[发明专利]一种利用未脱水的脱硫石膏脱除电厂中CO2的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用和能源利用过程中污染物防治领域，尤其涉及一种利用未脱水脱硫石膏脱除电厂烟气中CO₂的装置和方法，属于二氧化碳减排技术领域。

背景技术

随着温室效应对世界气候的影响日益显现，CO₂排放问题已经成为公众最为关注的焦点之一。当前，CO₂排放速度正随着人类对能源利用需求的增长而迅速增长。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测，人类活动产生的当量CO₂将从1997年的271亿t/a增长到2100年的950亿t/a。而大气中的CO₂浓度也将从现有的400ppm增长到2100年的1150ppm。如何有效降低CO₂排放是关系到人类社会持续发展的重要问题。

在人类活动排放的CO₂中，燃煤电厂等能源密集型行业是最大最集中的CO₂排放源，如何有效控制能源密集型行业CO₂排放是实现CO₂减排的关键。

碳捕集、利用和封存(CCUS)技术是控制燃煤电厂CO2排放的有效途径。从燃煤电厂烟气中捕集CO₂的技术路线众多，具体可分为：燃烧前CO₂分离技术、富氧燃烧技术和燃烧后CO₂捕集技术。其中，燃烧后CO₂捕集技术具有不影响上游燃烧工艺，且不受烟气中CO₂浓度影响，无需对现有电厂设备进行改造等优势，可直接用于传统或新建燃煤电厂烟气CO₂分离。

当前，燃烧后CO₂捕集技术主要包括化学吸收法、物理吸附法、膜分离法和生物净化法。其中，以乙醇胺法为典型的化学吸收法是当前商业化应用最成熟的主流技术。但是，乙醇胺法具有CO₂吸收容量有限、腐蚀性强、系统脱碳和再生能耗高等缺陷。

为克服液态胺脱碳技术的上述缺陷，研究人员近年来开始着手于利用固体吸收剂进行燃烧后CO₂捕集。如：固态胺吸收剂具有脱碳效率高、循环性能稳定、活性时间长和再生能耗低等优势；碱金属基固体吸收剂具有脱碳容量高、反应能耗低、循环利用效率高、对设备无腐蚀、无二次污染等优势。相比于液态胺脱碳技术而言，固态胺和碱金属基固体吸收剂在燃烧后CO₂捕集应用中具有潜在优势。但是，用于燃烧后CO₂捕集的固体吸收剂其原料来源、成本、制备工艺等因素及其在杂质气氛下易失活等特点，在一定程度上制约了其在燃煤电厂烟气脱碳中大规模应用。因此，开发高效率、低能耗和低成本的固体CO₂吸收剂势在必行。

为有效降低固体CO₂吸收剂的成本，研究人员近年来开始致力于采用含碱性或碱土金属氧化物(Ca、Mg、K、Na)的废弃物固化储存CO₂，即碳酸化矿化封存。其具体的工艺主要可分为干法和湿法碳酸化反应，其中干法碳酸化反应是直接的气固反应，通常要在非常严苛的条件下进行，反应能耗高，反应速率和转化率低；湿法碳酸化工艺中，反应时间近年来已明显缩短，其所需的CO2分压也显著降低，其对应的碳酸化转化率明显提高。相比而言，湿法碳酸化工艺是目前的研究热点。

SO₂作为燃煤电厂烟气中主要污染物之一，其直接排放引发的环境污染问题同样备受关注。目前应用的脱硫技术主要为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。其中，燃烧后脱硫即烟气脱硫技术(FGD)是控制火电厂SO2排放的末端技术，也是目前唯一大规模商业化应用的SO₂减排技术。烟气脱硫技术种类较多，一般按照脱硫的形态可分为干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫工艺。

湿法烟气脱硫(WFGD)工艺在溶液或浆液中进行，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态。湿式石灰石-石膏法是目前商业化应用最广的湿法烟气脱硫技术，其采用石灰为脱硫剂，价格低廉，具有脱硫反应速度快，脱硫效率高(95％以上)和技术成熟等优势。但该技术同样面临着设备复杂、运行成本高、湿态脱硫产物不易处理(废液处理难度高)等缺陷。