[发明专利]一种利用改性煤矸石脱除电厂烟气CO2的系统及其实施方法

说明书

一种利用改性煤矸石脱除电厂烟气CO₂的系统及其实施方法，该系统主要由热解活化炉、降温固化室、鼓泡流化塔、干燥室、碳酸化反应器、再生反应器和冷凝器组成。将破碎后煤矸石送入热解活化炉进行高温热解活化；再经降温固化室冷却固化后送至鼓泡流化塔负载有机胺活性组分；随后将负载有机胺的煤矸石送至干燥室进行干燥形成固态胺改性煤矸石吸收剂；将吸收剂送入碳酸化反应器吸附烟气CO₂后送入再生反应器进行再生处理，以实现吸收剂的循环利用。本发明利用废弃物煤矸石制备改性CO₂吸收剂，即实现固体废弃物资源化利用，解决煤矸石堆积和处理引发的环境问题，亦大幅度降低烟气脱碳成本，有效实现节能减排，具有显著的社会和经济效益。

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集和减排技术领域，尤其涉及一种利用改性煤矸石脱除电厂烟气CO₂的系统及其实施方法。

背景技术

化石燃料燃烧排放的以CO₂为主的温室气体是导致日益严峻的温室效应的主要原因。温室效应会引发诸多问题，如：（1）全球气温升高；（2）冰川消融，海平面上升；（3）气候带北移，极端气候出现频繁；（4）区域性自然灾害加剧；（5）引发新的疾病，危害人类健康。进行全球大规模范围的CO₂减排已迫在眉睫。

《京都议定书》等国际环境公约的签署，督促全球各政府投入CO₂减排与封存技术的发展建设，也明确了CO₂减排的政策与目标。《巴黎协定》明确全球2^oC温升目标和各国中长期的控排目标，意味着与2010年相比，到本世纪中叶要将全球温室气体减少40%-70%，本世纪末实现近零排放。国际能源署（IEA）展望了“450情景”，即将大气中CO₂当量浓度长期稳定在450 ppm左右。《“十三五”控制温室气体排放工作方案》明确提出低碳发展核心目标为2020年碳强度比2015年下降18%。

在碳总排量中，我国温室气体排放总量已超美国位居全球首位。2013年碳排放总量79亿吨，占全球总排放量25%，其中燃煤发电的排放量占全球燃煤发电量的37%；在能源体系中，一次性能源消费中化石燃料占92.5%，其中煤炭占69.5%。在未来半个世纪甚至一个世纪内，能源供给仍然依赖于化石燃料。因此，我国当前正面临着能源消费总量持续增加，能源利用效率低下，生态环境压力大，碳排放问题突出等矛盾。如何有效控制燃煤电厂烟气CO₂的排放，已成为我国科技研发的当务之急。

当前，CO₂减排的主要技术途径可分为以下几类：（1）提高能源利用和转化效率；（2）燃料替代技术与CO₂捕集、利用和封存(CCUS)；（3）使用核能替代煤炭发电；（4）使用风能、太阳能等可再生能源；（5）加强森林和土壤的固碳能力。其中，CCUS技术可有效缓解温室效应，被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖可行的方法。

当前，CO₂捕集的主流技术主要为燃烧前脱碳、燃烧后脱碳、富氧燃烧和工业过程脱碳。其中，燃烧后脱碳技术适用范围广，原理相对简单，与现有电厂的匹配性较好。目前，大多数新建或改造燃煤电厂均采用该技术捕集CO₂。与此同时，燃烧后脱碳技术同样具有脱碳能耗高、设备投资和运行成本较高等缺陷。

为降低燃烧后脱碳技术成本，各国研究人员开始致力于尝试采用固体废弃物制备CO₂固体吸收剂。当前，利用粉煤灰进行燃烧后烟气CO₂捕集已成为废弃物脱碳的研究热点。尽管粉煤灰中含有的活性组分CaO和MgO能够在中高温条件下捕获烟气中CO₂。利用粉煤灰制备分子筛等载体并负载碱基活性组分同样适用于CO₂脱除，但载体的合成方法复杂且成本较高，限制了其在电厂烟气CO₂捕集中的大规模应用。