碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统及二氧化碳综合利用的方法与流程

1.本发明涉及二氧化碳回收与利用的技术领域，具体涉及一种碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统及二氧化碳综合利用的方法。


背景技术：

2.温室气体的排放导致全球变暖，对人类生存和社会发展造成了影响，为了应对全球气候变化，关键在于减少二氧化碳的排放和发展二氧化碳资源再生技术。
3.二氧化碳捕集、利用与封存技术(ccus)能够捕获工业利用等过程排放的二氧化碳，并对其进行资源化利用，是未来全球实现大规模碳减排的关键技术之一，也是实现长期减排和能源系统深度低碳转型的重要技术选择之一。然而，现行的二氧化碳捕集装置与转化装置普遍相互独立，无法在捕集后直接对二氧化碳进行化学转化。如果能将二氧化碳捕集和化学转化过程相结合，将能够规避二氧化碳储存与运输过程所需的成本，实现二氧化碳的捕集转化一体化，克服传统ccus技术二氧化碳直接利用率低的问题，降低ccus技术的整体成本。
4.对此，国内外专家学者提出了一些二氧化碳捕集转化一体化方案。例如，专利cn 111690946a提出了一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，通过吸收法捕集二氧化碳，进一步通过光电催化将二氧化碳转化为甲醇；专利cn 114522525 a提出了一种包括二氧化碳捕集模块、电化学反应模块和生物发酵反应模块的一体化系统；专利cn 108117045 a提出了一种二氧化碳捕集与甲烷重整工艺耦合联产合成气的方案。虽然这些技术方案在一定程度上能够降低ccus技术整体成本，实现二氧化碳捕集、利用一体化，但是这些方案在催化过程主要采用传统的电催化，过程复杂且能耗较高，不利于大规模生产。
5.同时，目前二氧化碳转化率较低，转化产物主要为c1产物，且缺乏将二氧化碳转化为能量更高、价值更高的长链碳氢化合物的技术方案。
6.因此，需要开发一种一体化、低能耗、能同时实现有效碳捕集和二氧化碳催化转化产生长链碳氢化合物的全流程系统和方法。


技术实现要素：

7.针对当前ccus技术成本较高、集成化程度低，且缺乏二氧化碳低成本制备长链碳氢化合物技术的问题，本发明提供一种碳捕集及催化转化产生长链碳氢化合物的全流程工艺。主要通过变压吸附(psa)系统捕集烟气中的二氧化碳，输送到催化反应装置中生成碳原子≥5的饱和烷烃，进一步通过冷凝系统回收生成的油品，实现低成本的二氧化碳捕集、转化一体化。
8.为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统及二氧化碳综合利用的方法。
9.具体地，本发明的目的和构思为：本发明提供一种二氧化碳综合利用的方法，该方
法有效将碳捕集和碳氢化合物生产进行耦合；该方法过程具体如下：
10.首先，采用两段psa技术将烟气中的二氧化碳逐级提浓。整个装置无蒸汽消耗，无废渣、废液和无有毒有害气体排放，起到了节能环保的作用。其次，催化系统基于催化合成清洁汽油，废热为唯一能源，无需电解，将工业废气中二氧化碳、非饮用水，在一步催化反应中合成纯净的无污染物、无重金属的可再生清洁汽油，技术成本低、污染小、易于模块化，产物附加值高。最后，工艺流程实现了碳捕集、转化、产物分离系统的集成，降低ccus技术整体成本，为碳捕集、利用技术提供了新模式。
11.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
12.第一方面，本发明提供了一种碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统，包括碳捕集系统、催化反应系统和油分离系统；
13.所述碳捕集系统包括引风机、冷却器、第一加压风机、第一真空泵、第二加压风机、第二真空泵、第一变压吸附设备、第二变压吸附设备和co2压缩机；
14.所述催化反应系统包括催化反应器；
15.所述油分离系统包括若干个冷凝器，用于实现多级冷凝；
16.所述碳捕集系统中的引风机通过管路依次与冷却器、第一加压风机、第一变压吸附设备、第一真空泵、第二加压风机、第二变压吸附设备、第二真空泵和co2压缩机相连，用于捕集二氧化碳；
17.所述碳捕集系统中的co2压缩机通过管路与所述催化反应器相连，用于利用热能将co2催化转化为饱和碳氢化合物；
18.与所述催化反应器通过管路与所述冷凝器相连，用于碳氢化合物的分离与提纯。
19.在一些实施例中，所述碳捕集系统中的第一变压吸附设备包括若干个吸附塔、缓冲罐、流量控制器和真空泵；
20.吸附塔之间是通过管路利用串联连接的，且每2个吸附塔之间设置流量控制器，用于实现均升和均降。
21.在一些实施例中，所述碳捕集系统中的第二变压吸附设备包括若干个吸附塔、缓冲罐、流量控制器和真空泵；
22.吸附塔之间是通过管路利用串联连接的，且每2个吸附塔之间设置流量控制器，用于实现均升和均降。
23.在一个实施例中，所述碳捕集系统中的缓冲罐，用于流体(例如，气体或液体)的稳压。
24.具体地，由于流体(例如，气体或液体)经过减压(抽真空)或加压进入管路后，其压力变化较大，流量控制容易不均匀，故需要设置缓冲罐提高输出气流的连续性及压力的稳定性。
25.在一些实施例中，所述吸附塔至少与1台真空泵、1台加压风机相连。
26.在一些实施例中，所述吸附塔顶设置有排空管路，用于将体积分数≤5％的气体进行排空。
27.在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括汽水分离器，所述汽水分离器通过管路设置在所述第一加压风机和第一变压吸附设备之间，用于分离气体和除水。
28.在一些实施例中，所述催化反应系统包括2～5个催化反应器，所述催化反应器之
间是并联的关系，且每个所述催化反应器分别与所述co2压缩机、所述冷凝器相连。
29.在一些实施例中，所述催化反应器设置有热源蒸汽接口和换热组件，用于给反应器提供热源。
30.在一些实施例中，所述催化反应器设置有二氧化碳和除盐原料的入口、产品气体出口。
31.在一些实施例中，所述催化反应器还包括温度传感控制器、压力传感控制器。
32.在一些实施例中，所述油分离系统包括3～5个冷凝器，用于实现多级冷凝。
33.在一些优选的实施例中，所述油分离系统包括第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器。且所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器是串联的关系，用于实现三级冷凝。
34.在一些实施例中，所述油分离系统还包括至少2个储液罐；且所述储液罐设置在所述冷凝器的下方，用于利用重力回收碳氢化合物和废水，有利于低能耗实现油气分离。
35.第二方面，本发明提供了一种二氧化碳综合利用的方法，包括以下步骤：
36.1)含二氧化碳3％～20％(体积分数)工业烟气经过引风机后，进入碳捕集系统，通过冷却、两段法变压吸附和气体压缩，得到压缩后的二氧化碳产品气；
37.2)所述压缩后的二氧化碳产品气进入催化反应系统，与氢源混合，通过催化反应，得到含饱和烷烃的产品气；
38.3)将所述含饱和烷烃的产品气收集并输送至油分离系统，经多级连续冷凝处理，得到碳氢化合物产品；
39.其中，以体积分数计，步骤1)所述压缩后的二氧化碳产品气的二氧化碳含量≥80％。
40.在一些实施例中，所述二氧化碳综合利用的方法包括以下步骤：
41.1)含二氧化碳5％～15％(体积分数)工业烟气经过引风机后，进入碳捕集系统，通过冷却、第一次加压、一级变压吸附、第一次减压、第二次加压、二级变压吸附、第二次减压和气体压缩，得到压缩后的二氧化碳产品气；
42.2)所述压缩后的二氧化碳产品气进入催化反应系统，与氢源混合，通过催化反应，得到含饱和烷烃的产品气；
43.3)将所述含饱和烷烃的产品气收集并输送至油分离系统，经多级连续冷凝处理，得到碳氢化合物产品；
44.其中，以体积分数计，步骤1)所述压缩后的二氧化碳产品气的二氧化碳含量≥82％。
45.在一些实施例中，步骤1)还包括除水的过程，用于除去冷却、加压和减压过程中产生的水，从而有利于二氧化碳的富集。
46.在一些实施例中，步骤1)所述一级变压吸附和二级变压使用的吸附剂选自活性碳、分子筛中的至少一种。具体地，所述分子筛为硅酸铝分子筛、全硅分子筛中的一种或多种。
47.在一些实施例中，步骤1)所述第二次加压具体是需要将气体压力控制在表压为0.15mpa～0.50mpa。
48.在一些实施例中，步骤1)所述第二次加压具体是需要将气体压力控制在表压为0.18mpa～0.20mpa。
49.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应中的氢源为水、氢气中的一种或多种。
50.在一些实施例中，所述水来自自来水管道的工业用水或所述碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统中的蒸汽的冷凝水。
51.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应使用的催化剂为金属纳米催化剂。
52.具体地，所述催化剂为金属纳米颗粒类型的催化剂，且所述金属选自fe、co、ni、mn、cu中的至少一种。
53.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应系统中的催化剂填料量根据项目规模可进行灵活调整。
54.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应是采用热流蒸汽进行加热的。
55.具体地，所述热流蒸汽的来源为某电厂辅汽联箱，其温度为140～160℃。
56.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应的温度为140～160℃。
57.在一些优选的实施例中，步骤2)所述催化反应的温度为145～165℃。
58.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应的表压为0.5～0.8mpa。
59.在一些实施例中，步骤2)所述催化反应的二氧化碳单程碳转化率为10％～25％。
60.在一些实施例中，步骤2)所述含饱和烷烃的产品气包括c1～c4的饱和烷烃与c5～c
11
的饱和烷烃的质量比为(1～1.3):1。
61.在一些优选的实施例中，以质量分数计，步骤2)所述含饱和烷烃的产品气包括c1～c4的饱和烷烃：5％～10％；c5～c
11
的饱和烷烃：5％～10％。
62.在一些更优选的实施例中，以质量分数计，步骤2)所述含饱和烷烃的产品气组成如下：ch4：2.05％，c2h6：3.85％，c3h8：0.59％，c4h
10
：0.39％，c5h
12
：0.56％，c6h
14
：0.86％，c7h
16
：0.99％，c8h
18
：0.86％，c9h
20
：0.85％，c
10h22
：0.68％，c
11h24
：0.51％。
63.在一些实施例中，步骤3)所述多级连续冷凝处理为三级冷凝，所述三级冷凝的具体操作为：
64.控制一级冷凝的制冷温度为2℃～12℃，用于主要处理水及油气重组分，截留大部分水分，降低水或油气重组分在后面两级制冷中结霜的可能；
65.控制二级冷凝的制冷温度为-20℃～-40℃，用于液化回收部分油气；
66.控制三级冷凝的制冷温度为-55℃～-75℃，用于进一步回收油气。
67.在一些优选的实施例中，步骤3)所述多级连续冷凝处理为三级冷凝，所述三级冷凝的具体操作为：
68.控制一级冷凝的制冷温度为3℃～7℃，用于主要处理水及油气重组分，截留大部分水分，降低水或油气重组分在后面两级制冷中结霜的可能；
69.控制二级冷凝的制冷温度为-25℃～-30℃，用于液化回收部分油气；
70.控制三级冷凝的制冷温度为-60～-70℃，用于进一步回收油气。
71.在一些实施例中，步骤3)还包括利用重力作用回收多级连续冷凝处理中的废水和碳氢化合物产品。
72.本发明的有益效果是：本发明提供的二氧化碳综合利用方法包括两段变压吸附、催化反应和多级冷凝，其不仅能有效将烟气中的二氧化碳逐级提浓，而且能在无需电解的情况下将二氧化碳转化为碳原子数较多的、产品价值较高的碳氢化合物产品气，还能有效分理出油状的碳氢化合物产品。与之相匹配的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统，包括
碳捕集系统、催化反应系统和油分离系统，其具有一体化、适合规模化处理工业烟气、低能耗、环保等优势。具体为：
73.(1)本发明利用两段psa技术将烟气中的二氧化碳逐级提浓，且本发明中的捕集系统无蒸汽消耗，无废渣、废液和无有毒有害气体排放，起到了节能环保和节能的作用。
74.(2)本发明采用催化技术合成清洁汽油，可直接一步转化为高附加值产物，而且二氧化碳的转化率能够达10％-25％。
75.(3)本发明将碳捕集、转化、产物分离系统进行集成，实现碳捕集、转化、储存一体化，降低整体技术成本。
附图说明
76.图1为本发明的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统的结构示意图。
具体实施方式
77.以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
78.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
79.实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
80.参见图1，描述根据本发明实施例的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统。
81.一种脱碳烟气处理系统，包括碳捕集系统，催化反应系统和油分离系统，且碳捕集系统通过管路依次与催化反应系统、油分离系统相连；
82.碳捕集系统包括：引风机、冷却器、加压风机、变压吸附设备psa1、真空泵1、加压风机、变压吸附设备psa2、真空泵2和co2压缩机；
83.催化反应系统包括：反应器1、反应器2和反应器3；
84.油分离系统包括：一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器、重烃罐和废水罐；
85.碳捕集系统中的引风机，以串联的形式，依次与冷却器、加压风机1、变压吸附设备psa1、真空泵1、加压风机2、变压吸附设备psa2、真空泵2和co2压缩机相连，用于收集烟气并实现co2的捕集；
86.碳捕集系统中的co2压缩机分别与催化反应系统中的反应器1、反应器2、反应器3相连，且反应器1、反应器2和反应器3之间是并联的关系，3个反应器均为催化反应器，用于实现二氧化碳批量化处理、催化转化为碳氢化合物(产物)；同时，反应器1、反应器2和反应器3均设置有氢源的进料口，用于提供氢源(例如，水)；
87.催化反应系统中的反应器1、反应器2和反应器3的产物出口通过管路均与油分离系统中的一级冷凝器相连，再依次与二级冷凝器、三级冷凝器相连；
88.一级冷凝器和二级冷凝器分别再与废水罐相连，用于回收冷凝过程中的产生的废水；
89.三级冷凝器设置有重烃产品出口，且该出口与重烃罐相连，用于获得分离处理后的碳氢化合物。
90.在本发明第一方面的实施例中，捕集系统中的加压风机1和变压吸附设备psa1之间设置有汽水分离器，用于除去游离水。
91.在一个实施例中，捕集系统中变压吸附设备psa1包括1～8个吸附塔、缓冲罐、流量控制器和真空泵，用于实现均升和均降；
92.吸附塔之间是通过管路利用串联连接的，且每2个吸附塔之间设置流量控制器；
93.每个吸附塔至少与1台真空泵、1台加压风机及相应管道相连。
94.在一个实施例中，捕集系统中变压吸附设备psa2包括1～8个吸附塔、缓冲罐、流量控制器和真空泵；吸附塔之间是通过管路利用串联连接的，且每2个吸附塔之间设置流量控制器，用于实现均升和均降；
95.每个吸附塔至少与1台真空泵、1台加压风机及相应管道相连。
96.在一个实施例中，捕集系统中的缓冲罐，用于流体(例如，气体或液体)的稳压。
97.具体地，由于流体(例如，气体或液体)经过减压(抽真空)或加压进入管路后，其压力变化较大，流量控制容易不均匀，故需要设置缓冲罐提高输出气流的连续性及压力的稳定性。
98.在一个实施例中，在捕集系统中，变压吸附设备psa1和变压吸附设备psa2中的每个吸附塔塔顶通过管路与另一个吸附塔的进气口相连，用于实现多次吸附循环；且变压吸附设备psa2的吸附塔顶设置有排空管路，用于将含量≤5％的二氧化碳气体进行排空。
99.在另一个实施例中，捕集系统的加压风机1与变压吸附设备psa1中的第一级的吸附塔；
100.捕集系统的变压吸附设备psa1中的最后一级的吸附塔还与真空泵、1和加压风机2相连后，再与变压吸附设备psa2中的第一级的吸附塔相连；
101.需要说明的是，捕集系统的变压吸附设备psa中的“第一级”、“第二级”是按照与原料气体接触时间的先后而定的，不同级别的吸附塔能够实现多级吸附。
102.在一个实施例中，捕集系统中的变压吸附设备psa1和变压吸附设备psa2的装置相同，其中，变压吸附设备psa1用于二氧化碳粗提浓(即提纯与浓缩)，变压吸附设备psa2用于二氧化碳精提浓(即提纯与浓缩)。
103.在一个实施例中，催化反应系统中的反应器1、反应器2和反应器3均为催化反应器。
104.在一个实施例中，油分离系统中的一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器实质上均为换热器。
105.在一个实施例中，油分离系统中的废水罐与重烃罐均为储液罐。
106.下面参照图1，描述根据本发明实施例的二氧化碳综合利用的方法。
107.一种二氧化碳综合利用的方法，主要包括碳捕集、催化转化和油分离过程，具体包括以下步骤：
108.(1)含二氧化碳5％～20％工业烟气经过引风机后，进入碳捕集系统，通过冷却、加压、一级变压吸附、抽真空减压、加压、二级变压吸附、抽真空减压、压缩，能将工业烟气中的二氧化碳提纯至80％(体积分数)以上，得到压缩后的二氧化碳；
109.(2)压缩后的二氧化碳进入催化反应系统，与水(氢源)混合，并通过催化反应将二氧化碳和水转化为饱和烷烃(本技术方案中的二氧化碳的转化率为10～25％)；
110.(3)收集气态形式的产物，通过管路运输，进入油分离系统，通过三级冷凝将油气冷凝下来，得到碳氢化合物，并储存在重烃罐内；
111.其中，步骤(1)中一级变压吸附和二级变压使用的吸附剂为普通硅酸铝(不是分子筛形式的)、活性碳、分子筛中的一种或多种；
112.步骤(2)中使用的催化剂为金属纳米催化剂。
113.在一个实施例中，工业烟气的来源为燃煤电厂，温度为50～60℃，主要包括n2、co2，以及少量so2、nox、烟尘等物质。
114.在一个实施例中，碳捕集系统是采用两段法变压吸附法将烟道气中的二氧化碳进行提浓，分别为psa1段(二氧化碳粗提浓段)以及psa2段(二氧化碳精提浓段)；
115.二氧化碳综合利用的方法中的碳捕集工艺，具体包括以下步骤：
116.(1)预处理：从工业烟气中的二氧化碳含量约12％，经过引风机、冷却器和加压风机1，得到预处理后的气体(温度为40～50℃)；
117.(2)一级变压吸附(即psa1段)：预处理后的气体进入汽水分离器除去游离水获得原料其；之后，原料气进入变压吸附设备pas1中处于吸附状态的第一吸附塔，原料气中的易吸附组分如二氧化碳、气态水等先被吸收，不易吸附组分如氮气、氧气等组分由塔顶放空；
118.当易吸附组分的吸附前沿快要到达塔顶时停止通气，并通过和别的塔相连，进行3次均降后，初步将第一吸附塔内的二氧化碳进行富集提浓，得到均降处理后的气体；
119.通过抽真空将第一吸附塔内的二氧化碳抽出并送入缓冲罐稳压，此时二氧化碳浓度达到约40％～45％(体积分数)；
120.抽真空结束后，再通过与别的塔进行3次均升，继续进入下次吸附循环，吸附循环直至吸附塔底的二氧化碳浓度为40％～45％；
121.吸附塔通过真空泵1减压到-0.06至-0.07mpa(表压)，气体从吸附剂脱出后，再经加压风机2加压到0.15至0.2mpa(表压)，获得二氧化碳粗提浓段的产品气(二氧化碳含量约为44％)；
122.(3)二级变压吸附(即psa2段)：
123.二氧化碳粗提浓段的产品气先经加压风机升压到0.19mpa左右，进入psa2段处于吸附状态的吸附塔，经吸附、3次均压降后、抽真空步骤；
124.如果吸附塔底部的气体的二氧化碳含量小于78％或吸附塔的顶部气体的二氧化碳含量大于5％，继续进行下一次吸附循环；
125.psa2段的吸附塔的顶部出口将二氧化碳含量约≤5％的混合气进行排空；在吸附塔底部获得含量约80％的二氧化碳产品气；
126.吸附塔通过真空泵2减压到-0.06至-0.07mpa(表压)，气体从吸附剂脱出，经co2压缩机压缩，获得二氧化碳产品气(二氧化碳的体积分数：85％左右)；
127.其中，步骤(2)和步骤(3)中的吸附剂为普通硅酸铝(不是分子筛形式的)、活性碳、分子筛中的一种或多种；
128.步骤(2)的psa1段中，每台吸附塔依次经历吸附、3次均压降、抽真空、3次均压升、最终升压等步序进入下一个吸附循环；
129.步骤(3)的psa2段中，吸附结束后吸附塔接下来通过与别的塔进行3次均升及顶部尾气的最终升压后再次进入下一吸附循环步骤(2)和(3)中，一级变压吸附和二级变压吸附的整个操作过程在入塔的气体的温度下进行，无需额外加热或冷却。而且，整个工艺过程在入塔原料气温度下进行，无蒸汽消耗，无废渣、废液和无有毒有害气体排放；
130.以某次运行为例，两段法变压吸附法的过程工艺参数，如表1所示。
131.表1两段法变压吸附法的过程工艺参数
[0132][0133][0134]
注：表1中的含量均为体积分数；
[0135]
表1中的∑表示为“求和”或“总量”的意思；
[0136]
表1中的产品二氧化碳气表示的是两段法变压吸附法在psa2段吸附剂得到的二氧化碳产品气。
[0137]
在一个实施例中，催化反应系统采用催化技术。反应系统包含3个并联的催化反应器，每个催化反应器单元设有热源蒸汽接口，二氧化碳、除盐水原料入口，产物气体出口，具有完备的温度、压力和流量传感控制装置。
[0138]
在一个实施例中，催化反应系统还包括增压设备。
[0139]
在一个实施例中，二氧化碳综合利用的方法中的催化转化是采用的是催化工艺，具体包括以下步骤：
[0140]
饱和热蒸汽(温度约为150℃，表压为0.4mpa～0.5mpa)从供热管道经由分配管路进入催化反应系统的换热组件，系统逐步升温，至预期稳定温度(约150℃)；反应器的加热温度通过调节蒸汽管路的流量实现控制；
[0141]
前端从捕集系统制得的产品二氧化碳气(以体积分数计，二氧化碳含量≥80％)和除盐水作为原料气和原料水，经过增压装置后，分别从原料水和原料气管路进入催化反应器，并控制反应器温度约为150℃，压力0.5～0.8mpa(表压)；
[0142]
进入催化反应器后，二氧化碳和水在反应器中充分混合，并与金属纳米催化剂接触进行反应，部分转化为混合烃类产物气体(二氧化碳单程碳转化率为10％-25％)，得到含碳氢化合物的产物(碳氢化合物的含量，如表2所示)；
[0143]
催化反应的原料气包括12％(质量百分数)co2和少量h2o(水蒸气)；催化反应系统得到c1-c12等不同含量比例的产物。
[0144]
具体地，以某次运行为例，以质量分数计，在c1-c12等不同含量比例的产物中，c1～c4的碳氢化合物的含量为6.88％，c5～c12的碳氢化合物的含量为5.31％。
[0145]
经分析，以某次运行为例，以质量分数计，在c1-c12等不同含量比例的产物中，ch4：2.05％，c2h6：3.85％，c3h8：0.59％，c4h
10
：0.39％，c5h
12
：0.56％，c6h
14
：0.86％，c7h
16
：0.99％，c8h
18
：0.86％，c9h
20
：0.85％，c
10h22
：0.68％，c
11h24
：0.51％。
[0146]
需要说明是，催化反应系统采用催化技术，通过模拟自然界合成作用，以及利用金属纳米催化剂的作用，采用蒸汽为供热能源，且不需要电解过程的情况下，将二氧化碳、非饮用水，在一步催化反应中，合成无污染物、无重金属的可再生清洁汽油。转化生成的产物和未反应的原料(即含碳氢化合物的产物)，经反应装置出料口以气态形式排出，经管路送至下级油分离系统进行产物分离提取。
[0147]
在一个实施例中，催化反应系统采用催化剂为金属纳米催化剂；金属纳米催化剂为纳米颗粒，组分为金属，且金属选自fe、co、ni、mn、cu中的至少一种。
[0148]
在一个实施例中，油分离系统中的重烃罐和
[0149]
废水罐设置的高度均低于冷凝器，用于用重力进行运输废水和冷凝下来的碳氢化合物，实现节能效果。
[0150]
在其中一个实施例中，油分离系统包含一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器、节能器、分离器、重烃罐和废水罐；油分离系统是采用三级冷凝工艺进行油气分离的；
[0151]
三级冷凝需要控制将油气温度分级降至各组分分压力下各组分对应的露点温度，油气的不同组分分级冷凝为液态，充分冷凝后的低浓度尾气通过烟囱外排。
[0152]
上述三级冷凝工艺具体包括以下步骤：
[0153]
催化反应系统得到的反应器依次进入一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器进行三级冷凝，
[0154]
其中，设置并控制一级冷凝器得到制冷温度为3℃～7℃，主要处理水及油气重组分，截留大部分水分，降低水或油气重组分在后面两级制冷中结霜的可能；
[0155]
设置并控制二级冷凝器得到制冷温度为-25℃～-30℃，液化回收部分油气；设置并控制三级冷凝器得到制冷温度-60～-70℃，进一步回收油气；
[0156]
制冷器冷凝下来的液体在重力作用下输送至重烃罐中，当重烃罐达到高液位时，启动泵，将液体排出；当液位到达低液位时，泵关闭。
[0157]
在一些实施例中，重烃罐的高液位设置在它的高的2/3～4/5处，重烃罐的高液位设置在它的高的1/5～1/3处。
[0158]
本发明的系统和二氧化碳综合利用的方法最大的优点是打通上下游系统，集中统一进行调节和控制，根据催化反应装置入口压力和流量需求，实时调整变压吸附系统，实现系统匹配最优和运行成本最低的目的。
[0159]
以上实施例仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统，其特征在于，包括碳捕集系统、催化反应系统和油分离系统；所述碳捕集系统包括引风机、冷却器、第一加压风机、第一真空泵、第二加压风机、第二真空泵、第一变压吸附设备、第二变压吸附设备和co2压缩机；所述催化反应系统包括催化反应器；所述油分离系统包括若干个冷凝器，用于实现多级冷凝；所述碳捕集系统中的引风机通过管路依次与冷却器、第一加压风机、第一变压吸附设备、第一真空泵、第二加压风机、第二变压吸附设备、第二真空泵和co2压缩机相连，用于捕集二氧化碳；所述碳捕集系统中的co2压缩机通过管路与所述催化反应器相连，用于利用热能将co2催化转化为饱和碳氢化合物；与所述催化反应器通过管路与所述冷凝器相连，用于碳氢化合物的分离与提纯。2.根据权利要求1所述的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统，其特征在于，所述油分离系统包括3～5个冷凝器，用于实现多级冷凝。3.根据权利要求1或2所述的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统，其特征在于：所述催化反应系统包括2～5个催化反应器，所述催化反应器之间是并联的关系，且每个所述催化反应器分别与所述co2压缩机、所述冷凝器相连。4.根据权利要求2所述的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统，其特征在于：所述油分离系统还包括至少2个储液罐；且所述储液罐设置在所述冷凝器的下方，用于利用重力回收碳氢化合物和废水，有利于低能耗实现油气分离。5.一种二氧化碳综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)含二氧化碳3％～20％工业烟气经过引风机后，进入碳捕集系统，通过冷却、两段法变压吸附和气体压缩，得到压缩后的二氧化碳产品气；2)所述压缩后的二氧化碳产品气进入催化反应系统，与氢源混合，通过催化反应，得到含饱和烷烃的产品气；3)将所述含饱和烷烃的产品气收集并输送至油分离系统，经多级连续冷凝处理，得到碳氢化合物产品；其中，以体积分数计，步骤1)所述压缩后的二氧化碳产品气的二氧化碳含量≥80％。6.根据权利要求5所述的二氧化碳综合利用的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)含二氧化碳5％～15％工业烟气经过引风机后，进入碳捕集系统，通过冷却、第一次加压、一级变压吸附、第一次减压、第二次加压、二级变压吸附、第二次减压和气体压缩，得到压缩后的二氧化碳产品气；2)所述压缩后的二氧化碳产品气进入催化反应系统，与氢源混合，通过催化反应，得到含饱和烷烃的产品气；3)将所述含饱和烷烃的产品气收集并输送至油分离系统，经多级连续冷凝处理，得到碳氢化合物产品；其中，以体积分数计，步骤1)所述压缩后的二氧化碳产品气的二氧化碳含量≥82％。7.根据权利要求5或6所述的二氧化碳综合利用的方法，其特征在于：步骤2)所述催化反应中的氢源为水、氢气中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的二氧化碳综合利用的方法，其特征在于：步骤1)所述第二次加压具体是需要将气体压力控制在表压为0.15mpa～0.50mpa。9.根据权利要求5或6所述的二氧化碳综合利用的方法，其特征在于：步骤2)所述催化反应使用的催化剂为金属纳米催化剂；步骤2)所述催化反应的温度为140～160℃；步骤2)所述催化反应的表压为0.5～0.8mpa。10.根据权利要求5或6所述的二氧化碳综合利用的方法，其特征在于：步骤3)所述多级连续冷凝处理为三级冷凝，所述三级冷凝的具体操作为：控制一级冷凝的制冷温度为2℃～12℃；控制二级冷凝的制冷温度为-20℃～-40℃；控制三级冷凝的制冷温度为-55℃～-75℃。

技术总结
本发明公开了一种碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统及二氧化碳综合利用的方法。本发明的碳捕集与碳氢化合物生产耦合的系统包括碳捕集系统、催化反应系统和油分离系统，其具有一体化、适合规模化处理工业烟气、低能耗、环保等优势。同时，本发明还提供的二氧化碳综合利用方法包括两段变压吸附、催化反应和多级冷凝，其不仅能有效将烟气中的二氧化碳逐级提浓，而且能在无需电解的情况下将二氧化碳转化为碳原子数较多的、产品价值较高的碳氢化合物产品气，还能有效分理出油状的碳氢化合物产品。品。品。


技术研发人员：罗海中 范永春 曾少雁 孙张伟 林海周 王晓东 李伟科 吴大卫 薛榕 岳海荣 马奎
受保护的技术使用者：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/6