[發明專利]一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳混合捕集耦合微藻固碳工藝

在審

• 申請號: 201711197095.0
• 申請日: 2017-11-25
• 公開（公告）號: CN107899375A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 楊正山
• 申請（專利權）人: 楊正山
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C01B32/50;C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集技術領域，尤其涉及一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳混合捕集耦合微藻固碳工藝。

背景技術

工業革命以來，隨著化石燃料的燃燒，大氣中二氧化碳濃度的急速上升，溫室效應日益嚴重，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）指出，目前地球表面大氣中二氧化碳平均濃度高于400ppm。在溫室氣體的總增溫效應中，二氧化碳貢獻率占63%左右，通過減少二氧化碳的排放有利于改善和減緩溫室效應。根據國際能源署（IEA）相關報道，為了實現2攝氏度的增溫目標，2040年全世界需要每年捕集和封存40億噸左右的二氧化碳，現已部署的二氧化碳捕集與封存（CCS）能力約4000萬噸/年。《巴黎協定》中明確的長期氣候目標為控制平均全球變暖遠遠低于的2攝氏度，并期望控制氣溫提升1.5攝氏度。氣候模式指出，控制大氣二氧化碳平均濃度不超過450ppm，需要從2050年依賴負排放才能實現，尤其是與CCS相結合的生物能（BECCS）。

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，該技術結合了碳捕集和儲存(CCS)和生物能源利用，能夠實現二氧化碳的凈負排放。

在現有大規模的CCS項目中，CCS的捕集部分占了整個項目的絕大部分成本，其中電力部門二氧化碳的排放量占全球排放總量的40%左右，捕集和壓縮過程相關的花費占整個項目的70%-90%左右。

目前二氧化碳捕集的技術中主要有溶劑吸收法、吸附法、膜分離法、低溫深冷分離法等，目前醇胺吸收法處于工業應用階段，但是存在吸收劑泄露或揮發造成環境污染，吸收劑再生溫度高，能耗高等問題。膜分離法操作簡便、模塊化、占地面積小、能耗低等優點，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較低，超過一定捕集率之后，提升單位捕集率所需能耗、膜面積迅速增加，增加了捕集成本，這是目前阻礙膜分離法工業應用主要影響因素之一。

隨著捕集技術的發展，目前出現了多種混合捕集技術，例如：將膜分離法與化學吸收法整合成膜接觸反應器，將低溫深冷技術與膜分離法整合形成Ambient膜混合系統和sub-ambient膜混合系統，將變壓吸附與膜分離法和低溫深冷技術進行組合的混合捕集技術；通過技術的整合有利于降低系統的能耗和單位捕集成本。

微藻固碳技術具有光和速率高、環境適應性強和二氧化碳分離和捕集成本低等優點，根據現有研究表明當二氧化碳的濃度超過5%之后，大多數微藻的生長受到一定程度的抑制，煙氣中的硫氧化物和氮氧化物同樣會對微藻的生長產生抑制；培育耐高濃度二氧化碳和污染物的藻類的成本較高，使用空氣作為碳源時，微藻培養過程中溶解氧達到一定程度會對微藻生長產生一定抑制作用；微藻粉末含有豐富的碳元素，可以用來制備生物碳、煤炭替代燃料等，同時富含蛋白質可以作為牲畜的肥料，具有很好的經濟價值。

現有的膜材料不能滿足單級膜組件實現對燃煤電廠煙道氣中二氧化碳捕集率為90%，純度為95%的目標要求；多級膜組件二氧化碳捕集系統在二氧化碳捕集濃度不變的情況下，捕集率在80%-90%之間單位捕集成本隨著捕集率增加明顯增大。

因此，研究一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳混合捕集耦合微藻固碳工藝，通過微藻固碳增加混合捕集工藝二氧化碳的捕集率，降低工藝的能耗和捕集成本；微藻固碳技術的光合作用產物可以增加捕集工藝的收益，藻粉作為電廠燃料可以增加負碳排放，為生物能源與碳捕獲和儲存技術(BECCS)提供一種新途徑。

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混合捕集耦合微藻固碳工藝，由混合捕集版塊和微藻固碳版塊組成；通過利用整合膜分離法和低溫深冷法，同時調整混合捕集系統二氧化碳的捕集率，降低混合捕集系統二氧化碳單位捕集成本和能耗；利用混合捕集系統的截留氣及天然氣燃燒后排放的煙氣為微藻固碳系統提供碳源，光合作用產物和微藻粉末加工產品提高工藝的收益；通過混合捕集系統，天然氣燃燒后的煙氣可以提升了微藻固碳版塊碳源氣體中二氧化碳的濃度，在不影響微藻生長的情況下提高固碳效果，天然氣燃燒發電產生的廢熱可以為微藻固碳版塊的溫度調節提供熱量；微藻固碳版塊產生的氣體可以為天然氣的燃燒提供氧源。