[发明专利]一种用于实现CO2捕获与矿化封存的电化学系统

说明书

本发明属于碳资源的捕获与存储技术领域，涉及一种通过电化学方法实现CO₂捕获与矿化封存的系统。系统结构由流体动力模块、反应模块和控制与显示模块三部分构成，通过稳态、暂态以及暂态与稳态相结合的电化学技术将硅酸盐转化为碳酸盐，实现CO₂的捕获与矿化封存。本发明专利的CO₂捕获与矿化封存系统，主要用于缓解日趋严重的温室效应，系统排放液流为碱性，可同时实现局部区域海洋酸化的治理；系统也可用于封闭空间CO₂气体浓度的实时调节，还可作为大型CO₂排放企业减排的辅助设施。

技术领域

本发明属于碳资源的捕获与存储技术领域，涉及一种用于实现CO₂捕获与矿化封存的电化学系统

背景技术

我国过度排放的CO₂主要源于化石燃料的燃烧，如用于发电的设备，也包括一些小型分散源，如汽车发动机以及包括民居和商业建筑中使用的燃炉；除此以外，CO₂同样会在某些矿物资源的提炼的过程产生。当前，过度排放的CO₂已经导致了日趋严重的温室效应，由于大部分CO₂气体被海洋吸收，这使得海洋酸化问题日趋严重。国际社会对气候变化的关注导致了联合国气候变化框架公约的问世，进一步推动了CO₂的捕获与封存技术(CCS)技术的发展。

CCS技术一般包括捕获、运输和封存三个主要组成部分。其一、捕获步骤是把CO₂从其他气体产品中分离出来。如电厂中的燃烧过程，可以采用分离技术在燃烧后捕获CO₂，或者在燃烧前对燃料进行脱碳。其二、为了把捕获的CO₂运输到距CO₂源较远的合适封存地点，需要采取运输步骤。为了便于运输和封存，捕获的CO₂通常由捕获设备进行高浓度压缩。最后的CO₂封存工艺是CCS技术的核心，决定着总体的工艺成本与工艺复杂性。当前，CO₂封存技术有地质封存、海洋封存和矿化封存三类，其技术与市场的成熟性有很大差别。地质封存技术已相对成熟，当前已有工业示范项目，如：挪威北海Sleipner地质封存项目，已成功向地下注入1000万吨的CO₂。然而，地质封存应用区域很有限，其不仅与地质岩层构造密切相关，且后期监测与维护成本较高，若出现泄漏容易引发地质灾害。

海洋封存和矿化封存当前还仅处于研究、开发或示范阶段。其中，矿化封存技术极具发展潜力，其主要利用存在于天然形成的硅酸盐岩中的碱性或碱土氧化物，如氧化镁和氧化钙将CO₂固化。这些物质与CO₂化学反应后产生诸如碳酸镁和碳酸钙类化合物。矿化封存的优势在于：(1)原料来源广泛。一方面，地壳中硅酸岩的储量巨大，同时这些氧化物还会存在于某些工业废物中，如不锈钢矿渣和矿灰；(2)CO₂在矿化后将不会释放到大气中，这相比于地质封存与海洋封存，无需后续的监测、维护成本，封存风险小；(3)矿化的碳酸盐产物用途广泛，不仅可作为建筑材料、防火涂料，而且还是重要的化工原料，广泛应用于化工、玻璃、造纸等工业。