[發明專利]一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳捕集耦合生物炭制備工藝

在審

• 申請號: 201710943918.3
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107569981A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 楊正山
• 申請（專利權）人: 楊正山
• 主分類號: B01D53/32
• 分類號: B01D53/32;B01D53/22;B01D53/26;C01B32/55;C01B32/50;C01B32/05
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技術領域

本發明涉及煙氣治理及生物質利用的技術領域，尤其涉及一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳捕集耦合生物炭制備工藝。

背景技術

在進入21世紀以來，全球變暖，溫室效應日益加劇，大量的化石燃料燃燒，導致了大氣中的二氧化碳濃度的上升，根據國際能源部報道，目前大氣中二氧化碳濃度已經超過400ppm。在溫室氣體中二氧化碳的貢獻率達到55%左右，其中由于燃煤電廠燃燒后排放的二氧化碳占二氧化碳排放總量的40%左右，工業二氧化碳排放占25%左右，運輸占20%左右。生物能源與碳捕獲和儲存技術(BECCS)是一種非常有效的溫室氣體減排技術，該技術結合了碳捕獲和儲存(CCS)和生物量的使用，它能夠創造負碳排放，目前已在美國、加拿大、荷蘭擁有投入實際運行，均涉及到乙醇制備過程。

目前燃煤電廠二氧化碳捕集方式分為：燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒。燃煤電廠燃燒后捕集的技術主要有溶劑吸收法、吸附法、膜分離法、低溫深冷分離法等，目前醇胺吸收法應用最廣泛，但是存在吸收劑再生溫度較高，所需能耗較大，同時對設備造成一定程度的腐蝕。膜分離法以其占地面積小、能耗低、無相變、操作簡便的優點，具有廣闊的應用前景，但是由于燃煤電廠煙氣壓強小，煙氣中二氧化碳的濃度低，實際運行中需要通過壓縮機提供分離效果，增加了二氧化碳捕集過程的能耗，這是目前阻礙膜分離法工業應用的主要因素。

生物炭是生物有機材料（生物質）在缺氧或絕氧環境中，經高溫熱裂解后生成的固態產物，產物中富含炭元素，生物炭目前有多種用途，即可作為環境治理中的原料，同時可以作為環境改良材料，同時作為一種生物質能的利用方式實現固碳，較少大氣排放，同時還可以緩解國內因為秸稈燃燒導致的大氣污染問題，但是生物炭制備過程中存在需要高溫條件，制備過程中間接的增加了能源消耗，一定程度上降低了其實際的減排效果。生物炭的制備溫度條件不同對生物炭產物的理化性質有一定的差別，不同溫度條件制備的生物炭的會有不同的最佳利用途徑。

目前有些研究通過將熔融碳酸鹽燃料電池與燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集相結合，，但是但未與生物質利用相結合，不符合生物能源與碳捕獲和儲存技術(BECCS)的研究范疇。現有研究的技術，相對獨立的運行，很少將生物質能利用與二氧化碳膜捕集與封存（CCS）技術相結合，兩種技術間的有機結合將會提升資源和能量的綜合利用，減少不必要的浪費。

因此，研究一種利用生物能源與碳捕獲和儲存技術(BECCS)來捕集燃煤電廠煙氣二氧化碳的工藝，在結合生物炭制備，將低溫深冷、膜分離、熔融碳酸鹽燃料電池技術進行整合，以降低工藝的能耗和捕集難度，是十分有必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳捕集耦合生物炭制備工藝，將生物炭制備、氣體膜分離、熔融碳酸鹽燃料電池等技術有效的整合在一起，能夠有效降低二氧化碳捕集工藝的能耗和提高二氧化碳減排效果。

本發明提供的技術方案如下：

一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳捕集耦合生物炭制備工藝，步驟如下：

燃煤電廠煙道氣先經過除雜裝置凈化，然后與天然氣燃燒后的煙氣及新鮮空氣按照一定比例進行混合，經過加壓加熱后輸送到熔融碳酸鹽燃料電池陰極發生還原反應，陰極排放的煙氣先經過催化燃燒器加熱，再經過膨脹發電，之后通入到生物炭制備設備，溫度降低到設定值后排放到大氣中；將由利用完冷能量的天然氣和液化天然氣經加熱升溫后得到的天然氣和其它來源的天然氣組成的熔融碳酸鹽燃料電池陽極燃料源與水蒸氣混合，然后通入催化重整反應裝置，然后通到熔融碳酸鹽燃料電池陽極發生氧化反應；陽極排放的煙氣與膜組件富氧版塊制備的富氧空氣按照一定比例在催化燃燒器中進行反應，反應后的氣體通入到生物炭制備設備；煙氣溫度降低到設定溫度后，通到下一個較低制備溫度的生物炭制備設備，并在溫度低于100攝氏度后，經過3階段的降溫，在氣液分離器中實現初步的脫水干燥；氣液分離后的氣體通入到膜組件中進行氣體組分的分離，膜組件滲透氣先經過多級壓縮機壓縮，再通過換熱器進行2階段的降溫，然后使用3A分子篩進一步脫水干燥；脫水干燥后的二氧化碳氣流通過LNG液化天然氣換熱器降溫，氣體降溫到-54攝氏度變成液體；液化后的二氧化碳經過液壓泵增壓到設定的商業用途所需的壓強。

膜組件富氧版塊通過透平膨脹—壓縮機利用二氧化碳膜分離環節截留氣的壓力勢能為壓縮空氣過程提供能量，經過壓縮后的空氣經過空氣膜分離過程對氧氣和氮氣進行分離，截留氣與膨脹機端出口的煙氣混合后通過膨脹機發電降壓到大氣壓，滲透氣中的富氧空氣為催化燃燒器提供氧源。