包括二乙醇胺(eda)。

11、優(yōu)選地，所述含伯胺和/或仲胺吸收液中伯胺和/或仲胺的濃度為1～5mol/l。

12、優(yōu)選地，所述電解催化劑中活性組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～80％。

13、優(yōu)選地，所述電解的過程中溫度為10～60℃，施加的電壓為0～-2v?vs.rhe。

14、優(yōu)選地，所述co/h2還原氣在陰極上方排出，與脫碳后的煤氣混合返回冶煉過程進(jìn)行循環(huán)利用。

15、優(yōu)選地，所述co/h2還原氣在陰極上方排出，與脫碳后的煤氣混合返回冶煉過程進(jìn)行循環(huán)利用。

16、通常脫碳后的煤氣中co占30～40vol.％，h2占3～5vol.％，通過改進(jìn)電解工藝加速co/h2還原氣的產(chǎn)生后，循環(huán)煤氣中co占比為35～45％，h2占比為13～17％，即循環(huán)氣中co/h2體積比應(yīng)為2.3～3.4，從而提升了循環(huán)煤氣的還原性能，可降低10～30％焦炭用量，降低50～95％碳排放量以及降低100～196kj/mol的捕集能耗。

17、本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

18、本發(fā)明通過含伯胺和/或仲胺吸收液吸收煤氣中的co2生成氨基甲酸酯和質(zhì)子化胺，在電解池陰極中通過電催化反應(yīng)斷裂氨基甲酸酯的c-n鍵，同時(shí)質(zhì)子化胺吸收質(zhì)子完成有機(jī)胺再生過程，返回吸收塔重復(fù)使用，電解產(chǎn)物co/h2還原氣為可燃?xì)怏w，可以重新作為冶煉的能源物質(zhì)，提升循環(huán)煤氣的還原性，從而降低焦炭的使用，降低高爐冶煉成本。

19、本發(fā)明提供的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)，減少冶煉過程中的碳排放，同時(shí)過程中無高耗能步驟。本發(fā)明提供的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝節(jié)能減排，有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，所述煤氣包括高爐煤氣或豎爐煤氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，所述伯胺包括一乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述仲胺包括二乙醇胺。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，所述含伯胺和/或仲胺吸收液中伯胺和/或仲胺的濃度為1～5mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，所述電解催化劑中活性組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～80％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，所述電解的過程中溫度為10～60℃，施加的電壓為0～-2v?vs.rhe。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于co2吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，其特征在于，所述co/h2還原氣在陰極上方排出，與脫碳后的煤氣混合返回冶煉過程進(jìn)行循環(huán)利用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于CO<subgt;2</subgt;吸收電催化一體化的煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)工藝，屬于煤氣二氧化碳捕集及利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過伯胺和/或仲胺溶液對(duì)煤氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集，對(duì)吸收液進(jìn)行電催化還原制備CO/H<subgt;2</subgt;還原氣，吸收液在電催化還原過程中完成再生，實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕集利用一體化，精簡(jiǎn)流程，降低捕集能耗，利用改進(jìn)的電解工藝加速CO/H<subgt;2</subgt;還原氣的產(chǎn)生與脫碳后的煤氣混合后返回冶煉過程進(jìn)行循環(huán)利用，從而提高循環(huán)煤氣的還原性能，代替焦炭作為還原劑，減少焦炭的使用，減少碳排放，充分實(shí)現(xiàn)煤氣碳質(zhì)組分全循環(huán)利用。

技術(shù)研發(fā)人員：朱廷鈺,徐文青,王少娜,楊陽,耿鏨卜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6