[发明专利]基于氨循环的碳酸化固定燃煤烟气中CO2的方法和装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及燃煤烟气中CO₂的捕集与封存技术领域，具体涉及一种以氨水作吸收剂，电石渣作再生剂的碳酸化固定燃煤烟气中CO₂的方法和装置。

二、背景技术

由煤等化石燃料燃烧产生的温室气体CO₂的捕集与封存已引起国际社会的广泛关注；其中，模仿自然界钙镁硅酸盐矿物风化过程的矿物碳酸化固定是实现大规模封存CO₂的重要途径，与其他封存技术相比，矿物碳酸化固定CO₂环境风险性小，并可实现CO₂的永久封存。CO₂矿物碳酸化固定的原料主要有硅灰石CaSiO₃、橄榄石Mg₂SiO₄、蛇纹石Mg₃Si₂O₅(OH)₄等钙镁硅酸盐矿物及某些钙基固体废弃物，如粉煤灰、钢渣、电石渣、垃圾焚烧飞灰等。

目前，碳酸化固定CO₂基本采用以下技术方案：先从烟气中分离捕集获得高浓度CO₂，然后在高温高压下将CO₂转化为CaCO₃。苛刻的碳酸化反应条件及需CO₂分离提纯、压缩、输送等步骤导致碳酸化固定费用明显高于地质固定、深海封存技术，在应用上受到极大限制。因此，在常温常压下直接将烟气中CO₂转化为CaCO₃，实现CO₂原位固定，省去分离提纯、压缩、输送等步骤，则可望比地质固定、深海封存技术更具竞争力。目前，化学吸收法是分离捕集燃煤烟气中CO₂的主要方法，所采用的吸收剂包括有机胺和氨水等，由于氨水作为脱碳吸收剂在脱除率、吸收容量等方面均优于有机胺溶液，氨法吸收已成为碳捕集的重要方法；采用的工艺方案包括制取碳铵肥料和热再生获得高纯CO₂，由于碳铵需求量小，目前的常用方法是对富液热再生获得高纯CO₂，再生能耗高，且大部分高纯CO₂仍需作封存处理，如碳酸化固定等。

电石渣是在聚氯乙烯生产过程中电石水解产乙炔而产生的工业废渣；据统计，2011年，我国聚氯乙烯产能达到2162万吨，其中，电石法约占80%，产生的电石渣量达2000万吨以上，并保持高速增长的态势，目前尚无较好的处理或资源化方法。

三、发明内容

发明目的：本发明针对现有碳酸化固定CO₂工艺需预先从烟气中分离获得高浓度CO₂，然后在高温高压下将CO₂转化为CaCO₃的不足，提供一种基于氨循环的碳酸化固定燃煤烟气中CO₂的方法和装置，以氨水为吸收剂、电石渣为再生剂直接将燃煤烟气中CO₂在常温常压下转化为碳酸钙。

技术方案：一种基于氨循环的碳酸化固定燃煤烟气中CO₂的方法，包括如下步骤：

（1）CO₂吸收：经脱硫除尘后的燃煤烟气由下而上进入吸收塔内，与从塔顶喷入的氨水溶液逆向接触，烟气中的CO₂被氨水吸收，生成的含碳酸氢铵和碳酸铵组分的富液流入吸收塔底部，一路与从吸收液混合池进入吸收塔的氨水溶液混合再次循环使用，另一路流入再生池；脱碳处理后的烟气经洗涤、除雾后排入大气；

（2）碳酸化反应：再生池内的富液与进入的电石渣浆液发生碳酸化反应，得到含碳酸钙和氨水的浆液；

（3）吸收液调配：含碳酸钙和氨水的浆液流入沉淀池，经沉淀后富含氨的上清液溢流入吸收液混合池，补加氨水，然后再次进入吸收塔作为氨水溶液参与CO₂吸收；沉淀池内的碳酸钙沉淀物经过滤后，碳酸钙资源化利用，滤液送回吸收液混合池循环使用。

步骤（1）中所述CO₂吸收的条件为：进入吸收塔的氨水溶液的质量浓度为3~12%，进入吸收塔的氨水溶液中NH₃与烟气中CO₂的摩尔比为1.0~2.0，吸收温度为5~45℃；液气比为1~15L/Nm³。

步骤（2）所述碳酸化反应的条件为：再生池中电石渣浆液的质量浓度为10~30%，反应时间为0.5~5min，反应温度为20~50℃。