CN102061261A - 一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的方法，包括以下步骤：首先将烟气通入脱CO塔，使其中的微量CO与NO在活性半焦催化下生成CO2和N2；从脱CO塔出来的烟气再进入脱硫塔，利用烟气中所含的O2将烟气中SO2在活性半焦催化作用下氧化为SO3，并吸附在催化剂上；经过脱硫塔后的烟气进入脱硝塔，利用烟气中所含的O2在活性半焦催化下将烟气中的NO氧化为NO2，并吸附在催化剂上；净化后的烟气通入微藻养殖器，通过含油微藻固定烟气中的CO2，其后再通过烟气-烟气换热器，最后通过烟囱将剩余烟气排放。本发明将火电厂的烟气作为微藻养殖的原料之一，获得高质量的含油微藻，作为制油的原料，既治理了环境，又生产了燃料，具有十分重大的社会、经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种微藻的养殖方法，特别涉及一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的工艺，属于新能源领域。
背景技术
我国是煤炭生产和消费大国。我国的大气污染属典型的煤炭型污染，且污染严重，主要的污染物为燃煤产生的SO2和NOX。
根据中国环境统计年报和国家环境公告，2008年全国废气中二氧化硫（SO2）排放量2321.2万吨，氮氧化物（NOX）排放量1629.4万吨。2009年全国二氧化硫（SO2）排放量2214.4万吨。有关专家研究表明，中国每排放一吨SO2造成的经济损失约2万元，我国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要明确提出，到2010年，全国二氧化硫排放总量将比“十五”期末减少10%。若只进行烟气脱硫，还不足以很好地保证环境空气质量，有趋势表明在不久后NOX将取代SO2成为酸雨的主要来源，因此对NOX的排放也要进行控制。
另一方面，我国燃煤电厂每年至少排放约30多亿吨CO2，这些CO2远远超过自然光合作用和海水吸收的能力。单纯的减排CO2不足以解决根本问题，还有可能阻碍我国经济又好又快发展，只有实施CO2的资源化利用才是根本出路。
目前，我国控制SO2和NOX的有效途径主要是采用湿式石灰-石膏法和选择性催化还原法SCR、选择性非催化还原法SNCR法。这一技术虽然工业运用很成熟，对减轻烟气中SO2的污染起到了一定作用，但亦有诸多不足，其中，湿式石灰-石膏法烟气脱硫尽管应用广泛，但由于其自身的局限性，在国外新上的脱硫装置上基本不选该法，烟气中的硫、碳和氮元素没有做到“资源化”利用，不属于低碳清洁生产和循环经济理念。烟气脱NOX应用最多的是选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。利用氨在V2O5催化剂作用下，将NOX还原成无害的N2，脱除率可达80％～90％。该法技术成熟，效率高。但亦有如下不足：1.易造成氨（或尿素）的泄露，造成二次污染；2. 氨（或尿素）的腐蚀性很强，设备造价高；3.由于温度高，SCR反应器需安装在电除尘前，导致粉尘对规整催化剂的“刻蚀”严重；4.规整催化剂昂贵。以上原因导致此技术在我国至今没有得到大规模的推广和应用，同时，该法也无法完成对NOX的超洁净脱除而满足微藻养殖要求。
美国从1976年起就启动了微藻能源研究的《Lake Back》计划，研究以化石燃料产生的废气（CO2）生产高含脂微藻。美国的藻类能源研究项目证明，实验室条件下脂质含量超过干重的60%，室外培养脂质产量可达干重的40%以上，理论推算每亩年可产1~2.5吨柴油。2006 年，美国国会同意斥资4 亿美元支持从阳光到燃油的Helios(太阳神)计划，任务是到2010年实现藻类产油的工业化，以及未来每天生产百万桶生物原油的目标，将藻类产油的成本于2015年降至2~3美元/加仑。
我国在海洋藻类能源科研方面也取得了丰富的研究成果，具有自身的独特优势。以中国海洋大学、中国科学院海洋研究所、新奥科技发展有限公司等为代表的团队积累了大量的相关研究成果。在产业化生产方面，一些大型企业如中国石化和中海油等近年来也在积极开展或筹划进行藻类产油加工技术的攻关。但从目前国内外在生物微藻固碳， 电厂烟气养殖含油微藻中的关键技术看，重点大都放在光生物反应器、跑道池和开放大池的研究上，对烟气的超洁净净化技术、微藻养殖和微藻改质生产微乳化燃油相结合的工艺技术尚没有展开系统研究。
目前文献报道的有关含油微藻研究工作主要分为三部分：一是寻找并培育产油率高的藻类植物；二是致力于研究微藻的收获方式和降低收获成本；三是研究如何从藻类植物中提取油脂、产氢和乙醇。其中第一部分工作中，利用燃煤电厂烟气中巨量CO2，而非空气中的CO2养殖含油微藻研究报的很少。这是因为燃煤电厂烟气中相对高浓度的污染物SO2、NOX以及微量CO会抑制微藻的生长甚至杀死含油微藻。为此，烟气中SO2、NO、CO等有毒、有害杂质的超洁净净化十分必要。而利用烟气净化过程中副产的硫铵、硝铵做为微藻生长的营养盐和利用电厂余热开发恒温含油微藻养殖固碳技术的研究与开发也尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的方法，通过将燃煤电厂烟气超洁净净化后养殖微藻，实现减少烟气污染和碳排放，并将其通过微藻转化为生物能源，达到变废为宝的目的。
本发明的具体步骤如下：（1）首先将烟气通入脱CO塔，使其中的微量CO与NO在活性半焦催化剂的催化作用下发生催化氧化-还原反应，生成CO2和N2；（2）从脱CO塔出来的烟气再进入脱硫塔，利用烟气中所含的O2将烟气中SO2在活性半焦催化剂催化作用下氧化为SO3，并吸附在催化剂上；（3）经过脱硫塔后的烟气进入脱硝塔，利用烟气中所含的O2在活性半焦催化剂催化作用下将烟气中的NO氧化为NO2，并吸附在催化剂上；（4）净化后的烟气通入微藻养殖器，通过含油微藻固定烟气中的CO2，其后再通过烟气-烟气换热器，最后通过烟囱将剩余烟气排放。
所述脱硫塔和脱硝塔中的失活半焦通过氨水洗涤再生，同时获得硫铵和硝铵溶液，并将其输入微藻养殖器。
其中，在脱硫塔或脱硝塔再生过程中，可通过两塔或多塔并联的方式完成多次活性半焦脱硫脱硝/再生循环。
所述微藻养殖器由热电厂的发电余热提供热量来保持恒温。
所述含油微藻为：扁藻、三角褐指藻、新月菱形藻、金藻、角毛藻、异胶藻、塔胞藻或盐藻中的一种或几种。
本发明的工艺实现了烟气和半焦催化剂中的C、S、N和水中的H、O元素全部利用和生物化学组装，并通过最廉价简单的生物光合作用和成熟的化工工艺全部将这些元素最终化学组装成CNHMOXNYSZ的液体新能源，系统几乎没有任何多余物质的堆放、填埋等二次污染和处理，符合环境友好的“绿色低碳化工”技术路线。这一烟气污染治理、碳减排与微藻养殖炼油相结合的新型低碳经济发展模式必将带来巨大的社会、经济和环境效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例来详细说明本发明。
实施例1：某燃煤电厂锅炉烟气中CO含量约100mg/m3，SO2含量2000mg/m3，NOX含量300mg/m3，CO2含量15％（质量百分数）。脱CO塔、脱硫塔、脱硝塔所装填的催化剂均为专利（公开号CN 101362101A）所述的实施例1的半焦催化剂，半焦粒径4-10目。将烟气通入脱CO塔，空速1000h-1，反应温度160℃，使微量的CO与NO在活性半焦的催化作用下发生反应，生成CO2和N2；从脱CO塔排出的烟气再进入脱硫塔，在反应温度80℃下，利用烟气中所含的O2将烟气中SO2氧化为SO3，并吸附在催化剂上；经过脱硫塔后的烟气进入脱硝塔，反应温度为70℃，利用烟气中所含的O2将烟气中的NO氧化为NO2，并吸附储存在催化剂上。脱硫塔和脱硝塔中的失活半焦通过氨水洗涤再生，同时获得硫铵和硝铵溶液。净化后的烟气中CO含量降至1 mg/m3，SO2含量为20 mg/m3，NO含量为45 mg/m3。烟气排放时各组分可达GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》的要求。
将以上烟气通入微藻养殖器中，以副产的硝铵溶液为N源代替F/2培养基（pH=8.0）中的NaNO3，培养扁藻，使硝铵浓度为70mg/L，控制温度25℃、光强3500lux、光暗周期12h:12h，培养7天，产生的生物量为1.1g/L(干重)，微藻含油量为50%（干重）。
其它条件相同时，以空气气氛下养殖的扁藻为对照实验，该条件下产生的生物量为0.9g/L(干重)，含油量为35%(干重)。
实施例2：某燃煤电厂锅炉烟气中CO含量约80 mg/m3，SO2含量2500mg/m3，NOX含量500mg/m3，CO2含量15％（质量百分数）。脱CO塔、脱硫塔、脱硝塔所装填的催化剂均为专利（公开号CN 101362101A）所述的实施例1的半焦催化剂，半焦粒径4-10目。将烟气通入脱CO塔，空速1200h-1，反应温度150℃，使微量的CO与NO在活性半焦的催化作用下发生反应，生成CO2和N2；从脱CO塔排出的烟气再进入脱硫塔，在反应温度90℃下，利用烟气中所含的O2将烟气中SO2氧化为SO3，并吸附在催化剂上；经过脱硫塔后的烟气进入脱硝塔，反应温度为60℃，利用烟气中所含的O2将烟气中的NO氧化为NO2，并吸附储存在催化剂上。脱硫塔和脱硝塔中的失活半焦通过氨水洗涤再生，同时获得硫铵和硝铵溶液。净化后的烟气中CO含量降至1 mg/m3，SO2含量为18 mg/m3，NO含量为33mg/m3。烟气排放时各组分可达GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》的要求。
将以上烟气通入微藻养殖器中，以副产的硝铵溶液为N源代替F/2培养基（pH=8.0）中的NaNO3，培养盐藻，使硝铵浓度为70mg/L，控制温度24℃、光强3400lux、光暗周期12h:12h，培养7天，产生的生物量为1.2g/L(干重)，微藻含油量为46%（干重）。
其它条件相同时，以空气气氛下养殖的盐藻为对照实验，该条件下产生的生物量为1.0g/L(干重)，含油量为38%(干重)。
Claims (5)
1.一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的方法，其特征在于它包括以下步骤：（1）首先将烟气通入脱CO塔，使其中的微量CO与NO在活性半焦催化剂的催化作用下发生催化氧化-还原反应，生成CO2和N2；（2）从脱CO塔出来的烟气再进入脱硫塔，利用烟气中所含的O2将烟气中SO2在活性半焦催化剂催化作用下氧化为SO3，并吸附在催化剂上；（3）经过脱硫塔后的烟气进入脱硝塔，利用烟气中所含的O2在活性半焦催化剂催化作用下将烟气中的NO氧化为NO2，并吸附在催化剂上；（4）净化后的烟气通入微藻养殖器，通过含油微藻固定烟气中的CO2，其后再通过烟气-烟气换热器，最后通过烟囱将剩余烟气排放。
2.根据权利要求1所述的养殖微藻的方法，其特征在于所述脱硫塔和脱硝塔中的失活半焦通过氨水洗涤再生，同时获得硫铵和硝铵溶液，并将其输入微藻养殖器。
3.根据权利要求2所述的养殖微藻的方法，其特征在于在脱硫塔或脱硝塔再生过程中，可通过两塔或多塔并联的方式完成多次活性半焦脱硫脱硝/再生循环。
4.根据权利要求1所述的养殖微藻的方法，其特征在于所述微藻养殖器由热电厂的发电余热提供热量来保持恒温。
5.根据权利要求1所述的养殖微藻的方法，其特征在于所述含油微藻为扁藻、三角褐指藻、新月菱形藻、金藻、角毛藻、异胶藻、塔胞藻或盐藻中的一种或几种。
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