CN106731639A - 一种新型海水脱硫固碳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种新型海水脱硫固碳方法。该方法包括以下步骤：向预混桶内的原料海水中加入新型碱源氧化镁，得到混合浆料；然后注入反应池，在搅拌下，通过曝气装置向混合浆料中充入烟道气；反应后的料液进行抽滤，实现固液分离，液相为处理后海水，固相为固体副产物。本发明利用海水实现烟道气固碳脱硫，且脱硫后海水不需处理也不用排放入海，可直接利用，克服了脱硫海水会对环境造成污染和用途单一的缺点。

Description

一种新型海水脱硫固碳方法
技术领域
本发明涉及一种新型海水脱硫固碳方法，属于烟气脱硫固碳领域。
背景技术
由德国、西班牙、美国等国科学家组成的跨领域研究团队完成的最新研究报道称通过追踪过去2800年海平面变化，目前海平面上升的速度已经超出预期，并且已引发了世界各地的洪灾。研究团队通过热量捕捉观察到全球变暖是导致海平面上升的主要原因之一，大气污染物浓度的上升导致了冰川和冰层的融化。面对不断恶化的海洋危机，各国政府也在作出回应。2015年12月的巴黎气候变化大会上，各国同意采取措施减少二氧化碳排放量，中国也已经承诺2030年左右碳排放到峰值。同样，雾霾已成为2015年中国热点聚焦之一，《政府工作报告》中指出：要向雾霾等污染“宣战”，不达目的决不“停战”。而全球变暖和雾霾的重要元凶之一就是工业污染和燃煤污染排放的烟道气。烟道气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质，其成分为氮气、二氧化碳、灰尘、粉渣和二氧化硫等，毋庸置疑，采取手段对烟气的碳硫进行控制意义重大。
处理碳排放的有效方法之一是碳捕捉(CCS)，即捕捉释放到大气中的二氧化碳，压缩回收至枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所，其引起了科研者的重视。但是，该方法投资成本过高，美国麻省理工学院的一项研究提出碳捕捉处理二氧化碳的成本约30美元每吨。而且把二氧化碳从电厂运到处理厂也是一个巨大的工程。同样在欧盟、日本、澳大利亚等国家等关于碳捕捉的项目也都受制于经济成本和能量损失。因此，近年来烟道气CO2的回收利用受到广泛关注。其不仅是缓解CO2排放危机最直接同时有效的手段，还能降低生产成本。其中CO2矿化利用是中国工程院谢和平院士近几年提出的二氧化碳减排的CCU(Carbon Dioxide Capture and Utilization—CCU)新理念，其认为真正解决CO2末端减排的固碳技术应该开展CO2捕获和利用，尤其是利用蕴含着丰富的镁、钾、硫、钛等人类所需资源的天然矿物或工业废料与CO2反应，将CO2封存为碳酸钙或碳酸镁等固体碳酸盐，同时联产高附加值的化工产品，是CO2利用的新途径。
烟气中的污染物除了二氧化碳之外，还有一个造成雾霾的罪魁祸首——二氧化硫。随着国内火电市场的日渐发展，我国环境压力逐年增大，国家排放要求进一步收紧，电厂烟气脱硫技术也得到了快速发展。目前烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。目前我国使用最广泛的是湿法烟气脱硫，据不完全统计，已建和在建火电厂的烟气脱硫项目中，90％以上采用湿法烟气脱硫技术。发展的比较成熟的湿法烟气脱硫技术有石灰石-石膏法、双碱法、氨-硫铵法、氧化镁法等。其中的石灰石-石膏法脱硫工艺流程简单、技术先进又可靠，脱硫效率高达95％以上，在我国电厂烟气脱硫方面一家独大，但是在成本、运行稳定性、反应生成物处理方面有明显劣势。有资料显示，更加高效稳定的氧化镁法脱硫法会逐步推广，蚕食石灰石－石膏法脱硫工艺的市场。而且目前美国、欧洲、日本火电厂80％的机组容量均采用镁法脱硫，中国台湾电厂的95％机组容量也是采用镁法。因为氧化镁作为脱硫剂本身有其独特的优越性，在吸收塔的结构设计、循环浆液量的大系统的整体规模、设备的功率都可以相应较小，这样一来，整个脱硫系统的投资费用可以降低20％以上，不易结垢。海水烟气脱硫本身也是一种以天然海水为吸收剂来脱除烟气中SO2的湿法脱硫技术，具有很多优点，如以海水为吸收剂，可节约淡水资源；不产生副产品和废弃物，无二次污染；工艺简单，维护方便，投资、运行费用低等。
海水烟气脱硫技术是利用海水的碱度脱除烟气中二氧化硫的一种方法，进行海水脱硫处理时，通常的做法是将烟气直接通入海水中，利用大量的海水进行吸收，以降低烟气中的硫含量(如申请号为201010291585.9的发明专利申请所公开的“一种烧结烟气海水脱硫工艺及脱硫系统”，以及申请号为201510153108.9的发明专利申请所公开的一种“新型海水脱硫系统及脱硫方法”)，。但是现有的海水脱硫技术仍然存在以下缺点：
1、进行脱硫处理时海水的用量较大、用途单一，同时脱硫速度慢、效率低；
2、脱硫后海水需要海水恢复系统，且直接将海水排放入海，导致能耗大、成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对当前技术中存在的海水用途单一、脱硫效率低、海水直排导致能耗大等不足，提供了一种新型海水脱硫固碳方法。该方法利用向海水加入碱源氧化镁，并通入烟道气，实现了海水固碳脱硫耦合。反应中，由于氧化镁在水中溶解度较小，使氧化镁发挥碱源作用时是通过自身的水解提供氢氧根，而氢氧根与二氧化碳的结合又促进了氧化镁的水解，从而实现了以氧化镁为碱源的烟道气固碳并使二氧化碳以碳酸钙形式析出；同时体系的碱性可使烟道气中的二氧化硫迅速地被吸收转化为亚硫酸根溶于溶液中。本发明处理烟道气之后的海水的pH值仍然在8左右，无需进行海水修复处理，可直接利用海水；且因海水中钙离子浓度降低，海水后续利用率提高，克服了脱硫海水用途单一的缺点。
本发明的技术方案为：
一种新型海水脱硫固碳方法，包括以下步骤：
1)向预混桶内的原料海水中加入氧化镁，40～80℃下，搅拌10min～60min，得到混合浆料；
其中，氧化镁与原料海水中钙离子的摩尔比范围是1.5:1～3:1；
2)将上步得到的混合浆料注入反应池，然后在搅拌下，通过曝气装置向混合浆料中充入烟道气10min～30min；
其中，充入烟道气的气量为：每1L混合浆料通烟道气的流量范围是20L/h～100L/h；
3)将步骤2)反应后的料液进行抽滤，实现固液分离，液相为处理后海水，固相为固体副产物；
所述的原料海水为普通海水、地下卤水、苦卤或浓海水，为含氯化钙的溶液，所述溶液钙离子含量在0.4～1.0g/l。
所述的曝气装置具体优选为曝气头。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种新型海水脱硫固碳方法是一种在较低温度下即可进行的脱硫固碳方法，且直接利用海水中的钙资源，实现海水中的钙离子与CO2的沉淀反应，生成副产物碳酸钙，消除了二次污染；同时利用固碳过程中加入碱源的碱性，实现了高效脱硫，脱硫率在99％以上；碱源范围广泛，尤其是氧化镁碱源的开发，提高了工业化应用的可能性；且不需对处理后的海水开展修复处理，可直接利用于后续的海水淡化或海水资源利用过程。本发明的一种新型海水脱硫固碳方法，使得烟道气中的CO2从气态变成了稳定的碳酸钙固体，在完成烟道气中的CO2固定的同时，对烟道气中的二氧化硫进行了高效脱除。故本发明的公开与实施，提供了一种新型海水脱硫固碳方法，既可突破现有技术烟道气中CO2减排难以工业化实施的瓶颈，有助于解决全球变暖难题，又可高效脱除烟道气中的酸性气体——二氧化硫，且使用的新型碱源——氧化镁降低了技术成本。本发明的脱硫率在99％以上，固碳率高达60％。
附图说明
附图1是本发明一个实施例的工艺流程示意框图。
上述附图中的图示标号标识的对象分别为：1-模拟烟道气钢瓶；2-流量计；3-三口烧瓶；4-恒温加热磁力搅拌器；5-曝气头；6-烟气成分分析仪；7-尾气处理装置。
具体实施方式
下面根据具体实例来说明本发明，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明所述的烟道气为煤等化石燃料燃烧时候所产生的气态物质，以下实施例是根据以下组成配置而成的模拟烟道气(质量分数)：二氧化硫1.06％，二氧化碳12.77％，氧气10.78％，一氧化碳0.03％，氮气75.36％。
实施例1：
将1L钙离子含量为0.4g/l的海水加入三口烧瓶，设定恒温加热磁力搅拌器温度及转速，使海水预热到40℃。加入0.6g氧化镁，使氧化镁与总海水中钙离子的摩尔比是1.5:1，充分搅拌60min后，向反应器内通过曝气头以20L/h的速率充入模拟烟道气，并开始计时，同时使用烟气成分分析仪测定尾气成分，最终尾气由NaOH溶液吸收处理。使烟道气与海水接触30min后，停止通气。立即用过滤装置进行固液分离，测定滤液中钙离子含量。恒温烘干滤渣，对所得固体进行X射线衍射分析。经过分析测定，反应后溶液含钙量为0.14g/l，即脱钙率为65％；固体为碳酸钙0.65克；累积固碳率开始随通气时间增加而增加，由10min时的10％增加到20min时30％，最终又降低至20％；脱硫率一直为100％。
实施例2：
将1L钙离子含量为0.8g/l的海水加入三口烧瓶，设定恒温加热磁力搅拌器温度及转速，使海水预热到60℃。加入1.6g氧化镁，氧化镁含量与总海水中钙离子的摩尔比是2:1，充分搅拌40min后，向反应器内通过曝气头以60L/h的速率充入模拟烟道气，并开始计时，同时使用烟气成分分析仪测定尾气成分，最终尾气由NaOH溶液吸收处理。使烟道气与海水接触20min后，停止通气。立即用过滤装置进行固液分离，测定滤液中钙离子含量。恒温烘干滤渣，对所得固体进行X射线衍射分析。经过分析测定，反应后溶液含钙量为0.16g/l，即脱钙率为80％；固体为碳酸钙1.6克；累积固碳率开始随通气时间增加而增加，由3min时的10％增加到10min时50％，最终又降低至30％；脱硫率一直为100％。
实施例3：
将1L钙离子含量为1.0g/l的海水加入三口烧瓶，设定恒温加热磁力搅拌器温度及转速，使海水预热到80℃。加入3g氧化镁，氧化镁与总海水中钙离子的摩尔比是3:1，充分搅拌10min后，向反应器内通过曝气头以100L/h的速率充入模拟烟道气，并开始计时，同时使用烟气成分分析仪测定尾气成分，最终尾气由NaOH溶液吸收处理。使烟道气与海水接触10min后，停止通气。立即用过滤装置进行固液分离，测定滤液中钙离子含量。恒温烘干滤渣，对所得固体进行X射线衍射分析。经过分析测定，反应后溶液含钙量为0.15g/l，即脱钙率为85％；累积固体为碳酸钙2.125克；固碳率开始随通气时间增加而增加，由1min时的10％增加到5min时60％，最终又降低至20％；脱硫率一直为100％。
本发明未述事宜为公知技术。

Claims (3)

1.一种新型海水脱硫固碳方法，其特征为包括以下步骤：
1）向预混桶内的原料海水中加入氧化镁，40~80℃下，搅拌10min～60min，得到混合浆料；
其中，氧化镁与原料海水中钙离子的摩尔比范围是1.5:1 ~ 3:1；
2）将上步得到的混合浆料注入反应池，然后在搅拌下，通过曝气装置向混合浆料中充入烟道气10min~30min；
其中，充入烟道气的气量为：每1L混合浆料通烟道气的流量范围是20L/h~100 L/h；
3）将步骤2）反应后的料液进行抽滤，实现固液分离，液相为处理后海水，固相为固体副产物；
所述的原料海水为普通海水、地下卤水、苦卤或浓海水，为含氯化钙的溶液，所述溶液钙离子含量在0.4~1.0 g/l。
2.如权利要求1所述的新型海水脱硫固碳方法，其特征为所述的原料海水为普通海水、地下卤水、苦卤或浓海水，为含氯化钙的溶液，所述溶液钙离子含量在0.4~1.0 g/l。
3.如权利要求1所述的新型海水脱硫固碳方法，其特征为所述的曝气装置具体优选为曝气头。
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