耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统及方法与流程

本发明属于气体净化分离，具体涉及一种耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统及方法。

背景技术：

1、二氧化碳(co2)是导致全球气候变暖的主要温室气体，co2的捕集、利用及封存已成为国际社会关注的热点课题之一。我国燃煤发电co2排放量约占工业总排放量的50％，燃煤电厂烟气中co2的捕集分离是温室气体减排的重要领域。此外，炼钢、水泥、化工(如合成氨、制氢、天然气净化)等工业领域也存在大量co2捕集或分离过程。捕集co2的方法主要有吸收法、吸附法、膜分离、低温分离等，其中吸收法是目前最为成熟和有望实现大规模商业化应用的co2捕集分离技术。

2、现有的co2吸收法捕集分离方法，仅仅进行co2的捕集，在应用过程中的能耗和运行成本较高，尤其是吸收剂再生所消耗的蒸汽热能在整个系统能耗中占到了绝大比重，不符合绿色环保的理念。另外，在电解再生环节，所消耗电能仅用于吸收剂再生，能量利用效率较低。

3、针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统及方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统及方法。

2、本发明的一方面提供一种耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统，包括设置有吸收剂的吸收模块、具有电解吸单元和气液分离单元的再生模块和纯化模块；

3、所述吸收模块用于与含二氧化碳的烟气相连通，以通过所述吸收剂吸收烟气中的二氧化碳；

4、所述再生模块和所述纯化模块选择性地与所述吸收模块相连通，以基于所述吸收模块内的所述吸收剂的有效浓度选择性地对所述吸收剂进行再生和纯化；其中，

5、所述电解吸单元包括分隔设置的第一阳极室和第一阴极室，其中，所述第一阳极室内设置有粗铜阳极，所述第一阴极室内设置有精炼铜阴极；

6、所述吸收模块的第一出口通过第一吸收液管道与所述第一阳极室的入口相连通，所述吸收模块的第二出口与净化气体管道相连通；所述气液分离单元的入口与所述第一阳极室相连通，所述气液分离单元的第一出口与所述第一阴极室相连通，所述气液分离单元的第二出口与排气管道相连通，以排出分离后的二氧化碳；

7、所述第一阴极室的出口通过第一吸收剂管道与所述吸收模块的第二入口相连通，以向所述吸收模块内提供吸收剂。

8、可选的，所述第一吸收液管道上设置有第一控制阀，所述第一吸收剂管道上设置有第二控制阀。

9、可选的，所述纯化模块包括储液罐和电解纯化槽；

10、所述电解纯化槽设置有间隔设置的第二阳极室和第二阴极室；

11、所述第二阴极室的入口通过第二吸收液管道与所述吸收模块的第一出口相连通，以将待纯化吸收剂输送至所述第二阴极室，使所述待纯化吸收剂发生电沉积作用，以析出所述待纯化吸收剂内的金属离子，得到纯化后的吸收剂；

12、所述第二阴极室的出口通过第二吸收剂管道与所述吸收模块的第二入口相连通，以将纯化后的吸收剂输送至所述吸收模块；

13、所述储液罐的出口与所述第二阳极室的入口相连通，所述第二阳极室的出口与所述储液罐的入口相连通，以向所述电解纯化槽内提供电解质溶液。

14、可选的，所述第二吸收液管道上设置有第三控制阀，所述第二吸收剂管道上设置第四控制阀。

15、可选的，还包括淋洗模块；

16、所述淋洗模块的第一入口通过所述净化气体管道与所述吸收模块的第二出口相连通；

17、所述淋洗模块的第二入口用于与淋洗水源相连通；

18、所述淋洗模块的第一出口与气体排放管道相连通。

19、可选的，还包括脱硫模块；

20、所述脱硫模块的第一入口用于与含二氧化碳的烟气相连通，所述脱硫模块的第一出口与所述吸收模块的第一入口相连通；

21、所述脱硫模块的第二入口与所述淋洗模块的第二出口相连通；

22、所述脱硫模块的回流出口与所述淋洗模块的回流入口相连通。

23、可选的，还包括回收模块；

24、所述回收模块的入口与所述脱硫模块的回流出口相连通，以在所述脱硫模块内的脱硫液达到饱和时，将所述脱硫模块内的液态物质输送至所述回收模块中进行处理。

25、可选的，还包括第一热交换模块和第二热交换模块；

26、所述第一热交换模块分别与所述淋洗模块和所述脱硫模块相连通，用于所述淋洗模块和所述脱硫模块之间的热交换；

27、所述第二热交换模块分别与所述吸收模块和所述电解吸单元相连通，用于所述吸收模块和所述电解吸单元之间的热交换。

28、可选的，所述气液分离单元包括闪蒸罐和冷凝器；

29、所述闪蒸罐的气液混合物入口与所述第一阳极室的出口相连通，所述冷凝器的待冷凝气体入口与所述闪蒸罐的待冷凝气体出口连通，所述闪蒸罐的冷凝液入口与所述冷凝器的冷凝液出口连通，所述第一阴极室的入口和所述闪蒸罐的分离液出口连通；

30、所述冷凝器的顶部与所述排气管道相连通，用于排出分离后的二氧化碳。

31、本发明的另一方面提供一种耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化方法，采用前文所述的耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统，所述方法包括：

32、步骤s1，将含二氧化碳的烟气输送至所述吸收模块，通过所述吸收模块中的吸收剂对烟气中的二氧化碳进行吸收，得到吸收液和净化气体；

33、步骤s2，将所述吸收液输送至所述电解吸单元的所述第一阳极室中，在所述粗铜阳极的作用下对所述吸收液进行解吸，其中，所述粗铜阳极中比金属铜活泼的元素溶解到所述吸收液内，得到含有铜/氨配位化合物和二氧化碳的气液混合物；

34、步骤s3，通过所述气液分离单元对所述气液混合物进行气液分离处理，得到二氧化碳气体和分离液；

35、步骤s4，将所述分离液输送至所述电解吸单元的所述第一阴极室中，使得所述分离液内的铜离子在所述精炼铜阴极的作用下发生电沉积作用，得到精炼铜和吸收剂；

36、步骤s5，将所述第一阴极室的所述吸收剂输送至所述吸收模块中，以继续进行烟气中二氧化碳的吸收，实现吸收剂的再生；其中，在所述吸收剂的有效浓度低于预设浓度时，将所述再生模块与所述吸收模块断开，并将所述纯化模块与所述吸收模块相连通，以对吸收剂进行纯化；在所述吸收剂的有效浓度达到预设浓度时，将所述纯化模块与所述吸收模块断开，并将所述再生模块与所述吸收模块相连通。

37、本发明的耦合金属精炼的二氧化碳捕集及吸收剂纯化系统及方法，本发明的系统采用电循环碳捕获的方式，将二氧化碳的捕集、金属铜精炼过程以及吸收剂的纯化过程进行耦合，能源效率更高、能耗更低、运行成本更低；二氧化碳富液依次进入第一阳极室和第一阴极室，提高二氧化碳富液的再生效率；通第一阴极室的电沉积作用产生的吸收剂再次进入至吸收模块进行二氧化碳的吸收，实现氨的循环使用和沉积金属的回收，具有低的能耗需求与低的运营成本，提高整个体系的循环效率；二氧化碳捕集率/脱碳率较高，排出的二氧化碳产品的纯度较高；在吸收二氧化碳的同时还可以实现金属铜的精炼，得到纯度较高的精炼铜，符合绿色环保的理念。另外，将纯化模块选择性的与吸收模块相连通，起到吸收剂纯化的作用，使吸收剂浓度达到相应的要求，提高二氧化碳捕集效率。