[发明专利]一种工厂电厂炼厂烟气捕获、转化和应用全量资源化系统

摘要

本发明公开了一种工厂电厂炼厂烟气捕获、转化和应用全量资源化系统，通过联合脱污除尘单元除尘和氧化物；捕获子系统捕获CO₂，水回收单元回收水；制氢单元将水分解为氢气和氧气，氧气送水煤气单元助燃并获得氢气；转化子系统将CO₂与氢气催化反应转化为甲醇和二元醇；应用子系统制备超临界CO₂纳米纤维素浆料，调配后与材料颗粒挤出成为超临界CO₂纳米纤维素发泡材料；所述能源子系统接入太阳能风能电力，并通过余热、氢气发电补充能源；本发明首次设计出烟气全组份、全量化、资源化综合利用和高附加值产出的组合技术；将烟气转化为甲醇、二元醇、超轻超强纳米纤维素发泡材料，实现CO₂的绝对量减排、转化与应用；彻底改善大气污染及温室效应难题。

主权项

1.一种工厂电厂炼厂烟气捕获、转化和应用全量资源化系统，其特征在于，包括能源子系统、捕获子系统、转化子系统、应用子系统、水煤气单元、二氧化碳捕获单元、制氢单元、水回收单元、联合脱污除尘单元、超临界磨浆与备制纳米纤维素单元、超临界二氧化碳纳米纤维素发泡材料单元；所述烟气包括粉尘颗粒物、气态化合物、微量元素、二氧化碳、水气，所述气态化合物至少包括氮氧化物、硫氧化物；所述烟气捕获、转化和应用全量资源化系统通过联合脱污除尘单元脱除粉尘颗粒物和气态氧化物；通过捕获子系统中的二氧化碳捕获单元捕获二氧化碳，并加压存储为超临界二氧化碳；通过水回收单元回收烟气中的水气；通过制氢单元将回收的水分解为氢气和氧气，所述氧气送入水煤气单元用于助燃，并通过水煤气单元进一步获得高纯氢气；通过转化子系统将捕获的高稳定、低能态二氧化碳与高能态环氧乙烷分子反应生成碳酸乙烯酯(EC)，所述碳酸乙烯酯再与氢气进行催化反应，得到甲醇和二元醇；通过应用子系统将超临界二氧化碳、纳米纤维素制备超临界二氧化碳纳米纤维素浆料，所述超临界二氧化碳纳米纤维素浆料经过浓度调配后与材料颗粒挤出成型为超临界二氧化碳纳米纤维素发泡材料；所述烟气捕获、转化和应用全量资源化系统采用超临界磨浆与备制纳米纤维素单元用于制备超临界二氧化碳纳米纤维素；所述超临界二氧化碳纳米纤维素发泡材料单元用于制备纳米纤维素发泡材料；所述能源子系统接入太阳能发电、风能发电的清洁能源的电力，并通过余热回收发电、氢气燃气发电作为补充调配能源；稳定配置用于为所述烟气捕获、转化和应用全量资源化系统的各个子系统和各个单元提供所需的电力，同时为所述烟气捕获、转化和应用全量资源化系统内的动力配电、照明配电、消防配电、监控配电和安防配电提供电力；通过对二氧化碳的捕获、转化、应用，而最后产出甲醇、二元醇和发泡材料，构成系统的物料平衡；通过能源子系统的融合，使得清洁能源、氢能源和系统热能的利用，达到整个系统能源自给自足的同时，还可以输出部分热能、电能或者氢能；从而实现能量利用的全量化和烟气利用的全量化目标；1.1所述超临界磨浆与备制纳米纤维素单元包括纤维素、磨浆装置；所述纤维素的粒径为微米级，所述纤维素包括木纤维、碳纤维、硅纤维、金属纤维、石墨烯纤维中的任意一种或者多种组合物；所述磨浆装置为全密封、耐高压、无水设备，所述磨浆装置将所述纤维素与超临界二氧化碳液体混合打浆，通过磨浆机将微米级的纤维素研磨成为纳米级的纤维素，所述纳米级的纤维素与超临界二氧化碳组成超临界二氧化碳纳米纤维素浆料，简称为纳米浆料；所述纳米浆料中纳米纤维素的含量大于1％；所述磨浆装置包括浆料槽、磨浆机和输送机；所述浆料槽、磨浆机、输送机通过三通阀、真空阀和高压管路密封式连通，并整体处于超临界工况条件下运行，其内部循环流动填装有由超临界二氧化碳液相和溶入超临界二氧化碳液相中的纤维素粉体构成的浆料；所述输送机的机箱内装配有泵电机和流体泵，由泵电机通过传动带驱动流体泵，从浆料槽吸入浆料至泵入口，并经由泵出口将浆料通过高压管路输送至磨浆机进料口，所述浆料经过侧流道进入固定磨盘和转动磨盘之间，浆料经过精细研磨后由空心转动轴引至料缸内，并经由出料口和高压管路输送至浆料槽中，至此浆料形成超临界状态下的循环输送流动；所述磨浆机下部密封轴接设置有机箱，所述机箱内由磨电机通过传动带驱动设置有空心转动轴，所述空心转动轴传动转动磨盘高速旋转，所述转动磨盘与固定磨盘上设置的相互耦合的超精细纳米研磨齿阵，所述超精细纳米齿阵将微米级的纤维素研磨为纳米级的纤维素；所述浆料槽内设置有温度传感器、压力传感器、密度传感器和粒度检测传感器，分别用于检测浆料槽内浆料的温度、压力、密度和纤维素粒径信号，并通过PLC控制器显示上述参数信息；所述浆料槽外部设置有加热器和冷却器，用于控制调节浆料槽内超临界状态下的浆料的温度；所述浆料槽上CO₂液进口用于送入超临界二氧化碳液体，并通过二氧化碳液进口上配置的阀组与真空阀一起，放出或者添加二氧化碳液体，以此来控制超临界二氧化碳的压力；所述浆料槽还包括搅拌机、搅拌器、清洗槽、出料口、清洗剂和排污口；所述搅拌机和搅拌器用于浆料槽内浆料的搅拌与混合，所述清洗槽内填装有清洗剂，用于对磨浆装置进行清洗，所述排污口用于排放清洗废液；所述磨浆机还包括磨体、压力表、流量表，所述磨体为磨浆机的壳体，所述压力表和流量表装配在进料口的高压管路上，用于显示超临界浆料的压力和流量；1.2所述超临界二氧化碳纳米纤维素发泡材料单元包括辅助装置、调配装置、注射装置、双螺杆挤出机、发泡装置、发泡材料；所述调配装置是对纳米浆料中超临界二氧化碳与纳米纤维素的含量配比进行超临界调节，释放其中的二氧化碳，从而提高纳米浆料中的纳米纤维素含量，经过调配装置释放二氧化碳后，所述纳米浆料中二氧化碳与纳米纤维素的比例为(30％—70％):(70％—30％)(重量百分比WT％)；以便于保持纳米纤维素在发泡材料中的含量，增加发泡材料的性能；所述调配装置与纳米浆料储罐相互连通，所述纳米浆料储罐用于存储和供给调配好的纳米浆料；所述发泡材料中能够溶解的二氧化碳数量与超临界二氧化碳的压力大小正相关；当压力为5Mpa时，二氧化碳的溶解量为3％；当压力为15Mpa时，二氧化碳的溶解量为10％；采用约20Mpa压力条件，以便于增加二氧化碳的溶解数量达到更高的百分含量；所述应用子系统将调配后的纳米浆料、超临界二氧化碳、促进剂调配至设计比例，并于高压混合器中混合均匀得到超临界液料；进一步的，将所述超临界液料通过纳米纤维素注射装置，高压注射到双螺杆挤出机内；同步的，所述材料颗粒一起送入双螺杆挤出机，并与超临界液料熔融混合，通过模具挤出成型得到挤出品，将挤出品通过发泡工艺发泡，制得发泡材料产品；所述辅助装置，由超临界二氧化碳罐供给所需要的超临界二氧化碳液体，并设置有CO₂稳压器、高压泵、CO₂恒温装置和质量流量计，用于对超临界二氧化碳的定量计量供料；所述促进剂通过高压泵和质量流量计进行计量供料；所述材料颗粒包括塑料颗粒或者粉体、水泥颗粒或者粉体、玻璃颗粒或者粉体；所述发泡材料包括发泡塑料、发泡水泥和发泡玻璃全部，所述发泡材料包括片材、板材、型材、块体或者结构体；所述发泡材料的性能指标为：a、纳米纤维素的质量百分比：1％—5％；b、弹性模量为：3GPa—10GPa；c、热变形温度(HDT)为：130℃—150℃；d、强度为：1000KPa—3000KPa。