[發明專利]一種捕集礦化鋁電解煙氣中CO2制備碳酸鈣并回收CO的裝置

有效

• 申請號: 201310380610.4
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103446868A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 張廷安;劉燕;豆志河;呂國志;趙秋月;張子木;趙洪亮;蔣孝麗
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B01D53/78
• 分類號: B01D53/78;B01D53/62;B01D53/96;C01B31/18;C01F11/18;B01D53/047
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種捕集礦化鋁電解煙氣中CO₂制備碳酸鈣并回收CO的裝置。

背景技術

大量CO₂氣體排放導致的全球“溫室效應”及造成的一系列嚴重環境問題，引起了世界各國高度重視，并已將其作為溫室氣體削減與控制的重點。據國際能源署的預測，2030年中國與能源相關的CO₂排放量（碳當量）將上升到116.15億噸，占2007～2030年這段時期全球碳排放新增量（114億噸碳當量）的48.6%。

目前，CO₂尾氣回收技術主要包括吸收分離和吸附分離。其中，吸收分離技術是利用吸收劑溶液對含有CO₂的混合氣體進行洗滌，從而達到分離CO₂的目的，可分為物理吸收法和化學吸收法。物理吸收法對CO₂含量較高的煙氣分離回收率高，缺點是選擇性較低，處理成本較高。化學吸收法常用單乙醇胺（MEA）作為吸收劑，MEA的化學反應活性好，吸收CO₂的速度快，但是，利用MEA吸收分離CO₂存在能耗較高，初期投資比較昂貴等問題。離子液體作為CO₂的吸收劑，可克服MEA的諸多缺點，是一種清潔、穩定和高效的捕獲CO₂吸收劑。但大部分功能化離子液體合成過程都較復雜，成本也較高，制約了其工業化應用。吸附分離技術是利用固體吸附劑對混合氣體中CO₂的選擇可逆吸附作用來進行捕集分離CO₂的技術，可分為物理吸附法和化學吸附法。物理吸附法在當今工業生產中普遍采用的是變壓吸附（PSA）法。美國加州大學洛杉磯分校Banerjee等研制了“沸石咪唑酯骨架結構材料”（ZIFs）系列，在273K和常壓條件下，CO₂吸附量達到82.6mg/g。但由于吸附劑的生產成本昂貴等問題，無法大規模投入生產。化學吸附法以介孔分子篩吸附最具有代表性。Yue等利用四乙烯五胺（TEPA）對介孔分子篩SBA-15原粉進行胺基功能化改性后，CO₂吸附能力可達到173?mg/g。但合成介孔分子篩的成本過高，導致其不能夠大規模使用。盡管CO₂捕集分離技術取得了很大進展，但仍存在處理價格昂貴，投資成本高等問題，并且現有方法都集中在對CO₂尾氣中CO₂的分離捕集，而對其高值化礦化和CO₂尾氣其它有價組分的高值化回收利用技術未加考慮。

我國的電解鋁行業是能源消耗大的資源型產業，同時也是溫室氣體排放量居前的行業。每生產1t電解鋁外排1.05tCO₂和0.35tCO，電解鋁每年的CO₂排放量約占全國碳總排放量的4%，無疑成為“巨大碳源”。東北大學馮乃祥等發明的異型陰極技術，中南大學李劼等研發的智能多環優化控制鋁電解槽各項技術條件節能技術，中鋁鄭州輕金屬研究院劉鳳琴等提出通過改變陰極結構和性能，采用可濕潤陰極、設置水平網絡溝槽及蓄鋁池結構系統的新型結構電解槽的技術思路，以及中鋁國際沈陽鋁鎂設計研究院和貴陽鋁鎂設計研究院共同進行的“600kA超大容量鋁電解槽技術”研發，都通過鋁電解槽結構的優化設計實現大幅度的節能減排。因此，針對我國電解鋁工業特點，實現電解鋁煙氣的減排化，同時回收CO燃氣是十分緊迫和必要的。如果將凈煙氣中的CO₂加以捕捉分離，不但符合綠色冶煉，控制溫室氣體排放的環保要求，還可以回收其中的CO燃氣，對進一步回收二次能源、促進節能減排具有重要意義。但國內外對鋁電解凈煙氣直接處理而實現節能減排的裝置研究未見報道。尤其是專門針對鋁電解尾氣中CO₂組分高效礦化及其中CO燃氣的高效回收利用的裝置亦未有報道。

2012年預計中國PVC產量1400萬t，同時產生10%固體濃度的電石渣漿3000萬t左右。現有的電石渣基本被填埋、堆放或者作水泥原料處理，但由于其含水量高、堿度大，以上幾種處理方法均存在著能耗高、污染大等缺點。如何實現電石渣的綠色綜合利用，也是關系到PVC行業走循環經濟可持續發展的關鍵。周康根、劉躍進和林倩等人已研究過利用電石渣為原料制備納米碳酸鈣的新思路，基本都是首先將電石渣高溫煅燒，然后進行氯化銨浸出得到CaCl₂溶液，然后碳化得到納米碳酸鈣，以上工藝都存在著能耗高、流程長、三廢多等缺陷。因此，亟需一種能夠同時處理鋁電解煙氣和廢料渣漿的裝置。

發明內容