[发明专利]一种捕集矿化铝电解烟气中的CO2制备碳酸钙并回收CO方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种捕集矿化铝电解烟气中的CO₂制备碳酸钙并回收CO方法。

背景技术

大量CO₂气体排放导致的全球“温室效应”及造成的一系列严重环境问题，引起了世界各国高度重视，并已将其作为温室气体削减与控制的重点。据国际能源署的预测，2030年中国与能源相关的CO₂排放量（碳当量）将上升到116.15亿吨，占2007～2030年这段时期全球碳排放新增量（114亿吨碳当量）的48.6%。

目前，CO₂尾气回收方法主要包括吸收分离和吸附分离。其中，吸收分离技术是利用吸收剂溶液对含有CO₂的混合气体进行洗涤，从而达到分离CO₂的目的，可分为物理吸收法和化学吸收法。物理吸收法对CO₂含量较高的烟气分离回收率高，缺点是选择性较低，处理成本较高。化学吸收法常用单乙醇胺（MEA）作为吸收剂，MEA的化学反应活性好，吸收CO₂的速度快，但是，利用MEA吸收分离CO₂存在能耗较高，初期投资比较昂贵等问题。离子液体作为CO₂的吸收剂，可克服MEA的诸多缺点，是一种清洁、稳定和高效的捕获CO₂吸收剂。但大部分功能化离子液体合成过程都较复杂，成本也较高，制约了其工业化应用。吸附分离技术是利用固体吸附剂对混合气体中CO₂的选择可逆吸附作用来进行捕集分离CO₂的技术，可分为物理吸附法和化学吸附法。物理吸附法在当今工业生产中普遍采用的是变压吸附（PSA）法。美国加州大学洛杉矶分校Banerjee等研制了“沸石咪唑酯骨架结构材料”（ZIFs）系列，在273K和常压条件下，CO₂吸附量达到82.6mg/g。但由于吸附剂的生产成本昂贵等问题，无法大规模投入生产。化学吸附法以介孔分子筛吸附最具有代表性。Yue等利用四乙烯五胺（TEPA）对介孔分子筛SBA-15原粉进行胺基功能化改性后，CO₂吸附能力可达到173 mg/g。但合成介孔分子筛的成本过高，导致其不能够大规模使用。尽管CO₂捕集分离技术取得了很大进展，但仍存在处理价格昂贵，投资成本高等问题，并且现有方法都集中在对CO₂尾气中CO₂的分离捕集，而对其高值化矿化和CO₂尾气其它有价组分的高值化回收利用技术未加考虑。

我国的电解铝行业是能源消耗大的资源型产业，同时也是温室气体排放量居前的行业。每生产1t电解铝外排1.05tCO₂和0.35tCO，电解铝每年的CO₂排放量约占全国碳总排放量的4%，无疑成为“巨大碳源”。东北大学冯乃祥等发明的异型阴极技术，中南大学李劼等研发的智能多环优化控制铝电解槽各项技术条件节能技术，中铝郑州轻金属研究院刘凤琴等提出通过改变阴极结构和性能，采用可湿润阴极、设置水平网络沟槽及蓄铝池结构系统的新型结构电解槽的技术思路，以及中铝国际沈阳铝镁设计研究院和贵阳铝镁设计研究院共同进行的“600kA超大容量铝电解槽技术”研发，都通过铝电解槽结构的优化设计实现大幅度的节能减排。因此，针对我国电解铝工业特点，实现电解铝烟气的减排化，同时回收CO燃气是十分紧迫和必要的。如果将净烟气中的CO₂加以捕捉分离，不但符合绿色冶炼，控制温室气体排放的环保要求，还可以回收其中的CO燃气，对进一步回收二次能源、促进节能减排具有重要意义。但国内外对铝电解净烟气直接处理而实现节能减排的研究未见报道。尤其是专门针对铝电解尾气中CO₂组分高效矿化及其中CO燃气的高效回收利用的研究亦未有报道。

2012年预计中国PVC产量1400万t，同时产生10%固体浓度的电石渣浆3000万t左右。现有的电石渣基本被填埋、堆放或者作水泥原料处理，但由于其含水量高、碱度大，以上几种处理方法均存在着能耗高、污染大等缺点。如何实现电石渣的绿色综合利用，也是关系到PVC行业走循环经济可持续发展的关键。周康根、刘跃进和林倩等人已研究过利用电石渣为原料制备纳米碳酸钙的新思路，基本都是首先将电石渣高温煅烧，然后进行氯化铵浸出得到CaCl₂溶液，然后碳化得到纳米碳酸钙。以上工艺都存在着能耗高、流程长、三废多等缺陷。

发明内容