[发明专利]一种垃圾填埋气二氧化碳捕集耦合微藻固碳工艺

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集节能减排技术领域，尤其涉及一种垃圾填埋气二氧化碳捕集耦合微藻固碳工艺。

背景技术

工业革命以来，化石燃料的大量燃烧导致大气中二氧化碳浓度急速上升，以二氧化碳为主的温室气体的排放导致了全球气候的变暖和海平面的上升。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四次评估报告中指出，在温室气体的总增温效应中，二氧化碳贡献约占63%，甲烷贡献约占18%，每吨甲烷的温室气体排放是二氧化碳当量的25倍。虽然二氧化碳影响比较长远长远，但是想要快速减缓气候变化控制甲烷排放是关键；人类活动排放的甲烷占全球甲烷排放的60％左右，其中农业生产造成的甲烷排放占人为甲烷排放的约三分之一，化石燃料造成的甲烷排放次之，例如在美国垃圾填埋气是甲烷的第三的甲烷排放源。

垃圾填埋气一般有50%的甲烷和50%二氧化碳和少量的非甲烷有机化合物气体组成，不同国家在不同纬度、不同经济发展程度的城市的使用不同阶段的垃圾填埋场产生的填埋气中的气体组分存在一定的差异。进入21世纪以来，我国城市化速度加快，城乡一体化发展迅速，居民的生活垃圾量逐渐增加，垃圾填埋场的数量在不断增加，由于垃圾填埋气中含有较高浓度的甲烷，如果不进行处理可能会引发火灾危机人民的身体健康还会污染空气，直接排放到大气中会增加全球的温室效应。

填埋气中的甲烷组分是一种宝贵的清洁能源，纯的甲烷气体有很高的热值，但是填埋气热值只有甲烷的一般左右；将填埋气中的甲烷组分提纯后可以用来制备压缩天然气和液化天然气或进行发电，减少对空气的污染，降低填埋厂的温室气体排放当量。

垃圾填埋厂封闭之后会通过植被来保持水土，减少水分渗透到填埋厂内，增加绿植的覆盖面积可以净化空气，通过光合作用吸收二氧化碳降低填埋厂的温室气体排放当量。

微藻通过利用光合作用固定二氧化碳的同时会释放氧气和有机物，有机物可以用来加工成生物柴油等产品，缓解对化石能源的需求；由于微藻的比表面大，光合作用效率比植被的大，产油率比玉米、大豆、花生、向日葵、油菜籽等产油作物要高；提取有机质微藻颗粒中富含有机质和碳元素可以作为动物的饲料和煤炭替代燃料。

生物能源与碳捕获和储存技术(BECCS)是一种非常有效的温室气体减排技术，该技术结合了碳捕获和储存(CCS)和生物质能使用过程，可以实现负碳排放。垃圾填埋气中二氧化碳的组分浓度比现有燃煤电厂、钢铁厂和水泥厂排放烟气中的二氧化碳浓度要高，相应的捕集难度较低，捕集二氧化碳过程可以提升垃圾填埋气中甲烷的利用价值。

目前二氧化碳捕集技术中主要有溶剂吸收法、吸附法、膜分离法、低温深冷分离法等，目前醇胺吸收法应用最广泛，但是存在吸收剂再生温度较高，所需能耗较大，化学吸收剂的泄露或挥发会造成环境的污染。膜分离法以其操作简便、占地面积小、能耗低、无相变的优点，具有很大的应用前景；但是当烟气的压强较小、二氧化碳浓度较低时，需要利用压缩机为烟气增压，提升捕集效果，当纯度满足不低于95%时，随着捕集率的增加所需的膜面积以及压缩等设备的能耗也将随之增加，这是目前阻碍膜分离法工业应用的主要因素。

因此，研究一种膜捕集技术来捕集填埋气中二氧化碳，提纯填埋气中甲烷组分的浓度，增加填埋气的热值，提升填埋气燃烧发电的效果，燃烧后排放的烟气二氧化碳碳捕集过程中，在保证捕集纯度不低于95%，通过降低膜捕集技术的捕集的捕集率以降低工艺的能耗和捕集难度，增加系统整体的经济效益，对于促进全球碳减排是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种垃圾填埋气二氧化碳捕集耦合微藻固碳工艺，利用填埋厂的土地资源为微藻固碳提供繁殖的场地，利用牲畜粪便增加填埋厂垃圾组分中有机质含量；将填埋气燃烧后二氧化碳使用膜分离—低温深冷混合捕集技术、填埋气膜分离技术和微藻固碳技术进行有效的整合；利用膜分离技术为垃圾填埋气提纯甲烷组分，通过利用填埋气燃烧发电，通过利用膜分离—低温深冷混合捕集技术和微藻固碳技术捕集二氧化碳，提高系统温室气体减排效果，降低能耗；利用微藻固碳产物提高捕集系统的经济性。

本发明提供的技术方案如下：一种垃圾填埋气二氧化碳捕集耦合微藻固碳工艺，步骤如下：在填埋厂版块，来自牲畜的粪便为垃圾组分提升有机质含量，提高填埋气的产气效果；填埋厂地表为微藻固碳版块提供布置的空间，提高了空间利用率。