的回收利用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种化石燃料或生物质发电厂烟气中CO2的回收利用方法，属于发电厂烟气再处理技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，化石燃料发电，不管是煤还是石油、天然气，其都是以空气作为氧化剂，因而烟气尾气量大，CO2难以回收，即使可以回收其回收成本会很高。并且烟气中大量的粉尘氮氧化合物和硫化物排入空气中会造成环境污染和雾霾。
[0003]合成氨工业生产至今，仍是以氮气和氢气为原料在铁催化剂作用下合成氨，且合成氨反应需要在高压高温下进行，能耗高，且所需氢主要由煤、石油和天然气与水反应转化而来，而化石燃料中的CO2除了用于生产尿素以外，多余的CO2便被排放至大气。CO2的排放会导致大气中CO2浓度升高，使全球变暖，进而引起气候变化。
【发明内容】
[0004]为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种化石燃料或生物质发电厂烟气中CO2的回收利用方法。
[0005]本发明的目的还在于提供上述方法在化石燃料或生物质发电厂烟气中CO2的回收再利用中的应用。
[0006]为达到上述目的，本发明提供一种烟气中CO2的回收利用方法，该方法包括以下步骤:
[0007]a、02或空气与化石燃料或生物质进行燃烧以用于发电，产生烟气，再从烟气中回收C02或C02与氮气，并对C02与氮气进行分禺;
[0008]b、使金属锂与氮气相接触发生反应，得到氮化锂；
[0009]c、在室温、常压、氮气气氛下，使所述氮化锂与水蒸汽相接触发生反应，得到氨气和氢氧化锂；
[0010]d、对氢氧化锂进行电解以回收金属锂，再将得到的金属锂按照步骤b继续进行反应；
[0011 ] e、将所述氨气与CO2进行反应，得到氮肥尿素。
[0012]根据本发明所述的方法，优选地，当采用O2作为氧化剂进行发电时，步骤a、步骤b中所述的O2和他源自于空气经空分技术分离后得到的O2和Ns。
[0013]根据本发明所述的方法，优选地，当采用空气作为氧化剂进行发电时，步骤b中所述的氮气源自于烟气经分离后得到的氮气。
[0014]根据本发明所述的方法，当采用O2作为氧化剂与化石燃料或生物质进行燃烧进行发电时，此时烟气尾气中主要是CO2;而当采用空气作为氧化剂与化石燃料或生物质进行燃烧进行发电时，烟气尾气中主要是CO2和氮气。
[0015]根据本发明所述的方法，步骤c中氮化锂与水蒸汽的反应为放热反应，因此步骤b中不需要额外加热，并且出于实验安全考虑，本发明需要将反应放出的热量进行热交换以避免反应温度过高。反应生成的氢氧化锂微溶于水(100克水能溶解12.7克氢氧化锂)，因此步骤c选用水蒸汽作为反应原料不但可以控制(降低)反应放热，还可以防止一部分锂的流失。
[0016]根据本发明所述的方法，优选地，步骤d所述电解过程采用的电极为碳质材料电极。
[0017]根据本发明所述的方法，优选地，所述碳质材料包括碳纸、碳布、多孔石墨板或泡沫石墨稀。
[0018]根据本发明所述的方法，优选地，步骤d所述电解过程采用的电解工作液包括乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚电解液，双三氟甲烷磺酰亚胺锂电解质及碘化锂添加剂；
[0019]更优选地，以所述电解工作液的总体积计，双三氟甲烷磺酰亚胺锂的浓度为0.10-
0.50mol/L;碘化锂的浓度为0.01-0.1mol/L。
[0020]根据本发明所述的方法，优选地，步骤d所述电解过程采用的隔膜包括玻璃纤维隔膜或高分子隔膜。
[0021]根据本发明所述的方法，优选地，步骤d所述的电解是在常温、常压下进行的，电解过程的电压为2.0-4.5V，电流强度为0.04-0.40A/g金属锂。在本发明优选的实施方式中通过电解过程的电压来判断电解反应是否结束，即当电解过程的电压达到4.5V时认为电解反应结束。
[0022]根据本发明所述的方法，在本发明优选的实施方式中，所述0)2与犯的摩尔比为1:1o
[0023]根据本发明所述的方法，所述空分技术为本领域的常规技术，本领域技术人员可以根据现场作业需要进行操作。本发明所使用的空分装置也为本领域常规的设备。
[0024]根据本发明所述的方法，在本发明优选的实施方式中采用变压吸附(PSA)法从烟气中分离回收NdPCO2,变压吸附法为本领域的常规技术，本领域技术人员可以根据现场作业需要进行操作。
[0025]根据本发明所述的方法，所述合成氮肥的技术为本领域公知技术;其所使用的装置为本领域常规的设备。
[0026]根据本发明所述的方法，步骤b_d所述的合成氨反应过程及电解氢氧化锂回收金属锂的过程可以在下述装置(合成氨装置)中实现:
[0027]该装置包括反应器左室、反应器右室，所述反应器左室设置有反应器左室入口及出口，反应器右室设置有反应器右室入口及出口 ；
[0028]所述反应器左室、反应器右室之间设置有隔膜；
[0029]所述反应器左室、反应器右室内侧壁均粘贴有碳质材料电极；
[0030]所述碳质材料电极与电源相连。
[0031]根据本发明所述的装置，将每个碳质材料电极的面积记为S，则两电极之间的距离为S0.5/10，合成氨装置的体积(指反应器左室、反应器右室的体积和)为S X Stx 5/10。
[0032]根据本发明所述的装置，本领域技术人员可以根据现场作业需要改变阴极、阳极与电源的连接关系以将阴极、阳极进行切换使用，即将原来的阴极(阳极)切换为阳极(阴极)。
[0033]根据本发明所述的装置，所述隔膜包括玻璃纤维隔膜或高分子隔膜。
[0034]根据本发明所述的装置，所述碳质材料包括碳纸、碳布、多孔石墨板或泡沫石墨稀。
[0035]本发明所述的合成氨反应过程及电解氢氧化锂回收金属锂的过程包括以下具体步骤，这两个过程可以在上述装置中实现；
[0036]I)将金属锂涂覆在作为阳极的碳质材料上，从内侧壁粘贴有作为阳极的碳质材料的反应器入口通入氮气，使氮气与金属锂发生反应生成氮化锂固体；
[0037]2)在室温、常压、氮气气氛下，从步骤I)所述的入口通入水蒸汽，使水蒸汽与氮化锂发生反应生成氢氧化锂和氨气；
[0038]3)将电解工作液同时加入到反应器左室、反应器右室中，接通电源电解氢氧化锂以回收金属锂，再将得到的金属锂按照步骤I)继续进行合成氨反应。
[0039]根据本发明所述的方法，具体地，在合成氨过程步骤3)中将得到的金属锂按照步骤I)继续进行合成氨反应是按照以下操作实现的:因电解后金属锂附着在原来的阴极上，因此此时需要改变电源与电极的连接关系，将附着金属锂的阴极重新作为阳极使用;然后再从原内侧壁粘贴有作为阴极的碳质材料的反应器入口通入氮气，使氮气与金属锂发生反应生成氮化锂固体。
[0040]根据本发明所述的方法，具体地，在合成氨过程中，金属锂的用量、电解工作液的用量均与合成氨装置的尺寸有关，本领域技术人员可以根据合成氨装置的规模、尺寸选择合适剂量的金属锂(如每平方厘米阳极材料涂覆1-1Omg金属锂)和电解工作液，其中电解工作液需要填满合成氨装置的反应器左室及反应器右室;而在本发明优选的实施方式中，氮气及水蒸汽均为过量，本领域技术人员也可以根据现场作业要求控制氮气及水蒸汽的用量。在本发明优选实施方式中，所述金属锂的用量为每平方厘米阳极材料涂覆1-1Omg金属锂。
[0041]根据本发明所述的方法，具体地，在合成氨过程步骤I)中将金属锂涂覆在作为阳极的碳质材料上的技术为本领域公知的技术手段，如可以在氩气氛围中将锂粉喷涂在电极表面;还可以采用电镀的方法在电极表面电镀一层金属锂，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的方法将金属锂涂覆在电极表面。
[0042]本发明将电极粘贴在反应器左室、反应器右室内侧壁的技术为本领域公知的技术手段，本领域技术人员可以根据现场作业需要采用黏结剂将电极粘贴在反应器左室、反应器右室内侧壁，但是此时需要注意的是，所用的黏结剂应不溶于醚类有机溶剂;还可以采用物理方法将电极粘贴在反应器左室、反应器右室内侧壁。
[0043]根据本发明所述的方法，具体地，在合成氨过程步骤I)中向反应器中通入氮气使反应器内的压力维持在I个大气压，使金属锂与氮气反应12小时以上即可，反应结束后，将剩余的氮气排出反应器。
[0044]根据本发明所述的方法，具体地，在合成氨过程步骤2)中水蒸汽(氮气作为载气)为连续加入，控制水蒸汽的流速为5-10mL/min，使水蒸汽与氮化锂反应12小时以上。
[0045]根据本发明所述的方法，合成氨过程所涉及的反应如下所示:
[0046]I)锂与氮气反应生成氮化锂:
[0047]6Li+N2^2Li3N
[0048]2)氮化锂与水反应生成氢氧化锂和氨:
[0049]2Li3N+6H20^6Li0H+2NH3T
[0050]3)氢氧化锂以电池反应再生为锂:
[0051 ]阴极:Li++e——Li