[发明专利]一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜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技术领域，尤其涉及一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺。

背景技术

化石燃料的大量燃烧，造成了二氧化碳浓度的快速上升，温室效应问题成为世界各界关注的热点问题。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，目前大气中二氧化碳浓度超过了400ppm，在温室气体的总增温效应中，二氧化碳贡献约占63%，如果没有CCS，绝大多数气候模式运行都不能实现缓解气候变化的目标。国际能源署（IEA）认为，如果要实现2摄氏度的目标，到2040年全世界差不多需要每年捕集和封存约40亿吨二氧化碳，目前运行中或者建设中的项目碳捕集能力约为4千万吨/年。2015年12月《巴黎协定》中指出温度提升限制在低于2摄氏度，努力争取将温度提升限制到1.5摄氏度。气候模式指出，为了控制大气浓度阈值不会超过450ppm，2050年以后需要依赖于负排放，尤其是与CCS相结合的生物能（BECCS）产生的排放来降低碳预算成本。

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)和生物能源利用，能够实现净负排放。

目前二氧化碳捕集的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，目前醇胺吸收法处于实际工业应用阶段，但是存在吸收剂的泄露或挥发会造成环境污染，吸收剂再生温度高，能耗较等问题。膜分离法操作简便、模块化、占地面积小、能耗低等优点，具有广阔的应用前景，但是由于燃煤电厂烟气压强小，烟气中二氧化碳的浓度低，超过一定捕集率之后，提升单位捕集率所需能耗、膜面积迅速增加，增加了捕集成本，这是目前阻碍膜分离法工业应用主要影响因素之一。

微藻固碳技术具有光和速率高、环境适应性强和二氧化碳分离和捕集成本低等优点，根据现有研究表明当二氧化碳的浓度超过5%之后，大多数微藻的生长受到抑制，烟气中的硫氧化物和氮氧化物同样会对微藻的生长产影响；微藻本身是良好的碳源，可以作为燃煤电厂煤炭的替代燃料，由于富含蛋白质可以作为牲畜的肥料，具有很好的经济价值。

现有的膜材料性能不能满足单级膜组件对燃煤电厂烟道气中二氧化碳实现捕集率为90%，纯度为95%的目标；多级膜组件二氧化碳捕集系统捕集率为70%时的捕集成本和能耗要明显比捕集率为80%和90%时低。

因此，研究一种燃煤电厂烟道气二氧化碳捕集耦合微藻固碳工艺，通过微藻固定增加膜捕集工艺二氧化碳的捕集率，降低工艺的能耗和捕集成本；微藻固碳技术的光合作用产物可以增加捕集工艺的收益，微藻作为电厂燃料可以增加了负碳排放值，对于生物能源与碳捕获和储存技术(BECCS)的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，由膜捕集版块和微藻固定版块组成；在保证系统总的捕集目标不变的情况下，通过降低膜捕集系统二氧化碳的捕集率，降低膜捕集系统二氧化碳单位捕集成本；膜捕集系统的截留气为微藻固碳系统提供碳源，光合作用产物和将微藻作为煤炭替代能源提高工艺的收益；通过膜捕集系统，截留气中氮氧化物和硫氧化物浓度会有所降低，减少对微藻生长的影响。

本发明提供的技术方案如下：

一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，步骤如下：在膜捕集系统版块，燃煤电厂烟道气经过净化、降温、干燥处理后，先通过压缩机加压提升烟气的压力，然后经过降温处理后进入膜分离环节，第一级膜组件的渗透气经过真空泵抽吸和压缩机压缩后进入第二级膜组件，第二级膜组件的渗透气中二氧化碳浓度满足95%纯度目标，经过多级加压后得到超临界二氧化碳，第一级膜组件截留气通入微藻固碳系统版块。

在微藻固碳系统版块，可分为微藻培养环节、脱水环节、预处理环节、脂质提取环节、脂质加工环节；在脂质提取环节通过使用膜捕集系统版块的超临界二氧化碳实现将脂质的萃取和微藻粉末分离有效整合在一起，得到的微藻粉末经过加工后增加工艺的经济效益，脂质加工后得到不同的产品增加工艺的经济效益和环境效益。

利用膜捕集版块截留气作为碳源，避免了二氧化碳浓度对微藻的抑制，增加了微藻的适用范围，减少了耐受高浓度CO2和污染物的藻种选育成本和难度，可以降低直接使用燃煤电厂烟道气作为碳源时烟气中氮氧化物和硫氧化物的处理成本；缓解使用空气作为碳源时，培养液中溶解氧气对微藻产率的抑制作用。

附图说明

下面结合附图和具体的实施方式对本发明进行更详细的说明：

图1为本发明的燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺的一种实施结构示意图。