[发明专利]固体废弃物碳酸化固定烟道气中CO2的方法及其装置

说明书

一、技术领域

本发明属于烟道气中二氧化碳的固定技术，特别涉及一种固体废弃物碳酸化固定烟道气中CO₂的方法及其装置。

二、背景技术

现有技术：CO₂是引起全球气候变化的最主要的温室气体之一，其中大量化石能源燃烧是引起大气中CO₂浓度增加的主要原因。温室气体CO₂的控制已引起国际社会的广泛关注，主要包括分离回收、固定和转化3个方面，固定技术主要有地质固定、海洋封存、生物固碳、CO₂矿物碳酸化固定等。CO₂矿物碳酸化固定是模仿自然界中硅灰石CaSiO₃、橄榄石Mg₂SiO₄、蛇纹石Mg₃Si₂O₅(OH)₄等钙镁硅酸盐矿物的风化过程，该设想首次由Seifritz提出，可用如下反应通式表示：

(Ca，Mg)_xSi_yO_x+2y+zH_2z(s)+xCO₂(g)→x(Ca，Mg)CO_s(s)+ySiO₂(s)+zH₂O(1/g)

鉴于不少固体废弃物富含钙且呈碱性，近年来国外开展了固体废弃物碳酸化固定CO₂的研究。与钙镁硅酸盐矿物相比，固体废弃物反应活性高、粒度小、不需进行预处理，同时不少固体废弃物靠近CO₂排放源，如粉煤灰、钢渣、垃圾焚烧飞灰等，可望实现原位CO₂固定。与其他固定技术相比，矿物、固体废弃物碳酸化固定CO₂环境风险性小，可实现CO₂的永久封存。

矿物及固体废弃物碳酸化固定CO₂的工艺路线通常可分为：①直接工艺，即CO₂与矿物、固体废弃物颗粒一步碳酸化反应生成碳酸盐产物(包括干法、湿法2种)；②间接工艺，即先用媒质(浸出剂)从矿物、固体废弃物中浸出钙镁离子，然后进行碳酸化反应生成碳酸盐及媒质，媒质循环利用。目前，矿物及固体废弃物碳酸化固定CO₂均采用以下技术方案：从烟道气中吸收分离获得纯CO₂，加压液化后输送至固定点，然后采用高压搅拌釜反应器在高温、高压下将CO₂转化为CaCO₃/MgCO₃。由于高压搅拌釜反应器中进行碳酸化反应时气液固相间的传质速率较慢，微观混合差，碳酸化反应时间需几十分钟至几十小时，反应压力需几十大气压；如Lacker等利用粒径为100μm的蛇纹石在500℃、3.4×10⁷Pa的CO₂分压下，以直接干法固定CO₂，反应2h，蛇纹石最大转化率仅为25％(Proceedings of the 22^nd International Technical Conference on Coal Utilization andFuel System，Clearwater，Florida，1997)；Kakizawa等以乙酸为媒质的间接路线，采用硅灰石固定CO₂，在CO₂分压为3.0×10⁶pa、温度80℃，反应60min硅灰石最大转化率仅为20％(Energy，2001，v26)；Huijgen等以钢渣为原料，采用直接湿法碳酸化工艺固定CO₂，在CO₂压力为3MPa、温度100℃、固体废弃物粒径＜38μm等条件下，反应30min钙转化率为74％(Environmental Science&Technology，2005，v39)。苛刻的碳酸化反应条件及需CO₂吸收分离、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，CO₂碳酸化固定的过程强化，在常压下直接将烟道气中CO₂转化固定为CaCO₃/MgCO₃，实现CO₂原位固定，省去吸收分离、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。