[發明專利]一種利用未脫水的脫硫石膏脫除電廠中CO2的裝置和方法

在審

• 申請號: 201710166056.8
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106925118A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 朱琳;李蔚玲;郭亞飛;趙傳文
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: B01D53/96
• 分類號: B01D53/96;B01D53/83;B01D53/62
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 黃欣

技術領域

本發明涉及固體廢棄物資源化利用和能源利用過程中污染物防治領域，尤其涉及一種利用未脫水脫硫石膏脫除電廠煙氣中CO₂的裝置和方法，屬于二氧化碳減排技術領域。

背景技術

隨著溫室效應對世界氣候的影響日益顯現，CO₂排放問題已經成為公眾最為關注的焦點之一。當前，CO₂排放速度正隨著人類對能源利用需求的增長而迅速增長。據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)預測，人類活動產生的當量CO₂將從1997年的271億t/a增長到2100年的950億t/a。而大氣中的CO₂濃度也將從現有的400ppm增長到2100年的1150ppm。如何有效降低CO₂排放是關系到人類社會持續發展的重要問題。

在人類活動排放的CO₂中，燃煤電廠等能源密集型行業是最大最集中的CO₂排放源，如何有效控制能源密集型行業CO₂排放是實現CO₂減排的關鍵。

碳捕集、利用和封存(CCUS)技術是控制燃煤電廠CO2排放的有效途徑。從燃煤電廠煙氣中捕集CO₂的技術路線眾多，具體可分為：燃燒前CO₂分離技術、富氧燃燒技術和燃燒后CO₂捕集技術。其中，燃燒后CO₂捕集技術具有不影響上游燃燒工藝，且不受煙氣中CO₂濃度影響，無需對現有電廠設備進行改造等優勢，可直接用于傳統或新建燃煤電廠煙氣CO₂分離。

當前，燃燒后CO₂捕集技術主要包括化學吸收法、物理吸附法、膜分離法和生物凈化法。其中，以乙醇胺法為典型的化學吸收法是當前商業化應用最成熟的主流技術。但是，乙醇胺法具有CO₂吸收容量有限、腐蝕性強、系統脫碳和再生能耗高等缺陷。

為克服液態胺脫碳技術的上述缺陷，研究人員近年來開始著手于利用固體吸收劑進行燃燒后CO₂捕集。如：固態胺吸收劑具有脫碳效率高、循環性能穩定、活性時間長和再生能耗低等優勢；堿金屬基固體吸收劑具有脫碳容量高、反應能耗低、循環利用效率高、對設備無腐蝕、無二次污染等優勢。相比于液態胺脫碳技術而言，固態胺和堿金屬基固體吸收劑在燃燒后CO₂捕集應用中具有潛在優勢。但是，用于燃燒后CO₂捕集的固體吸收劑其原料來源、成本、制備工藝等因素及其在雜質氣氛下易失活等特點，在一定程度上制約了其在燃煤電廠煙氣脫碳中大規模應用。因此，開發高效率、低能耗和低成本的固體CO₂吸收劑勢在必行。

為有效降低固體CO₂吸收劑的成本，研究人員近年來開始致力于采用含堿性或堿土金屬氧化物(Ca、Mg、K、Na)的廢棄物固化儲存CO₂，即碳酸化礦化封存。其具體的工藝主要可分為干法和濕法碳酸化反應，其中干法碳酸化反應是直接的氣固反應，通常要在非常嚴苛的條件下進行，反應能耗高，反應速率和轉化率低；濕法碳酸化工藝中，反應時間近年來已明顯縮短，其所需的CO2分壓也顯著降低，其對應的碳酸化轉化率明顯提高。相比而言，濕法碳酸化工藝是目前的研究熱點。

SO₂作為燃煤電廠煙氣中主要污染物之一，其直接排放引發的環境污染問題同樣備受關注。目前應用的脫硫技術主要為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫。其中，燃燒后脫硫即煙氣脫硫技術(FGD)是控制火電廠SO2排放的末端技術，也是目前唯一大規模商業化應用的SO₂減排技術。煙氣脫硫技術種類較多，一般按照脫硫的形態可分為干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫工藝。

濕法煙氣脫硫(WFGD)工藝在溶液或漿液中進行，脫硫劑和脫硫生成物均為濕態。濕式石灰石-石膏法是目前商業化應用最廣的濕法煙氣脫硫技術，其采用石灰為脫硫劑，價格低廉，具有脫硫反應速度快，脫硫效率高(95％以上)和技術成熟等優勢。但該技術同樣面臨著設備復雜、運行成本高、濕態脫硫產物不易處理(廢液處理難度高)等缺陷。