专利名称：一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO<sub>2</sub>捕集与分离的方法
技术领域：
本发明涉及CO2的捕集与分离技术，具体是一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法。
背景技术：
近年来，全球变暖已成为国际社会非常关注的焦点问题，温室气体特别是CO2的大量排放是气候变暖的主要因素，控制和减少CO2排放是人类社会面临的紧迫任务。在我国煤电、钢铁、化工、石化和水泥行业在工业中占有重要的地位，同时也是能源消耗和CO2排放的重要产业，所以关于CO2捕集技术主要是针对以上行业进行，依据捕集系统的技术基础和适用性，工程界通常将CO2捕集系统分成以下四种燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧技术和化学链燃烧技术。目前正在大力开发的CO2捕集技术主要有3种，化学溶剂吸收法、吸附法和膜分离法。其中以化学溶剂吸收法研究的最多，此法占据CO2捕集70%的市场，也被认为最经济可行，被用于二氧化碳捕集的吸收剂有氨水、氢氧化钠、一级醇胺(MEA)、二级醇胺(DEA、 DIPA)及三级醇胺(MDEA)等，二氧化碳与胺吸收剂发生化学反应后形成一种含CO2的化合物，在温度为100°C 140°C和比标准大气压略高的压力条件下化合物分解，胺吸附剂进行再生，分离出吸附剂和高纯度的CO2，但此法由于在吸收剂进行再生过程中需要消耗大量的能源，同时由于醇胺类物质的CO2捕集能力较低、工艺复杂、设备投资较大，所以醇胺吸收法的CO2捕集成本较高。
发明内容
为了降低现有技术中CO2的分离与捕集成本，简化工艺过程，本发明提供一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法，包括以下几个步骤
(I )、将MgO与水混合制备成Mg (OH) 2悬浊液作为烟气吸收剂，MgO和水的加入比例使悬浊液中固体与液体的质量比小于3. 5 ；
(2)、将步骤(I)配制的烟气吸收剂和待吸收的烟气分别通入到带有搅拌功能的CO2吸收器中，并控制吸收剂的温度为13. 5°C 50. 0°C, pH为8. 5 10. 2，CO2吸收器内吸收剂存量与烟气存量的体积比为I. 8 3. 5，单位时间内通入的烟气中的CO2的物质的量与通入的烟气吸收剂中总共的镁的物质的量之比为O. 9 I. O ;
(3)、反应后的混合物进入离心分离机进行固液分离，得到的液体循环至吸收剂的制备工序作为添加的水循环利用，将所得的固体MgCO3CH2O晶体在130°C 170°C的温度下进行加热干燥以脱除其中的物理水分和化学水分；
(4)、将干燥后得到的固体MgCO3加入到密闭的回转窑中加热以实现捕集剂MgO的再生，控制回转窑窑温在350°C 500°C，加热后得到MgO固体和CO2气体，MgO重新进入吸收剂的制备工序，所得的高纯度CO2气体经过除尘处理后，进行降温压缩制得食品级CO2产品。所述的含CO2的烟气为煤电、水泥、冶炼、化工行业所进行的燃煤、燃油、燃气所产生的工业烟气，以及其它由于化学反应所得到的含有CO2的气体。所述的MgO为镁菱矿、白云石、水镁石等含镁矿物煅烧所得的氧化镁或化学法制备而得的氧化镁。有益效果
(I )、捕集能力强。本发明用Mg (OH) 2悬浊液作为吸收剂对烟气中CO2进行捕集，并通过控制悬浊液中固体与液体的质量比，以及通入反应器的烟气与吸收剂的比例等条件，提高了单位质量吸收剂吸收CO2的量，最终使得本发明对CO2的捕集能力与现行的CO2捕集能力相比有了较大的提闻。(2)、再生成本低。只需要对脱水干燥后的捕集产物进行简单的加热分解即可实现捕集剂的再生，降低了捕集剂的再生成本，而且还制得了食品级CO2产品。(3)、技术适用性强。对于现有煤电、水泥、冶炼、化工等行业不需要进行大的改造即可实现本发明。(4)、工艺简单，易工业化。本发明只包括吸收剂制备，吸收，脱水干燥、捕集剂再生等工序，工艺路线简单，原料来源广泛，选用设备都为市场上成型设备，容易实现工业化生产。
图I为本发明所用设备的连接关系示意图。
具体实施例方式一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法，包括以下几个步骤
(I )、将MgO与水混合制备成Mg (OH) 2悬浊液作为烟气吸收剂，MgO和水的加入比例使悬浊液中固体与液体的质量比小于3. 5 ；
(2)、将步骤(I)配制的烟气吸收剂和待吸收的烟气分别通入到带有搅拌功能的CO2吸收器中，并控制吸收剂的温度为13. 5°C 50. 0°C, pH为8. 5 10. 2，CO2吸收器内吸收剂存量与烟气存量的体积比为I. 8 3. 5，单位时间内通入的烟气中的CO2的物质的量与通入的烟气吸收剂中总共的镁的物质的量之比为O. 9 I. O ;
(3)、反应后的混合物进入离心分离机进行固液分离，得到的液体循环至吸收剂的制备工序作为添加的水循环利用，将所得的固体MgCO3CH2O晶体在130°C 170°C的温度下进行加热干燥以脱除其中的物理水分和化学水分；
(4)、将干燥后得到的固体MgCO3加入到密闭的回转窑中加热以实现捕集剂MgO的再生，控制回转窑窑温在350°C 500°C，加热后得到MgO固体和CO2气体，MgO重新进入吸收剂的制备工序，所得的高纯度CO2气体经过除尘处理后，进行降温压缩制得食品级CO2产品。所述的含CO2的烟气为煤电、水泥、冶炼、化工行业所进行的燃煤、燃油、燃气所产生的工业烟气，以及其它由于化学反应所得到的含有CO2的气体。所述的MgO为镁菱矿、白云石、水镁石等含镁矿物煅烧所得的氧化镁或化学法制备而得的氧化镁。
实施例I
本实施例结合附图I对本发明的工艺过程进一步详细说明
将MgO加入到吸收剂制备器I中，再加入水制备Mg(OH)2悬浊液，控制悬浊液的固液比 (质量比)为3. 5，悬浊液由浆泵2输送至具有搅拌功能的CO2吸收器3内，与从吸收器底部通入的烟气中的CO2进行碳酸化反应，控制吸收体系的pH值为10. 2，温度为13. 5°C，通入吸收器的烟气中CO2的物质的量与吸收剂中总共的镁的物质的量之比为I. O,吸收器内的吸收剂与烟气的体积比为3.5 ;
从CO2吸收器3出来的处理过的烟气从顶部排出，反应后的混合物进入离心分离机4进行固液分离，得到的液体循环至吸收剂制备过程循环利用，所得的固体MgCO3 · 3H20晶体进行到干燥器5加热干燥以脱除其中的的物理水分和化学水分，控制温度为170°C ；
干燥脱除水分后所得的MgCO3固体进入密闭回转窑6中加热，控制回转窑窑温在 500°C，转速为5r/min，以实现捕集剂MgO的再生，再生所得的MgO重新进入吸收剂制备工段循环利用，提高捕集剂的利用率，再生所得的高纯度CO2气体，经除尘器7除尘后，经CO2压缩机8和换热器9压缩降温后，输送至CO2高压储罐10，即制得食品级CO2产品，产品纯度为 99. 98%ο实施例2
将MgO加入到吸收剂制备器中，再加入水制备Mg(OH)2悬浊液，控制悬浊液的固液比 (质量比)为0，悬浊液由浆泵输送至具有搅拌功能的CO2吸收器内，与烟气中的CO2进行碳酸化反应，控制吸收体系的pH值为8. 5，温度为50. (TC，通入吸收器的烟气中CO2的物质的量与吸收剂中总共的镁的物质的量之比为O. 9，吸收器内的吸收剂与烟气的体积比为I. 8 ；
从CO2吸收器出来的反应后的混合物进入离心分离机进行固液分离，得到的液体循环至吸收剂制备过程循环利用，将所得的固体MgCO3 ·3Η20晶体进行加热干燥以脱除其中的的物理水分和化学水分，控制温度为130°C ；
干燥脱除水分后所得的MgCO3固体进入密闭回转窑中加热，控制回转窑窑温在480°C， 转速为5r/min，以实现捕集剂MgO的再生，再生所得的MgO重新进入吸收剂制备工段循环利用，提高捕集剂的利用率，再生所得的高纯度CO2气体，经除尘器除尘后，经CO2压缩机和换热器压缩降温后，输送至CO2高压储罐，即制得食品级CO2产品，产品纯度为99. 92%。实施例3
将MgO加入到吸收剂制备器中，再加入水制备Mg(OH)2悬浊液，控制悬浊液的固液比 (质量比)为2. 0，悬浊液由浆泵输送至具有搅拌功能的CO2吸收器内，与烟气中的CO2进行碳酸化反应，控制吸收体系的PH值为9. 0，温度为30°C，通入吸收器的烟气中CO2的物质的量与吸收剂中总共的镁的物质的量之比为O. 95，吸收器内的吸收剂与烟气的体积比为3. O 倍;
从CO2吸收器出来的反应后的混合物进入离心分离机进行固液分离，得到的液体循环至吸收剂制备过程循环利用，将所得的固体MgCO3 ·3Η20晶体进行加热干燥以脱除其中的的物理水分和化学水分，控制温度为150°C ；
干燥脱除水分后所得的MgCO3固体进入密闭回转窑中加热，控制回转窑窑温在350°C， 转速为2r/min，以实现捕集剂MgO的再生，再生所得的MgO重新进入吸收剂制备工段循环利用，提高捕集剂的利用率，再生所得的高纯度CO2气体，经除尘器除尘后，经CO2压缩机和换热器压缩降温后，输送至CO2高压储罐，即制得食品级CO2产品，产品纯度为99. 95%。
权利要求
1.一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法，其特征在于包括以下几个步骤(I )、将MgO与水混合制备成Mg (OH) 2悬浊液作为烟气吸收剂，MgO和水的加入比例使悬浊液中固体与液体的质量比小于3. 5 ；(2)、将步骤(I)配制的烟气吸收剂和待吸收的烟气分别通入到带有搅拌功能的CO2吸收器中，并控制吸收剂的温度为13. 5°C 50. 0°C, pH为8. 5 10. 2，CO2吸收器内吸收剂存量与烟气存量的体积比为I. 8 3. 5，单位时间内通入的烟气中的CO2的物质的量与通入的烟气吸收剂中总共的镁的物质的量之比为O. 9 I. O ;(3)、反应后的混合物进入离心分离机进行固液分离，得到的液体循环至吸收剂的制备工序作为添加的水循环利用，将所得的固体MgCO3 · 3H20晶体在130°C 170°C的温度下进行加热干燥以脱除其中的物理水分和化学水分；(4)、将干燥后得到的固体MgCO3加入到密闭的回转窑中加热以实现捕集剂MgO的再生，控制回转窑窑温在350°C 500°C，加热后得到MgO固体和CO2气体，MgO重新进入吸收剂的制备工序，所得的高纯度CO2气体经过除尘处理后，进行降温压缩制得食品级CO2产品。
2.如权利要求I所述的一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法，其特征在于所述的含CO2的烟气为煤电、水泥、冶炼、化工行业所进行的燃煤、燃油、燃气所产生的工业烟气，以及其它由于化学反应所得到的含有CO2的气体。
全文摘要
一种采用镁基吸收剂实现烟气中CO2捕集与分离的方法，涉及CO2的捕集与分离技术，本发明以Mg(OH)2悬浊液作为烟气中CO2的吸收剂，并通过控制悬浊液合适的固液比，以及吸收剂和烟气的比例等条件，最终使得本发明对CO2的捕集能力与现行的CO2捕集能力相比有了较大的提高，同时制得高纯度的食品级CO2产品。本发明方法对CO2的捕集能力强，工艺简单，捕集剂再生成本低，技术适用性强。
文档编号B01D53/78GK102580468SQ201210018610
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者卢伟伟, 宋帮才, 张军, 时清亮 申请人:河南科技大学