[发明专利]一种适应于水泥窑烟气中二氧化碳捕集与发电的方法

说明书

一种适应于水泥窑烟气中二氧化碳捕集与发电的方法，主要包括以下步骤：（1）烟气净化；（2）膜分离富集CO₂；（3）CO₂的连续捕集；（4）CO₂的液化储存；（5）超临界CO₂流体的蓄能；（6）超临界CO₂的调质与发电；（7）超临界CO₂循环和回热利用。本发明针对水泥生产线工艺装备特点及烟气成份特性，以水泥生产过程中产生的废弃热能和/或造成不利影响的高温热能为主要能源实现二氧化碳捕集和超临界CO₂发电，具有自耗能低、投资低、运行成本低等优点。

技术领域

本发明涉及低碳与能源技术领域，尤其涉及一种针对水泥生产线工艺装备特点及烟气成份特性，以水泥生产过程中产生的废弃热能和/或造成不利影响的高温热能为主要能源的二氧化碳捕集与发电的方法。

背景技术

气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增长快、总量大的特点，而当前碳减排和应对气候变化的CCS或CCUS技术的高投资、高捕集成本的运行经济性成为了推广应用的严重障碍，现有的CCS或CCUS技术的研究及示范应用主要集中在必须分离去除高浓度CO₂的煤化工、合成气与煤电领域，而煤电领域集中在以煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电（IGCC）技术的应用中。

由于目前最大的CO₂排放源主要是以煤为原料的电厂，在CO₂捕集技术领域或CCS技术方面将CO₂的捕获技术方法及系统称之为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集。

（1）燃烧前捕集：主要是以煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电（IGCC）技术为基础，先将煤气化，得到CO和H₂，再经过水蒸气变换，CO转为CO₂，然后通过分离或CO₂捕获技术，分别得到高浓度的H₂和CO₂，H₂可以燃烧发电或作为无碳能源输出。IGCC技术中实施CO₂的捕集将使能源消耗增加10～40%，每吨CO₂捕集成本达20～50美元，其中CO₂捕集液再生能源约占60%。

（2）燃烧中捕集：又称富氧燃烧捕集技术，先经利用空分系统，将空气中所含大量的氮气除去，得到高纯度的O₂，然后将高浓度O₂引入燃烧系统，利于CO₂的进一步捕获和处理，或以纯氧作为助燃剂，同时在燃烧过程中对锅炉内加压，使得燃烧后烟气中的主要成分为CO₂和水，分离水后，这样烟气中高浓度的CO₂气体可以直接进行压缩捕捉。富氧燃烧捕集技术除投资高、运行成本高外，增加能源消耗20～50%，每吨CO₂捕集成本达50～90美元。

（3）燃烧后捕集：指直接对电厂燃烧后的烟气实施CO₂的分离和捕集，捕集装置位于电厂烟气排放下游，可分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等。由于电厂排放的CO₂浓度低、压力小，导致能耗及成本过大，尚不适宜大规模推广。