專(zhuān)利名稱(chēng)：非分離煙氣中二氧化碳的直接礦化隔離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及對(duì)燃煤電廠煙氣中的二氧 化碳進(jìn)行直接礦物碳酸化隔離，以減少二氧化碳排放的一種方法。
背景技術(shù)：
煤炭是我國(guó)能源的基石，我國(guó)能源供給約70%來(lái)自煤炭。煤炭燃燒產(chǎn) 生的大量S02、 NOx、 C02、粉塵等有害物質(zhì)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染；其中， 燃煤電廠排放煙氣中的二氧化碳更是大氣中二氧化碳的主要來(lái)源之一 。
控制二氧化碳排放的措施主要有(一)提高燃料的利用效率；(二) 改善能源結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)低碳或無(wú)碳能源，提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比 例；(三)將現(xiàn)有設(shè)備產(chǎn)生的二氧化碳捕集、吸收并封存起來(lái)，盡量減少排 入大氣的二氧化碳的量。當(dāng)前最為現(xiàn)實(shí)、直接的對(duì)策是捕集、吸收、隔離、 封存現(xiàn)有裝置產(chǎn)生的二氧化碳。
目前采用的二氧化碳隔離方案主要有海洋埋存、地質(zhì)埋存、植物固 碳和礦物儲(chǔ)存等。海洋埋存明顯受地域限制，地質(zhì)埋存存在氣體泄漏問(wèn)題， 需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，植物固碳又需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能顯示出效果，礦物儲(chǔ)存顯然 不存在以上問(wèn)題，且礦物儲(chǔ)存可使一部分二氧化碳轉(zhuǎn)移到固體礦物中，能 夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的永久埋存。有研究者經(jīng)計(jì)算得出co2的能態(tài)比碳的低 400kJ/mol，而碳酸鹽的能態(tài)比C02的還要低60-180 kJ/mol，認(rèn)為碳原子的最終穩(wěn)定狀態(tài)不是存在于C02中，而是存在于碳酸鹽中。在眾多的二氧化 碳減排技術(shù)中，礦物碳酸化儲(chǔ)存二氧化碳具有永久儲(chǔ)存、能耗低、容量大、 產(chǎn)物可資源化利用等優(yōu)點(diǎn)顯示較好的應(yīng)用前景。
現(xiàn)有的二氧化碳減排技術(shù)大部分是以吸收分離co2，再將收集得到的
純凈C02進(jìn)行處理為主，如申請(qǐng)?zhí)枮?0108881.5的中國(guó)專(zhuān)利文件提出一種
利用硅酸鋰作為吸附劑來(lái)吸收二氧化碳的方法。在該方法中，硅酸鋰用通 式"^//^來(lái)表示，其中x, y， z滿足x+4y-2z=0要求的整數(shù)，通式中鋰的
含量x最好是至少為4，但是利用硅酸鋰吸收二氧化碳本質(zhì)上屬于二氧化碳 的分離，分離后收集得到的純凈的C02如何處理是一個(gè)很大的問(wèn)題，將收
集得到的純凈的C02加壓注入海底或者地底深處是處理方法之一，但是由
于C02的注入對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響無(wú)法估量，且擔(dān)心泄露等問(wèn)題，需要長(zhǎng)期 監(jiān)察維護(hù)，這些都無(wú)形中增加了二氧化碳減排的成本。而且這些二氧化碳 減排技術(shù)還存在吸收劑制備問(wèn)題，如日本學(xué)者的專(zhuān)利中使用的硅酸鋰在自 然界中不存在，需要經(jīng)過(guò)特殊而且復(fù)雜的工藝來(lái)制備，具有較高的制備成 本和周期，且吸收劑吸收C02時(shí)還存在吸收效率及循環(huán)利用等問(wèn)題，這些 都大大增加了二氧化碳減排的成本和操作難度。如何在低成本和簡(jiǎn)單操作 的基礎(chǔ)上將二氧化碳根本固定隔離起來(lái)，減少C02排放已經(jīng)成為目前二氧 化碳減排技術(shù)急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非分離煙氣中二氧
化碳的直接礦化隔離方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中C02的永久隔離，操作簡(jiǎn)單，成本低。
非分離煙氣中二氧化碳的直接礦化隔離方法，具體為將韓或鎂硅酸 鹽礦物粉末置于填充有水的反應(yīng)器，向反應(yīng)器內(nèi)充入煙氣，保持反應(yīng)器中
的壓力為1.0 6.0MPa，溫度為80'C 20(TC，煙氣中的(302與硅酸鹽礦物 在水溶液中反應(yīng)得到碳酸鹽。
作為改進(jìn)，將鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末活化處理或者加工成型制成多孔 蜂窩狀材料后再置于反應(yīng)器中。
活化處理方式為對(duì)鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末作熱處理，熱處理溫度 300 650°C，熱處理時(shí)間1 3小時(shí)。
另一種活化處理方式為將鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末放入質(zhì)量百分比為 2 10%的酸溶液2 6小時(shí)，取出，清洗，烘干。
本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在
1. 本發(fā)明中直接對(duì)電廠煙氣中的C02進(jìn)行礦物碳酸化固定，無(wú)須對(duì) C02進(jìn)行分離提純，大大降低了固碳成本。同時(shí)，可以利用電廠余熱和現(xiàn)有 設(shè)備實(shí)現(xiàn)礦化反應(yīng)條件，減少了固碳所需的額外能量供應(yīng)。
2. 本發(fā)明中的固碳原料天然鈣、鎂硅酸鹽礦物在自然界中儲(chǔ)量豐富， 成本低廉。同時(shí)，礦物碳酸化產(chǎn)物為穩(wěn)定的碳酸鹽，無(wú)環(huán)境污染而且能夠 永久的封存二氧化碳，無(wú)須后續(xù)成本投入。
3. 本發(fā)明所采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，對(duì)電廠適應(yīng)性強(qiáng)，改造實(shí)現(xiàn) 容易，投資成本低，且固碳產(chǎn)物可以回收利用，在不影響電廠正常運(yùn)行的情況下可實(shí)現(xiàn)co2的大規(guī)模減排，具有很大的商業(yè)化應(yīng)用潛力。


圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1 將鈣的質(zhì)量百分比含量為26%的硅灰石10克破碎研磨至 200目的粉末，然后與40ml蒸餾水混合均勻成漿后置于礦物碳酸化反應(yīng)器 內(nèi)，充入高壓模擬煙氣，模擬煙氣的主要成分為82%N2、3%02、 15%C02、 少量的S02和氮氧化物N0。反應(yīng)溫度為8(TC，反應(yīng)壓力為l.OMPa;保持 溫度和壓力不變反應(yīng)60分鐘后，停止加熱。待系統(tǒng)冷卻后，收集反應(yīng)后氣 體及反應(yīng)器內(nèi)的固體產(chǎn)物。利用氣相色譜儀對(duì)反應(yīng)后氣體成分及含量進(jìn)行 測(cè)試，得到反應(yīng)后<:02含量為4.5%。固體產(chǎn)物于105'C溫度下烘干，烘干 后的固體產(chǎn)物送入馬弗爐煅燒，煅燒溫度為S0(TC。對(duì)比煅燒前后固體產(chǎn)物
質(zhì)量變化，經(jīng)計(jì)算得到礦物碳酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率
40x(M,-M2)xl00%=193%。 44x0.26xM2
實(shí)例2 將鎂的質(zhì)量百分比含量為20%的蛇紋石礦樣10克破碎研磨 至200目的粉末，并將礦樣于65(TC恒溫焙燒2小時(shí)，再將焙燒后的礦樣和 蒸餾水40ml混合均勻成漿后置于礦物碳酸化反應(yīng)器內(nèi)，充入高壓模擬煙氣， 反應(yīng)溫度為120°C，反應(yīng)壓力為2.1MPa;保持溫度和壓力不變反應(yīng)60分鐘 后，停止加熱。待系統(tǒng)冷卻后，收集反應(yīng)后氣體及反應(yīng)器內(nèi)的固體產(chǎn)物。 利用氣相色譜儀對(duì)反應(yīng)后氣體成分及含量進(jìn)行測(cè)試，得到反應(yīng)后co2含量為4.3%。固體產(chǎn)物于105"C溫度下烘干，烘干后的固體產(chǎn)物送入馬弗爐煅 燒，煅燒溫度為700。C。對(duì)比煅燒前后固體產(chǎn)物質(zhì)量變化，經(jīng)計(jì)算得到礦物
碳酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率7 = 21， —，2) x 100% =22.8% 。
實(shí)例3 將鎂的質(zhì)量百分比含量為20%的蛇紋石礦樣10克破碎研磨 至200目的粉末，并將礦樣于10%左右稀鹽酸2小時(shí)處理，處理后的礦樣 清洗烘干，與蒸餾水40ml混合均勻成漿后置于礦物碳酸化反應(yīng)器內(nèi)，充入 高壓模擬煙氣，反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)壓力為6.0MPa;保持溫度和壓力 不變反應(yīng)60分鐘后，停止加熱。待系統(tǒng)冷卻后，收集反應(yīng)后氣體及反應(yīng)器 內(nèi)的固體產(chǎn)物。利用氣相色譜儀對(duì)反應(yīng)后氣體成分及含量進(jìn)行測(cè)試，得到 反應(yīng)后C02含量為3.5%。固體產(chǎn)物于105"C溫度下烘干，烘干后的固體產(chǎn) 物送入馬弗爐煅燒，煅燒溫度為700'C。對(duì)比煅燒前后固體產(chǎn)物質(zhì)量變化，
經(jīng)計(jì)算得到礦物碳酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率/7 = ^^^><訓(xùn)％=28.9%。
44 x 0.2 x M2
實(shí)例4 將鈣的質(zhì)量百分比含量為26%的硅灰石礦樣10克破碎研磨 至200目的粉末，并將礦樣加工制成多孔蜂窩狀材料置于礦物碳酸化反應(yīng) 器內(nèi)，充入高壓模擬煙氣，反應(yīng)溫度為15(TC，反應(yīng)壓力為4.0MPa;保持 溫度和壓力不變反應(yīng)60分鐘后，停止加熱。待系統(tǒng)冷卻后，收集反應(yīng)后氣 體及反應(yīng)器內(nèi)的固體產(chǎn)物。利用氣相色譜儀對(duì)反應(yīng)后氣體成分及含量進(jìn)行 測(cè)試，得到反應(yīng)后(^02含量為4.0%。固體產(chǎn)物于105'C溫度下烘干，烘干 后的固體產(chǎn)物粉碎后送入馬弗爐煅燒，煅燒溫度為800°C。對(duì)比煅燒前后固
體產(chǎn)物質(zhì)量變化，經(jīng)計(jì)算得到礦物碳酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率
24x(M,-M2)xl00%=25 2%。 44x0.2xM，本發(fā)明利用鈣、鎂硅酸鹽礦物與煙氣中的co2的碳酸化反應(yīng)進(jìn)行礦物
碳酸化固定，其反應(yīng)方程通式如下
同時(shí)，煙氣中少量的S02和NO適度增加溶液中的酸度，促進(jìn)f5、鎂 硅酸鹽礦石在水中的溶解，提高礦物碳酸化固碳效率。電廠煙氣的粉塵中 還含有少量的鈣、鎂氧化物，有利于對(duì)煙氣中的C02進(jìn)行固定。
將本發(fā)明應(yīng)用于實(shí)際電場(chǎng)中，可采用如圖1所示的的裝置，由風(fēng)機(jī)、 水泵及二氧化碳礦化反應(yīng)器等組成。經(jīng)過(guò)靜電除塵器除塵后的電廠煙氣由 風(fēng)機(jī)引入二氧化碳礦化反應(yīng)器中，在水溶液條件下與成型的鈣、鎂硅酸鹽 礦物材料進(jìn)行反應(yīng)，煙氣壓力由風(fēng)機(jī)和汽輪機(jī)蒸汽壓力維持在1.0 6.0MPa。反應(yīng)器中的水由電廠中的煙氣余熱或者汽輪機(jī)抽氣加熱至8(TC 200°C，用水泵泵入反應(yīng)器中，同時(shí)利用水泵供水時(shí)產(chǎn)生的水流波動(dòng)使反應(yīng) 器中的物料處于均勻分布狀態(tài)。電廠煙氣由風(fēng)機(jī)引入反應(yīng)器中，在80°C 20(TC左右的水溶液中與鈣、鎂硅酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)煙氣中少量的S02和 NO可以調(diào)節(jié)溶液的酸性，促進(jìn)碳酸化反應(yīng)的進(jìn)行，而靜電除塵未除盡的少 量粉塵中的鈣、鎂氧化物也可以額外隔離固定少量的co2，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電
廠煙氣中C02的礦物隔離，減少電廠向大氣中的C02排放。8
權(quán)利要求
1、非分離煙氣中二氧化碳的直接礦化隔離方法，具體為將鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末置于填充有水的反應(yīng)器，向反應(yīng)器內(nèi)充入煙氣，保持反應(yīng)器中的壓力為1.0～6.0MPa，溫度為80℃～200℃，煙氣中的CO2與硅酸鹽礦物在水溶液中反應(yīng)得到碳酸鹽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非分離煙氣中二氧化碳的直接礦化隔離方 法，其特征在于，將鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末作活化處理或者加工成型制成 多孔蜂窩狀材料后再置于反應(yīng)器中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非分離煙氣中的二氧化碳直接礦化隔離方 法，其特征在于，活化處理方式為對(duì)鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末作熱處理， 熱處理溫度300 650。C，熱處理時(shí)間1 3小時(shí)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非分離煙氣中二氧化碳的直接礦化隔離方 法，其特征在于，活化處理方式為將鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末放入質(zhì)量百 分比為2 10%的酸溶液2 6小時(shí)，取出，清洗，烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非分離煙氣中二氧化碳的直接礦化隔離方法，具體為將鈣或鎂硅酸鹽礦物粉末置于填充有水的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)通入煙氣，保持反應(yīng)器中的壓力為1.0～6.0MPa，溫度為80℃～200℃，煙氣中的CO₂與硅酸鹽礦物在水溶液中反應(yīng)得到碳酸鹽。本發(fā)明無(wú)需對(duì)CO₂分離提純，采用直接對(duì)電廠煙氣中的CO₂進(jìn)行礦物碳酸化固定的方式實(shí)現(xiàn)CO₂的永久隔離。
文檔編號(hào)B01D53/62GK101596397SQ20091006307
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者張軍營(yíng), 恒 晏, 汪文哲, 沖 田, 趙永椿, 鄭楚光 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)