專利名稱：一種使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電石渣的應用領域，具體地，本發(fā)明涉及一種使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法。
背景技術：
溫室氣體導致的全球變暖趨勢已成為目前國際社會普遍關注的環(huán)境問題，其中 CO2是最主要的一類溫室氣體，其溫室效應占所有溫室氣體的77%左右，因而控制(X)2的排放對于控制溫室效應、減緩氣候變化趨勢至關重要。中國作為世界人口最多的國家，且能源消費結構以煤炭為主，因而以國家為統(tǒng)計單元計算總量，目前中國是世界溫室氣體排放大國。作為發(fā)展中國家，伴隨現(xiàn)代化進程的加快，中國溫室氣體的排放短期內仍將持續(xù)增加， 中國面臨巨大的(X)2減排壓力，因而需要進行(X)2減排技術的研發(fā)。從(X)2排放源的行業(yè)分布特征來看，當前及今后較長時期，中國的(X)2主要排放行源是能源行業(yè)，尤其是發(fā)電行業(yè)。 目前，中國電力行業(yè)的(X)2排放量占據(jù)總排放量50%左右，因而開發(fā)經(jīng)濟有效的(X)2捕集技術將具有很高的實用前景和競爭優(yōu)勢。采用鈣基吸收劑反應分離(X)2方法是最具有應用前景的(X)2捕集技術之一。目前研究領域考察最多的主要是利用石灰石等天然鈣基礦石捕集(X)2的性能。如附圖1所示 石灰石首先在煅燒反應器內發(fā)生高溫分解反應，分解的氧化鈣(CaO)進入碳化反應器捕集煙氣中的(X)2并生成CaCO3,脫碳后的潔凈煙氣排放到大氣中。碳化反應器內生成的CaCO3 又進入煅燒反應器發(fā)生新一輪分解。釋放出的純凈CO2可用于封存或資源化利用。礦石資源有限且屬于不可再生資源。大量開采石灰石、白云石或方解石等天然礦石作為鈣基吸收劑的來源，將會對生態(tài)環(huán)境(地表資源、地質環(huán)境、水文和氣候條件)帶來諸多負面影響； 此外，由于吸收劑再生是在高溫條件下進行，因而高溫燒結行為將會嚴重導致吸收劑的ω2 吸收效率隨循環(huán)次數(shù)的增多而不斷衰減，文獻報道利用天然石灰石經(jīng)過1000次循環(huán)捕集 CO2反應后，其剩余的轉化率僅為3. 5%，因而上述缺點極大地限制了石灰石等天然鈣基石灰石在脫除CO2方面的實際應用。最后，利用石灰石等天然鈣基礦石在首次煅燒過程中會發(fā)生CaCO3的分解反應從而額外產(chǎn)生一定量的(X)2氣體(以碳酸鈣含量為90%計算，平均1 噸石灰石經(jīng)煅燒后將產(chǎn)生0. 396噸CO2)，因而將一定程度上削弱利用石灰石等鈣基吸收劑捕集(X)2技術的環(huán)境效益。為了彌補天然鈣基吸收劑的不足，必須尋求一種環(huán)境友好且反應活性優(yōu)于天然石灰石等天然吸收劑的替代品。電石渣是以電石為原料生產(chǎn)乙炔(C2H2)的固體副產(chǎn)物，且主要成分為氫氧化鈣 (Ca(OH)2),伴有硅、鐵、鋁、鎂、硫、磷的氧化物或氫氧化物，其主要是由氯堿行業(yè)的聚氯乙烯生產(chǎn)廠家和合成材料工業(yè)的氯丁橡膠生產(chǎn)廠家排放。估計我國電石渣總產(chǎn)量達到1800 萬噸/年。相比白泥、赤泥及高爐渣等工業(yè)廢棄物，電石渣有效鈣含量較高，目前，針對電石渣的處理與處置的方法主要包括(1)填海、田溝有規(guī)則堆放；( 自然沉降后出售、代替石灰石制水泥、生產(chǎn)生石灰作為電石原料、生產(chǎn)輕質磚、用作化工原料生產(chǎn)環(huán)氧丙烷、氯酸鉀等。目前針對電石渣的處理處置主要采取方式(1)，這種處理方式將會占用大量土地，污染淺層地下水并導致土壤鹽堿化，因而該方式不能將電石渣這一工業(yè)廢棄物進行有效利用與治理。針對電石渣資源化利用主要包括(1)專利號為ZL200810116^8.0的中國發(fā)明專利介紹了利用電石渣做吸收劑的濕法煙氣脫硫工藝，(2)專利號為200810146495. 3的中國發(fā)明介紹了一種利用電石渣制備高純CaCO3產(chǎn)品的方法；但是目前對電石渣的有效利用率仍然非常低，更多的還是掩埋和堆放，給環(huán)境帶來污染。因此，隨著人類排放的溫室氣體導致全球變暖趨勢增強，近年來國際社會對于溫室氣體減排議題的關注度明顯升溫并廣泛開展二氧化碳捕集技術的研究工作，綜合上述捕集CO2方法中環(huán)境效益低、吸收劑衰減系數(shù)大以及電石渣作為工業(yè)廢棄物給環(huán)境帶來污染而不能有效利用的問題，本發(fā)明從綜合治理，提高環(huán)境效益的目的出發(fā)，用電石渣作為鈣基吸收劑循環(huán)捕集煙氣中CO2。

發(fā)明內容
為了彌補以石灰石等天然鈣基礦石進行干法脫除(X)2的不足，本發(fā)明提供了一種利用工業(yè)固廢電石渣脫除煙氣中(X)2的方法。該方法一方面有效控制了煙氣中(X)2的排放， 在捕集CO2的過程中亦能同時脫除煙氣中的二氧化硫(SO2)；—方面提供了電石渣的處理與處置方法，實現(xiàn)了電石渣的資源化利用，達到了以廢制廢的目的。本發(fā)明的目的在于提供一種使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，該方法包括以下步驟1)將電石渣煅燒，得到有效成分為氧化鈣的吸收劑；2)將步驟1)中的有效成分為氧化鈣的吸收劑加入碳化反應器中吸收煙氣中的二氧化碳，得到碳酸鈣和干凈的煙氣；3)將步驟2、中的碳酸鈣煅燒，得到再生的有效成分為氧化鈣的吸收劑和高濃度的二氧化碳，將高濃度的二氧化碳資源化利用或壓縮封存；4)將步驟3)中再生的有效成分主要為氧化鈣的吸收劑中失活的部分去除，排出作為肥料或水泥的原料，同時加入部分新的電石渣，返回到步驟幻中循環(huán)利用，重復步驟 2) 4)。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，所述的步驟2) 有效成分主要為氧化鈣的吸收劑捕集煙氣中二氧化碳的同時亦可以與煙氣中的二氧化硫反應，生成硫酸鈣，具有同步脫除二氧化硫的效果。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，所述的步驟1) 中的電石渣的煅燒溫度為450 900°C，煅燒時間為5 20min。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，所述的步驟2) 中的碳化反應器中反應溫度為550 700°C。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，所述的步驟3) 中碳酸鈣的煅燒溫度為800 1100°C，煅燒時間為5 20min。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，其原理為Ca (OH) 2 (s) = CaO (s) +H2O (g)
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CaO (s) +CO2 (g) = CaCO3 (S)CaCO3 (s) = CaO (s)+CO2 (g)使用電石渣捕集煙氣中的二氧化碳過程中可同時脫除煙氣中二氧化硫，其原理主要為CaO (s) +SO2 (g) +1/2 (g) = CaSO4 (S)根據(jù)本發(fā)明的捕集煙氣中二氧化碳的方法，由于電石渣主要成分是Ca(OH)2，因而首次煅燒時，主要發(fā)生的是Ca(OH)2分解反應，相比利用石灰石、方解石或白云石等原料的首次煅燒，煅燒電石渣避免了 CO2的生成；首次煅燒后的固體物料(主要成分為CaO)進入碳化反應器內與煙氣中的(X)2發(fā)生反應，煙氣脫碳后排放到大氣中。電石渣在循環(huán)脫除(X)2過程中，吸收效率會隨著循環(huán)次數(shù)的增多而衰減，因而對于整套工藝來說需要排出少量失活的CaO，同時向煅燒反應器補充新的電石渣，但是，雖然利用電石渣同樣存在著與石灰石等天然礦石作為吸收劑的吸收效率衰竭的問題，但與Ca (OH) 2和石灰石相比較，不論是低溫煅燒還是在高溫條件下煅燒，電石渣的(X)2吸收效率的衰減程度要明顯小于分析純的Ca(OH)2 和石灰石，同時電石渣的(X)2吸收效率亦有所改善，因而上述重要特征將會延長電石渣循環(huán)使用壽命從而降低其用量。對于失活的吸收劑可以作為水泥行業(yè)的原料。本發(fā)明利用電石渣獨特理化性質，即具有較高的比表面積、良好的孔隙結構和熱穩(wěn)定性，采用反應分離輔以再生的方法實現(xiàn)電石渣循環(huán)捕集co2。本發(fā)明利用乙炔行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物電石渣為原料，將電石渣首先在煅燒反應器內實現(xiàn)電石渣的分解，隨后在碳化反應器內反應分離煙氣中的CO2，煙氣得以凈化。碳化反應器中的固體物料又進入煅燒反應器進行新一次的煅燒，實現(xiàn)吸收劑的再生，同時排出部分失活的吸收劑并補充一部分新鮮電石渣。相比市售Ca(OH)2和石灰石，利用電石渣作為吸收劑具有衰減速率低的特點，因而有效彌補了目前利用石灰石等天然鈣基吸收劑循環(huán)捕集(X)2過程中吸收效率衰減較快的不足；同時利用電石渣作為(X)2吸收劑避免了開采天然鈣基礦石所引發(fā)的生態(tài)破壞問題，并且避免了石灰石等吸收劑在煅燒過程中產(chǎn)生的額外C02。本發(fā)明利用工業(yè)固廢治理煙氣，秉承以廢治廢的先進理念，體現(xiàn)出鮮明的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，因而具有良好的實際應用前
景ο本發(fā)明的優(yōu)點在于與文獻報道的利用石灰石等天然鈣基吸收劑進行干法捕集 CO2相比，本發(fā)明提供的利用電石渣脫除CO2的方法，遵循以廢治廢的環(huán)保理念，降低了煙氣中CO2的排放；其次，提供了對于工業(yè)固廢電石渣的新的利用途徑，最后，有效彌補了利用石灰石等天然礦石捕集(X)2的不足，因而對于煙氣中(X)2的脫除還是電石渣的資源化利用均具有良好的實際應用前景。


圖1為可再生循環(huán)使用的石灰石等天然鈣基吸收劑干法捕集二氧化碳示意圖；圖2為本發(fā)明的可再生循環(huán)使用的電石渣干法捕集二氧化碳和二氧化硫示意圖。
具體實施例方式實施例1利用固定床反應器對比了采集于某煤化工廠的電石渣與市售Ca(OH)2在低溫煅燒CN 102527225 A條件下的CO2吸收特性。電石渣粒徑160 180目；煅燒反應溫度840°C;煅燒時間IOmin ； 碳化反應溫度700°C;碳化時間20min ；總共考查40次循環(huán)捕集(X)2的吸收效率(注利用吸收劑中的CaO轉化率表征(X)2吸收效率)。結果表明(1) 40次循環(huán)末，電石渣及Ca (OH) 2 的(X)2吸收效率分別為35. 18%和32. 57% ； (2) 40次循環(huán)捕集過程中，電石渣和Ca(OH)2 的(X)2吸收效率衰減系數(shù)分別為0. 16426和0. 21140 (衰減系數(shù)越大表征衰減速度越快)， 因而表明在保證(X)2吸收效率的前提下，電石渣針對(X)2吸收效率的衰減程度要小于市售 Ca (OH)20實施例2利用固定床反應器對比了采集于某煤化工廠的電石渣與市售石灰石在低溫煅燒條件下的CO2吸收特性。電石渣粒徑160 180目；煅燒反應溫度840°C;煅燒時間IOmin ； 碳化反應溫度700°C ；碳化時間20min ；總共考查40次循環(huán)捕集(X)2的吸收效率。結果表明(1)40次循環(huán)末，電石渣及石灰石的CO2吸收效率分別為35. 18%和26. 22% ；⑵40次循環(huán)過程中，電石渣和石灰石的平均(X)2吸收效率分別為41. 01%和38. 14%； (3)電石渣和石灰石的(X)2吸收效率衰減系數(shù)分別為0. 16426和0. 28030,因而表明在保證(X)2吸收效率的前提下，電石渣針對(X)2吸收效率的衰減程度要小于市售石灰石。實施例3利用固定床反應器對比了采集于某煤化工廠的電石渣與市售石灰石在較高煅燒溫度下的CO2吸收特性。電石渣粒徑160 180目；煅燒反應溫度940°C;煅燒時間IOmin ； 碳化反應溫度700°C ；碳化時間20min ；總共考查20次循環(huán)捕集(X)2的吸收效率。結果表明(1)20次循環(huán)末電石渣及石灰石的(X)2吸收效率分別為28. 30%和22. 53%； (2) 20次循環(huán)捕集過程中，電石渣和石灰石的(X)2吸收效率衰減系數(shù)分別為0. 23958和0. 39961，因而表明針對高溫煅燒條件，電石渣針對(X)2吸收效率的衰減程度亦小于市售石灰石。實施例4利用固定床反應器考察了采集于某煤化工廠的電石渣的(X)2和吸收特性。電石渣粒徑160 180目；煅燒反應溫度840°C ；煅燒時間IOmin ；碳化反應溫度700°C ；碳化時間30min ；總共考查20次循環(huán)電石渣捕集CO2和SO2的吸收效率。結果表明⑴20次循環(huán)過程中，電石渣的脫除率可以達到99%以上；(2)20次循環(huán)捕集過程中，電石渣的平均CO2吸收效率為41. 48%。上述結果表明可再生使用的電石渣捕集煙氣中CO2過程中亦能同時達到脫除SO2W效果。
權利要求
1.一種使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟1)將電石渣煅燒，得到有效成分為氧化鈣的吸收劑；2)將步驟1)中的有效成分為氧化鈣的吸收劑加入碳化反應器中吸收煙氣中的二氧化碳，得到碳酸鈣和干凈的煙氣；3)將步驟幻中的碳酸鈣煅燒，得到再生的氧化鈣和高濃度的二氧化碳，將高濃度的二氧化碳資源化利用或經(jīng)壓縮后封存；4)將步驟3)中再生的氧化鈣中失活的部分去除，補入新的電石渣，返回到步驟2)中循環(huán)利用，重復步驟2) 4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，其特征在于，所述的步驟1)中的電石渣的煅燒溫度為450 900°C，煅燒時間為5 20min。
3.根據(jù)權利要求1所述的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，其特征在于，所述的步驟2)中的碳化反應器中反應溫度為550 700°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，其特征在于，所述的步驟3)中碳酸鈣的煅燒溫度為800 1100°C，煅燒時間為5 20min。
5.根據(jù)權利要求1所述的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法，其特征在于，在所述的步驟2)中，有效成分為氧化鈣的吸收劑加入碳化反應器中吸收煙氣中的二氧化硫。
全文摘要
本發(fā)明涉及電石渣的應用領域，具體地，本發(fā)明涉及一種使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法。根據(jù)本發(fā)明的使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法包括以下步驟1)將電石渣煅燒，得到有效成分為氧化鈣的吸收劑；2)將步驟1)中的吸收劑加入碳化反應器中吸收煙氣中的二氧化碳，得到碳酸鈣和干凈的煙氣；3)將步驟2)中的碳酸鈣煅燒，實現(xiàn)吸收劑的再生；4)將步驟3)中再生的吸收劑中失活的部分去除，補入新的電石渣，返回到步驟2)中循環(huán)利用，重復步驟2)～4)。本發(fā)明的優(yōu)點在于遵循以廢治廢的環(huán)保理念，降低了煙氣中二氧化碳的排放，具有良好的實際應用前景。
文檔編號B01D53/62GK102527225SQ20101060869
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者姚建中, 宋文立, 張登峰, 李松庚, 林偉剛 申請人:中國科學院過程工程研究所