[发明专利]一种燃煤电厂烟道气二氧化碳混合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混合捕集耦合微藻固碳工艺。

背景技术

工业革命以来，随着化石燃料的燃烧，大气中二氧化碳浓度的急速上升，温室效应日益严重，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，目前地球表面大气中二氧化碳平均浓度高于400ppm。在温室气体的总增温效应中，二氧化碳贡献率占63%左右，通过减少二氧化碳的排放有利于改善和减缓温室效应。根据国际能源署（IEA）相关报道，为了实现2摄氏度的增温目标，2040年全世界需要每年捕集和封存40亿吨左右的二氧化碳，现已部署的二氧化碳捕集与封存（CCS）能力约4000万吨/年。《巴黎协定》中明确的长期气候目标为控制平均全球变暖远远低于的2摄氏度，并期望控制气温提升1.5摄氏度。气候模式指出，控制大气二氧化碳平均浓度不超过450ppm，需要从2050年依赖负排放才能实现，尤其是与CCS相结合的生物能（BECCS）。

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，该技术结合了碳捕集和储存(CCS)和生物能源利用，能够实现二氧化碳的净负排放。

在现有大规模的CCS项目中，CCS的捕集部分占了整个项目的绝大部分成本，其中电力部门二氧化碳的排放量占全球排放总量的40%左右，捕集和压缩过程相关的花费占整个项目的70%-90%左右。

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工业应用阶段，但是存在吸收剂泄露或挥发造成环境污染，吸收剂再生温度高，能耗高等问题。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较低，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。

随着捕集技术的发展，目前出现了多种混合捕集技术，例如：将膜分离法与化学吸收法整合成膜接触反应器，将低温深冷技术与膜分离法整合形成Ambient膜混合系统和sub-ambient膜混合系统，将变压吸附与膜分离法和低温深冷技术进行组合的混合捕集技术；通过技术的整合有利于降低系统的能耗和单位捕集成本。

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一定程度的抑制，烟气中的硫氧化物和氮氧化物同样会对微藻的生长产生抑制；培育耐高浓度二氧化碳和污染物的藻类的成本较高，使用空气作为碳源时，微藻培养过程中溶解氧达到一定程度会对微藻生长产生一定抑制作用；微藻粉末含有丰富的碳元素，可以用来制备生物碳、煤炭替代燃料等，同时富含蛋白质可以作为牲畜的肥料，具有很好的经济价值。

现有的膜材料不能满足单级膜组件实现对燃煤电厂烟道气中二氧化碳捕集率为90%，纯度为95%的目标要求；多级膜组件二氧化碳捕集系统在二氧化碳捕集浓度不变的情况下，捕集率在80%-90%之间单位捕集成本随着捕集率增加明显增大。

因此，研究一种燃煤电厂烟道气二氧化碳混合捕集耦合微藻固碳工艺，通过微藻固碳增加混合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，藻粉作为电厂燃料可以增加负碳排放，为生物能源与碳捕获和储存技术(BECCS)提供一种新途径。

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混合捕集耦合微藻固碳工艺，由混合捕集版块和微藻固碳版块组成；通过利用整合膜分离法和低温深冷法，同时调整混合捕集系统二氧化碳的捕集率，降低混合捕集系统二氧化碳单位捕集成本和能耗；利用混合捕集系统的截留气及天然气燃烧后排放的烟气为微藻固碳系统提供碳源，光合作用产物和微藻粉末加工产品提高工艺的收益；通过混合捕集系统，天然气燃烧后的烟气可以提升了微藻固碳版块碳源气体中二氧化碳的浓度，在不影响微藻生长的情况下提高固碳效果，天然气燃烧发电产生的废热可以为微藻固碳版块的温度调节提供热量；微藻固碳版块产生的气体可以为天然气的燃烧提供氧源。