一种工业co2回收利用的减排方法
阅读说明：本技术 一种工业co2回收利用的减排方法 (Industrial CO2Emission reduction method for recycling ) 是由 薛以诺 孙玉倩 于 2021-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于工业碳减排技术领域,具体公开了一种工业CO-(2)回收利用的减排方法。本发明采用生石灰对工业排放的CO-(2)进行固定,生成碳酸钙固块。然后将碳酸钙固块与碳源混合加热,再生成CO-(2)和CaO,在高温条件下,CaO与C反应生成电石,用于后续制备乙烯；CO-(2)与碳源、水蒸气反应生成CO和H-(2)。本发明实现了工业CO-(2)的零排放,达到了二氧化碳减排的目的,同时可以以极低的成本生产乙烯。(The invention belongs to the technical field of industrial carbon emission reduction, and particularly discloses industrial CO 2 An emission reduction method for recycling. The invention adopts the quicklime to treat CO discharged by industry 2 Fixing to produce calcium carbonate blocks. Then mixing and heating the calcium carbonate solid block and a carbon source to generate CO 2 And CaO, wherein the CaO reacts with the C to generate calcium carbide under the high-temperature condition,for the subsequent preparation of ethylene; CO 2 2 Reacting with carbon source and water vapor to generate CO and H 2 . The invention realizes industrial CO 2 The zero emission of the catalyst is realized, the aim of reducing the emission of carbon dioxide is fulfilled, and the ethylene can be produced at extremely low cost.)
技术领域
本发明涉及工业碳减排技术领域，尤其涉及一种工业CO2回收利用的减排方法。
背景技术
目前国家正在大力提倡，并全面落实碳中和以及碳达峰战略。煤炭行业所排放的CO2占有最大的比例。但是针对当前国内CO2排放最大的是火力发电，还包括金属冶炼以及化工生产等行业，但是行业内至今未能找到真正的有效方法来降低CO2的排放。
目前行业内能够做到的，一个是限制CO2排放大户的日常生产，以实现CO2排放的减少。但这是以牺牲了企业和社会发展为代价，不能够长久；再就是个别企业进行了部分CO2的捕捉，将所捕捉到的CO2加以利用，主要包括加工成食品级CO2制造碳酸饮料，或者将CO2注入到油井内或地下，以期获得地下较深的原油等。这些方式所能够使用的CO2在整体CO2排放中占比很小，并且很快就以CO2的方式重新排放出来，做不到真正的CO2减排。所以整体上来看，当前行业内至今没有实现CO2回收的真正方法。
因此，如何提供一种工业CO2回收利用的减排方法，提高CO2的处理量，使其深加工为附加值更高的产品，防止处理后再以CO2的形式排放是本领域亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种工业CO2回收利用的减排方法，本发明适用于热电厂、钢铁厂、化工厂等需要大量排放CO2场地的处理，能够将CO2转化为附加值更高的产品。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种工业CO2回收利用的减排方法，所述方法具体包括如下步骤：
1)采用CaO对CO2进行固定，得到CaCO3固块，具体参见反应方程式(1)；
2)将步骤1)得到的CaCO3固块与碳源混合，然后通入氧气和水蒸气，加热，部分碳源与通入的氧气发生氧化反应进行放热，具体参见反应方程式(2)，通入氧气的量并不足以使碳源全部氧化；随着温度的升高CaCO3固块分解为CaO和CO2，具体参见反应方程式(3)，随着碳源氧化反应的进行，温度继续上升，上升到一定温度后，炉内物质继续发生反应，生成CaC2、CO和H2；
3)生成的CO和H2用于甲醇、甲烷或乙醇的加工；CaC2与水反应生成乙炔和Ca(OH)2，实现CO2的回收利用。
优选的，步骤1)中CaO与CO2的摩尔比为1.1～1.2：1。
优选的，步骤1)中CaO以雾化方式喷入CO2气氛中。
优选的，步骤2)中的碳源为块煤、兰炭和焦炭中的一种或多种；其中碳源的粒径为6～100mm。
优选的，步骤2)中碳源与CaCO3固块的质量比为4.5～6：1。
优选的，碳源和氧气的摩尔比为3.5～6:1；碳源和水蒸气的摩尔比为1～2:2。
优选的，所述步骤2)中升温至880～910℃时，CaCO3固块分解；随着反应进行，温度继续上升，升温至2000～2200℃时CaO与碳源反应生成CaC2和CO，具体参见反应方程式(4)；同时碳源与水蒸气反应生成为CO和H2参见反应方程式(5)，碳源与CO2反应生成为CO，参见反应方程式(6)。
优选的，生成的CO和H2用于甲醇或甲烷的加工。
优选的，生成的电石与水反应生成乙炔和Ca(OH)2，参见反应方程式(7)，乙炔加工制备乙烯。
优选的，Ca(OH)2加热脱水后得到CaO，经处理继续投入步骤1)使用。
CaO+CO2＝CaCO3 (1)
C+O2＝CO2 (2)
CaCO3＝CaO+CO2↑ (3)
CaO+3C＝CaC2+CO↑(4)
C+H2O＝CO+H2 (5)
C+CO2＝2CO (6)
CaC2+2H2O＝Ca(OH)2+C2H2↑ (7)
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本工艺前端将碳排放企业所要排放的CO2全部用CaO进行了回收，并以固体CaCO3形式进行提取固化，避免了CO2的逃逸。后续进一步将所捕获的CO2充分反应成了CO和H2，并将进一步用于化工生产，实现了CO2的全部回收利用。
吸收CO2用到的CaO经过加工生产成了电石CaC2，进一步生成了Ca(OH)2和C2H2，并最终生成了CaO和聚乙烯(C2H4)n，实现了CaO的循环使用。更进一步的，开辟了一条制造聚乙烯的新的工艺路线。由于CO2排放量的巨大，最终获得的聚乙烯也将会是巨量的。由于前端以CO2废气为原料，使得此工艺生产聚乙烯的成本远远低于现有传统煤化工和石油化工生产聚乙烯的成本，为完全替代煤化工和石油化工生产聚乙烯提供技术支撑。
由于此工艺将现有生产企业CO2的排放完全进行了回收，并没有新的CO2排放，实现了真正意义的CO2零排放。一旦在全国范围内成功应用，将在极短的时间内实现我国CO2排放量的大幅下降，将大幅加快我国实现碳达峰的目标。同时由于此工艺可以延伸，能够实现以极低的成本生产聚乙烯，大范围应用后，必将改变我国乃至全世界聚乙烯的产生态势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为实施例1的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种工业CO2回收利用的减排方法，具体操作步骤如下：
1)采用CaO对CO2进行固定，得到CaCO3固块；
2)将步骤1)得到的CaCO3固块与碳源混合，然后通入氧气和水蒸气，加热，碳源发生氧化反应，温度上升，CaCO3分解为CaO和CO2，随着反应进行，温度继续上升，上升到一定温度后，炉内物质继续发生反应，生成CaC2、CO和H2；
3)生成的CO和H2用于甲醇、甲烷或乙醇的加工；CaC2与水反应生成乙炔和Ca(OH)2，实现CO2的回收利用。
在本发明中，步骤1)中CaO与CO2的摩尔比为1.1～1.2：1；优选为1.1：1。
在本发明中，步骤1)中CaO以雾化方式喷入CO2气氛中。
在本发明中，步骤2)中的碳源为块煤、兰炭和焦炭中的一种或多种；其中碳源的粒径为6～100mm；优选为20～60；进一步优选为50mm。
在本发明中，步骤2)中碳源与CaCO3固块的质量比为4.5～6：1；优选为4.8～6：1；进一步优选为5：1。
在本发明中，碳源和氧气的摩尔比为3.5～6:1；碳源和水蒸气的摩尔比为1～2:2；优选为碳源和氧气的摩尔比为5:1；碳源和水蒸气的摩尔比为1.6:2。
在本发明中，步骤2)中的反应炉为电石发生反应装置炉。
在本发明中，炉内压力可设定为常压，也可以根据需要加压到5.0MPa(g)或更高。
在本发明中，步骤3)中升温至880～910℃时，CaCO3固块分解；优选为900℃；
在本发明中，步骤3)中继续升温至2000～2200℃时CaO与C反应生成CaC2和CO；同时C与水蒸气和CO2反应生成为CO和H2，优选为继续升温温度为2100℃。
在本发明中，生成的CO和H2用于甲醇或甲烷的加工。
在本发明中，生成的电石与水反应生成乙炔和Ca(OH)2，乙炔加工制备乙烯。
在本发明中，Ca(OH)2加热脱水后得到CaO，经处理继续投入步骤1)使用。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将热电厂需要排放的CO2直接用管道全部输送至我方工艺界区内。将CaO以雾化方式喷入CO2输送管道，其中CaO与CO2的摩尔比为1.1：1，CO2完全转化生成为CaCO3，并以固块方式沉降下来，完成将CO2全部固化吸收，实现了CO2的零排放。
将吸收CO2生成的CaCO3固块，按照1：5的比例与50mm块煤进行混合，然后投入到反应炉中。压力设定为常压，在炉内按与碳源5:1的比例通入氧气，以及1.6:2的比例水蒸汽。块煤与氧气在炉内发生剧烈的氧化反应，生成CO2，并释放出大量的热。在加热温度达到900℃时，CaCO3固块开始分解，生成CaO和CO2。当发生炉温度升到2100℃时，CaO与C反应生成电石CaC2和CO。同时块煤和CO2与水蒸汽生成CO和H2。高温下，CaC2以熔融态从发生炉下部流出，同时少量灰渣也一起流出。将灰渣过滤分拣后，能够得到电石产品。CO和H2从发生炉上部送出，同时带出少量水蒸汽和H2S等气体。对发生炉所产气体进行净化，最终可以得到CO和H2，用于进一步的加工制备甲醇。
将所生成的电石与水充分反应，得到了熟石灰Ca(OH)2和乙炔C2H2。乙炔C2H2进一步加工成乙烯C2H4，进入烯烃深加工领域。熟石灰Ca(OH)2加热脱水后，又可以得到CaO。最后将CaO继续投入到工艺前端，进行CO2的回收。实现了在固定量CaO的循环利用的前提下，将所有的CO2全部进行了回收，并且在后续工艺里面，没有新的CO2排放。完全实现了CO2的回收，并避免了新的排放。
本实施例的工艺流程图如图1所示。
实施例2
将钢铁厂需要排放的CO2直接用管道全部输送至我方工艺界区内。将CaO以雾化方式喷入CO2输送管道，其中CaO与CO2的摩尔比为1.1：1，CO2完全转化生成为CaCO3，并以固块方式沉降下来，完成将CO2全部固化吸收，实现了CO2的零排放。
将吸收CO2生成的CaCO3固块，按照1：4.5的比例与6mm兰炭进行混合，然后投入到反应炉中。压力设定为常压，在炉内通入按与碳源3.5:1的比例通入氧气，以及按1:2的比例通入水蒸汽。兰炭与氧气在炉内发生剧烈的氧化反应，生成CO2，并释放出大量的热。在加热温度达到880℃时，CaCO3固块开始分解，生成CaO和CO2。当发生炉温度升到2000℃时，CaO与C反应生成电石CaC2和CO。同时兰炭和CO2与水蒸汽生成CO和H2。高温下，CaC2以熔融态从发生炉下部流出，同时少量灰渣也一起流出。将灰渣过滤分拣后，能够得到电石产品。CO和H2从发生炉上部送出，同时带出少量水蒸汽和H2S等气体。对发生炉所产气体进行净化，最终可以得到CO和H2，用于进一步的加工制备甲烷。
将所生成的电石与水充分反应，得到了熟石灰Ca(OH)2和乙炔C2H2。乙炔C2H2进一步加工成乙烯C2H4，进一步加工为聚乙烯。熟石灰Ca(OH)2加热脱水后，又可以得到CaO。最后将CaO继续投入到工艺前端，进行CO2的回收。实现了在固定量CaO的循环利用的前提下，将所有的CO2全部进行了回收，并且在后续工艺里面，没有新的CO2排放。完全实现了CO2的回收，并避免了新的排放。
实施例3
将化工厂需要排放的CO2直接用管道全部输送至我方工艺界区内。将CaO以雾化方式喷入CO2输送管道，其中CaO与CO2的摩尔比为1.2：1，CO2完全转化生成为CaCO3，并以固块方式沉降下来，完成将CO2全部固化吸收，实现了CO2的零排放。
将吸收CO2生成的CaCO3固块，按照1：6的比例与100mm焦炭进行混合，然后投入到反应炉中。压力设定为常压，在炉内按与碳源6:1的比例通入氧气，以及按1:1的比例通入水蒸汽。焦炭与氧气在炉内发生剧烈的氧化反应，生成CO2，并释放出大量的热。在加热温度达到910℃时，CaCO3固块开始分解，生成CaO和CO2。当发生炉温度升到2200℃时，CaO与C反应生成电石CaC2和CO。同时焦炭和CO2与水蒸汽生成CO和H2。高温下，CaC2以熔融态从发生炉下部流出，同时少量灰渣也一起流出。将灰渣过滤分拣后，能够得到电石产品。CO和H2从发生炉上部送出，同时带出少量水蒸汽和H2S等气体。对发生炉所产气体进行净化，最终可以得到CO和H2，用于进一步的加工制备甲醇。
将所生成的电石与水充分反应，得到了熟石灰Ca(OH)2和乙炔C2H2。乙炔C2H2进一步加工成乙烯C2H4，进入烯烃深加工领域。熟石灰Ca(OH)2加热脱水后，又可以得到CaO。最后将CaO继续投入到工艺前端，进行CO2的回收。实现了在固定量CaO的循环利用的前提下，将所有的CO2全部进行了回收，并且在后续工艺里面，没有新的CO2排放。完全实现了CO2的回收，并避免了新的排放。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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