專利名稱：一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO₂捕集與分離的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CO2的捕集與分離技術，具體是一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法。
背景技術：
近年來，全球變暖已成為國際社會非常關注的焦點問題，溫室氣體特別是CO2的大量排放是氣候變暖的主要因素，控制和減少CO2排放是人類社會面臨的緊迫任務。在我國煤電、鋼鐵、化工、石化和水泥行業(yè)在工業(yè)中占有重要的地位，同時也是能源消耗和CO2排放的重要產(chǎn)業(yè)，所以關于CO2捕集技術主要是針對以上行業(yè)進行，依據(jù)捕集系統(tǒng)的技術基礎和適用性，工程界通常將CO2捕集系統(tǒng)分成以下四種燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒技術和化學鏈燃燒技術。目前正在大力開發(fā)的CO2捕集技術主要有3種，化學溶劑吸收法、吸附法和膜分離法。其中以化學溶劑吸收法研究的最多，此法占據(jù)CO2捕集70%的市場，也被認為最經(jīng)濟可行，被用于二氧化碳捕集的吸收劑有氨水、氫氧化鈉、一級醇胺(MEA)、二級醇胺(DEA、 DIPA)及三級醇胺(MDEA)等，二氧化碳與胺吸收劑發(fā)生化學反應后形成一種含CO2的化合物，在溫度為100°C 140°C和比標準大氣壓略高的壓力條件下化合物分解，胺吸附劑進行再生，分離出吸附劑和高純度的CO2，但此法由于在吸收劑進行再生過程中需要消耗大量的能源，同時由于醇胺類物質的CO2捕集能力較低、工藝復雜、設備投資較大，所以醇胺吸收法的CO2捕集成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低現(xiàn)有技術中CO2的分離與捕集成本，簡化工藝過程，本發(fā)明提供一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法，包括以下幾個步驟
(I )、將MgO與水混合制備成Mg (OH) 2懸濁液作為煙氣吸收劑，MgO和水的加入比例使懸濁液中固體與液體的質量比小于3. 5 ；
(2)、將步驟(I)配制的煙氣吸收劑和待吸收的煙氣分別通入到帶有攪拌功能的CO2吸收器中，并控制吸收劑的溫度為13. 5°C 50. 0°C, pH為8. 5 10. 2，CO2吸收器內(nèi)吸收劑存量與煙氣存量的體積比為I. 8 3. 5，單位時間內(nèi)通入的煙氣中的CO2的物質的量與通入的煙氣吸收劑中總共的鎂的物質的量之比為O. 9 I. O ;
(3)、反應后的混合物進入離心分離機進行固液分離，得到的液體循環(huán)至吸收劑的制備工序作為添加的水循環(huán)利用，將所得的固體MgCO3CH2O晶體在130°C 170°C的溫度下進行加熱干燥以脫除其中的物理水分和化學水分；
(4)、將干燥后得到的固體MgCO3加入到密閉的回轉窯中加熱以實現(xiàn)捕集劑MgO的再生，控制回轉窯窯溫在350°C 500°C，加熱后得到MgO固體和CO2氣體，MgO重新進入吸收劑的制備工序，所得的高純度CO2氣體經(jīng)過除塵處理后，進行降溫壓縮制得食品級CO2產(chǎn)品。所述的含CO2的煙氣為煤電、水泥、冶煉、化工行業(yè)所進行的燃煤、燃油、燃氣所產(chǎn)生的工業(yè)煙氣，以及其它由于化學反應所得到的含有CO2的氣體。所述的MgO為鎂菱礦、白云石、水鎂石等含鎂礦物煅燒所得的氧化鎂或化學法制備而得的氧化鎂。有益效果
(I )、捕集能力強。本發(fā)明用Mg (OH) 2懸濁液作為吸收劑對煙氣中CO2進行捕集，并通過控制懸濁液中固體與液體的質量比，以及通入反應器的煙氣與吸收劑的比例等條件，提高了單位質量吸收劑吸收CO2的量，最終使得本發(fā)明對CO2的捕集能力與現(xiàn)行的CO2捕集能力相比有了較大的提聞。(2)、再生成本低。只需要對脫水干燥后的捕集產(chǎn)物進行簡單的加熱分解即可實現(xiàn)捕集劑的再生，降低了捕集劑的再生成本，而且還制得了食品級CO2產(chǎn)品。(3)、技術適用性強。對于現(xiàn)有煤電、水泥、冶煉、化工等行業(yè)不需要進行大的改造即可實現(xiàn)本發(fā)明。(4)、工藝簡單，易工業(yè)化。本發(fā)明只包括吸收劑制備，吸收，脫水干燥、捕集劑再生等工序，工藝路線簡單，原料來源廣泛，選用設備都為市場上成型設備，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明所用設備的連接關系示意圖。
具體實施例方式一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法，包括以下幾個步驟
(I )、將MgO與水混合制備成Mg (OH) 2懸濁液作為煙氣吸收劑，MgO和水的加入比例使懸濁液中固體與液體的質量比小于3. 5 ；
(2)、將步驟(I)配制的煙氣吸收劑和待吸收的煙氣分別通入到帶有攪拌功能的CO2吸收器中，并控制吸收劑的溫度為13. 5°C 50. 0°C, pH為8. 5 10. 2，CO2吸收器內(nèi)吸收劑存量與煙氣存量的體積比為I. 8 3. 5，單位時間內(nèi)通入的煙氣中的CO2的物質的量與通入的煙氣吸收劑中總共的鎂的物質的量之比為O. 9 I. O ;
(3)、反應后的混合物進入離心分離機進行固液分離，得到的液體循環(huán)至吸收劑的制備工序作為添加的水循環(huán)利用，將所得的固體MgCO3CH2O晶體在130°C 170°C的溫度下進行加熱干燥以脫除其中的物理水分和化學水分；
(4)、將干燥后得到的固體MgCO3加入到密閉的回轉窯中加熱以實現(xiàn)捕集劑MgO的再生，控制回轉窯窯溫在350°C 500°C，加熱后得到MgO固體和CO2氣體，MgO重新進入吸收劑的制備工序，所得的高純度CO2氣體經(jīng)過除塵處理后，進行降溫壓縮制得食品級CO2產(chǎn)品。所述的含CO2的煙氣為煤電、水泥、冶煉、化工行業(yè)所進行的燃煤、燃油、燃氣所產(chǎn)生的工業(yè)煙氣，以及其它由于化學反應所得到的含有CO2的氣體。所述的MgO為鎂菱礦、白云石、水鎂石等含鎂礦物煅燒所得的氧化鎂或化學法制備而得的氧化鎂。
實施例I
本實施例結合附圖I對本發(fā)明的工藝過程進一步詳細說明
將MgO加入到吸收劑制備器I中，再加入水制備Mg(OH)2懸濁液，控制懸濁液的固液比 (質量比)為3. 5，懸濁液由漿泵2輸送至具有攪拌功能的CO2吸收器3內(nèi)，與從吸收器底部通入的煙氣中的CO2進行碳酸化反應，控制吸收體系的pH值為10. 2，溫度為13. 5°C，通入吸收器的煙氣中CO2的物質的量與吸收劑中總共的鎂的物質的量之比為I. O,吸收器內(nèi)的吸收劑與煙氣的體積比為3.5 ;
從CO2吸收器3出來的處理過的煙氣從頂部排出，反應后的混合物進入離心分離機4進行固液分離，得到的液體循環(huán)至吸收劑制備過程循環(huán)利用，所得的固體MgCO3 · 3H20晶體進行到干燥器5加熱干燥以脫除其中的的物理水分和化學水分，控制溫度為170°C ；
干燥脫除水分后所得的MgCO3固體進入密閉回轉窯6中加熱，控制回轉窯窯溫在 500°C，轉速為5r/min，以實現(xiàn)捕集劑MgO的再生，再生所得的MgO重新進入吸收劑制備工段循環(huán)利用，提高捕集劑的利用率，再生所得的高純度CO2氣體，經(jīng)除塵器7除塵后，經(jīng)CO2壓縮機8和換熱器9壓縮降溫后，輸送至CO2高壓儲罐10，即制得食品級CO2產(chǎn)品，產(chǎn)品純度為 99. 98%ο實施例2
將MgO加入到吸收劑制備器中，再加入水制備Mg(OH)2懸濁液，控制懸濁液的固液比 (質量比)為0，懸濁液由漿泵輸送至具有攪拌功能的CO2吸收器內(nèi)，與煙氣中的CO2進行碳酸化反應，控制吸收體系的pH值為8. 5，溫度為50. (TC，通入吸收器的煙氣中CO2的物質的量與吸收劑中總共的鎂的物質的量之比為O. 9，吸收器內(nèi)的吸收劑與煙氣的體積比為I. 8 ；
從CO2吸收器出來的反應后的混合物進入離心分離機進行固液分離，得到的液體循環(huán)至吸收劑制備過程循環(huán)利用，將所得的固體MgCO3 ·3Η20晶體進行加熱干燥以脫除其中的的物理水分和化學水分，控制溫度為130°C ；
干燥脫除水分后所得的MgCO3固體進入密閉回轉窯中加熱，控制回轉窯窯溫在480°C， 轉速為5r/min，以實現(xiàn)捕集劑MgO的再生，再生所得的MgO重新進入吸收劑制備工段循環(huán)利用，提高捕集劑的利用率，再生所得的高純度CO2氣體，經(jīng)除塵器除塵后，經(jīng)CO2壓縮機和換熱器壓縮降溫后，輸送至CO2高壓儲罐，即制得食品級CO2產(chǎn)品，產(chǎn)品純度為99. 92%。實施例3
將MgO加入到吸收劑制備器中，再加入水制備Mg(OH)2懸濁液，控制懸濁液的固液比 (質量比)為2. 0，懸濁液由漿泵輸送至具有攪拌功能的CO2吸收器內(nèi)，與煙氣中的CO2進行碳酸化反應，控制吸收體系的PH值為9. 0，溫度為30°C，通入吸收器的煙氣中CO2的物質的量與吸收劑中總共的鎂的物質的量之比為O. 95，吸收器內(nèi)的吸收劑與煙氣的體積比為3. O 倍;
從CO2吸收器出來的反應后的混合物進入離心分離機進行固液分離，得到的液體循環(huán)至吸收劑制備過程循環(huán)利用，將所得的固體MgCO3 ·3Η20晶體進行加熱干燥以脫除其中的的物理水分和化學水分，控制溫度為150°C ；
干燥脫除水分后所得的MgCO3固體進入密閉回轉窯中加熱，控制回轉窯窯溫在350°C， 轉速為2r/min，以實現(xiàn)捕集劑MgO的再生，再生所得的MgO重新進入吸收劑制備工段循環(huán)利用，提高捕集劑的利用率，再生所得的高純度CO2氣體，經(jīng)除塵器除塵后，經(jīng)CO2壓縮機和換熱器壓縮降溫后，輸送至CO2高壓儲罐，即制得食品級CO2產(chǎn)品，產(chǎn)品純度為99. 95%。
權利要求
1.一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法，其特征在于包括以下幾個步驟(I )、將MgO與水混合制備成Mg (OH) 2懸濁液作為煙氣吸收劑，MgO和水的加入比例使懸濁液中固體與液體的質量比小于3. 5 ；(2)、將步驟(I)配制的煙氣吸收劑和待吸收的煙氣分別通入到帶有攪拌功能的CO2吸收器中，并控制吸收劑的溫度為13. 5°C 50. 0°C, pH為8. 5 10. 2，CO2吸收器內(nèi)吸收劑存量與煙氣存量的體積比為I. 8 3. 5，單位時間內(nèi)通入的煙氣中的CO2的物質的量與通入的煙氣吸收劑中總共的鎂的物質的量之比為O. 9 I. O ;(3)、反應后的混合物進入離心分離機進行固液分離，得到的液體循環(huán)至吸收劑的制備工序作為添加的水循環(huán)利用，將所得的固體MgCO3 · 3H20晶體在130°C 170°C的溫度下進行加熱干燥以脫除其中的物理水分和化學水分；(4)、將干燥后得到的固體MgCO3加入到密閉的回轉窯中加熱以實現(xiàn)捕集劑MgO的再生，控制回轉窯窯溫在350°C 500°C，加熱后得到MgO固體和CO2氣體，MgO重新進入吸收劑的制備工序，所得的高純度CO2氣體經(jīng)過除塵處理后，進行降溫壓縮制得食品級CO2產(chǎn)品。
2.如權利要求I所述的一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法，其特征在于所述的含CO2的煙氣為煤電、水泥、冶煉、化工行業(yè)所進行的燃煤、燃油、燃氣所產(chǎn)生的工業(yè)煙氣，以及其它由于化學反應所得到的含有CO2的氣體。
全文摘要
一種采用鎂基吸收劑實現(xiàn)煙氣中CO2捕集與分離的方法，涉及CO2的捕集與分離技術，本發(fā)明以Mg(OH)2懸濁液作為煙氣中CO2的吸收劑，并通過控制懸濁液合適的固液比，以及吸收劑和煙氣的比例等條件，最終使得本發(fā)明對CO2的捕集能力與現(xiàn)行的CO2捕集能力相比有了較大的提高，同時制得高純度的食品級CO2產(chǎn)品。本發(fā)明方法對CO2的捕集能力強，工藝簡單，捕集劑再生成本低，技術適用性強。
文檔編號B01D53/78GK102580468SQ201210018610
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者盧偉偉, 宋幫才, 張軍, 時清亮 申請人:河南科技大學