一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法

摘要

本发明涉及电石渣的应用领域，具体地，本发明涉及一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法。根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法包括以下步骤：1)将电石渣煅烧，得到有效成分为氧化钙的吸收剂；2)将步骤1)中的吸收剂加入碳化反应器中吸收烟气中的二氧化碳，得到碳酸钙和干净的烟气；3)将步骤2)中的碳酸钙煅烧，实现吸收剂的再生；4)将步骤3)中再生的吸收剂中失活的部分去除，补入新的电石渣，返回到步骤2)中循环利用，重复步骤2)～4)。本发明的优点在于遵循以废治废的环保理念，降低了烟气中二氧化碳的排放，具有良好的实际应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及电石渣的应用领域，具体地，本发明涉及一种使用可再生的电石渣 捕集烟气中二氧化碳的方法。

背景技术

温室气体导致的全球变暖趋势已成为目前国际社会普遍关注的环境问题，其中 CO₂是最主要的一类温室气体，其温室效应占所有温室气体的77％左右，因而控制 CO₂的排放对于控制温室效应、减缓气候变化趋势至关重要。中国作为世界人口最多 的国家，且能源消费结构以煤炭为主，因而以国家为统计单元计算总量，目前中国 是世界温室气体排放大国。作为发展中国家，伴随现代化进程的加快，中国温室气 体的排放短期内仍将持续增加，中国面临巨大的CO₂减排压力，因而需要进行CO₂减排技术的研发。从CO₂排放源的行业分布特征来看，当前及今后较长时期，中国 的CO₂主要排放行源是能源行业，尤其是发电行业。目前，中国电力行业的CO₂排 放量占据总排放量50％左右，因而开发经济有效的CO₂捕集技术将具有很高的实用 前景和竞争优势。

采用钙基吸收剂反应分离CO₂方法是最具有应用前景的CO₂捕集技术之一。目前 研究领域考察最多的主要是利用石灰石等天然钙基矿石捕集CO₂的性能。如附图1所 示：石灰石首先在煅烧反应器内发生高温分解反应，分解的氧化钙(CaO)进入碳化 反应器捕集烟气中的CO₂并生成CaCO₃，脱碳后的洁净烟气排放到大气中。碳化反应 器内生成的CaCO₃又进入煅烧反应器发生新一轮分解。释放出的纯净CO₂可用于封存 或资源化利用。矿石资源有限且属于不可再生资源。大量开采石灰石、白云石或方 解石等天然矿石作为钙基吸收剂的来源，将会对生态环境(地表资源、地质环境、 水文和气候条件)带来诸多负面影响；此外，由于吸收剂再生是在高温条件下进行， 因而高温烧结行为将会严重导致吸收剂的CO₂吸收效率随循环次数的增多而不断衰 减，文献报道：利用天然石灰石经过1000次循环捕集CO₂反应后，其剩余的转化率仅 为3.5％，因而上述缺点极大地限制了石灰石等天然钙基石灰石在脱除CO₂方面的实际 应用。最后，利用石灰石等天然钙基矿石在首次煅烧过程中会发生CaCO₃的分解反应 从而额外产生一定量的CO₂气体(以碳酸钙含量为90％计算，平均1吨石灰石经煅烧 后将产生0.396吨CO₂)，因而将一定程度上削弱利用石灰石等钙基吸收剂捕集CO₂技 术的环境效益。

为了弥补天然钙基吸收剂的不足，必须寻求一种环境友好且反应活性优于天然 石灰石等天然吸收剂的替代品。

电石渣是以电石为原料生产乙炔(C₂H₂)的固体副产物，且主要成分为氢氧化 钙(Ca(OH)₂)，伴有硅、铁、铝、镁、硫、磷的氧化物或氢氧化物，其主要是由氯 碱行业的聚氯乙烯生产厂家和合成材料工业的氯丁橡胶生产厂家排放。估计我国电 石渣总产量达到1800万吨/年。相比白泥、赤泥及高炉渣等工业废弃物，电石渣有效 钙含量较高，目前，针对电石渣的处理与处置的方法主要包括：(1)填海、田沟有 规则堆放；(2)自然沉降后出售、代替石灰石制水泥、生产生石灰作为电石原料、 生产轻质砖、用作化工原料生产环氧丙烷、氯酸钾等。目前针对电石渣的处理处置 主要采取方式(1)，这种处理方式将会占用大量土地，污染浅层地下水并导致土壤 盐碱化，因而该方式不能将电石渣这一工业废弃物进行有效利用与治理。针对电石 渣资源化利用主要包括：(1)专利号为ZL200810116928.0的中国发明专利介绍了利 用电石渣做吸收剂的湿法烟气脱硫工艺，(2)专利号为200810146495.3的中国发明 介绍了一种利用电石渣制备高纯CaCO₃产品的方法；但是目前对电石渣的有效利用 率仍然非常低，更多的还是掩埋和堆放，给环境带来污染。

因此，随着人类排放的温室气体导致全球变暖趋势增强，近年来国际社会对于 温室气体减排议题的关注度明显升温并广泛开展二氧化碳捕集技术的研究工作，综 合上述捕集CO₂方法中环境效益低、吸收剂衰减系数大以及电石渣作为工业废弃物 给环境带来污染而不能有效利用的问题，本发明从综合治理，提高环境效益的目的 出发，用电石渣作为钙基吸收剂循环捕集烟气中CO₂。

发明内容

为了弥补以石灰石等天然钙基矿石进行干法脱除CO₂的不足，本发明提供了一 种利用工业固废电石渣脱除烟气中CO₂的方法。该方法一方面有效控制了烟气中CO₂的排放，在捕集CO₂的过程中亦能同时脱除烟气中的二氧化硫(SO₂)；一方面提供 了电石渣的处理与处置方法，实现了电石渣的资源化利用，达到了以废制废的目的。

本发明的目的在于提供一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法。

根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法，该方法包括以 下步骤：

1)将电石渣煅烧，得到有效成分为氧化钙的吸收剂；

2)将步骤1)中的有效成分为氧化钙的吸收剂加入碳化反应器中吸收烟气中的 二氧化碳，得到碳酸钙和干净的烟气；

3)将步骤2)中的碳酸钙煅烧，得到再生的有效成分为氧化钙的吸收剂和高浓 度的二氧化碳，将高浓度的二氧化碳资源化利用或压缩封存；

4)将步骤3)中再生的有效成分主要为氧化钙的吸收剂中失活的部分去除，排 出作为肥料或水泥的原料，同时加入部分新的电石渣，返回到步骤2)中循环利用， 重复步骤2)～4)。

根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法，所述的步骤2)： 有效成分主要为氧化钙的吸收剂捕集烟气中二氧化碳的同时亦可以与烟气中的二氧 化硫反应，生成硫酸钙，具有同步脱除二氧化硫的效果。

根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法，所述的步骤1) 中的电石渣的煅烧温度为450～900℃，煅烧时间为5～20min。

根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法，所述的步骤2) 中的碳化反应器中反应温度为550～700℃。

根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法，所述的步骤3) 中碳酸钙的煅烧温度为800～1100℃，煅烧时间为5～20min。

根据本发明的使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法，其原理为：

Ca(OH)₂(s)＝CaO(s)+H₂O(g)

CaO(s)+CO₂(g)＝CaCO₃(s)

CaCO₃(s)＝CaO(s)+CO₂(g)

使用电石渣捕集烟气中的二氧化碳过程中可同时脱除烟气中二氧化硫，其原理 主要为：

CaO(s)+SO₂(g)+1/2O₂(g)＝CaSO₄(s)

根据本发明的捕集烟气中二氧化碳的方法，由于电石渣主要成分是Ca(OH)₂，因 而首次煅烧时，主要发生的是Ca(OH)₂分解反应，相比利用石灰石、方解石或白云 石等原料的首次煅烧，煅烧电石渣避免了CO₂的生成；首次煅烧后的固体物料(主 要成分为CaO)进入碳化反应器内与烟气中的CO₂发生反应，烟气脱碳后排放到大 气中。电石渣在循环脱除CO₂过程中，吸收效率会随着循环次数的增多而衰减，因 而对于整套工艺来说需要排出少量失活的CaO，同时向煅烧反应器补充新的电石渣， 但是，虽然利用电石渣同样存在着与石灰石等天然矿石作为吸收剂的吸收效率衰竭 的问题，但与Ca(OH)₂和石灰石相比较，不论是低温煅烧还是在高温条件下煅烧， 电石渣的CO₂吸收效率的衰减程度要明显小于分析纯的Ca(OH)₂和石灰石，同时电 石渣的CO₂吸收效率亦有所改善，因而上述重要特征将会延长电石渣循环使用寿命 从而降低其用量。对于失活的吸收剂可以作为水泥行业的原料。

本发明利用电石渣独特理化性质，即具有较高的比表面积、良好的孔隙结构和 热稳定性，采用反应分离辅以再生的方法实现电石渣循环捕集CO₂。本发明利用乙 炔行业产生的工业废弃物电石渣为原料，将电石渣首先在煅烧反应器内实现电石渣 的分解，随后在碳化反应器内反应分离烟气中的CO₂，烟气得以净化。碳化反应器 中的固体物料又进入煅烧反应器进行新一次的煅烧，实现吸收剂的再生，同时排出 部分失活的吸收剂并补充一部分新鲜电石渣。相比市售Ca(OH)₂和石灰石，利用电 石渣作为吸收剂具有衰减速率低的特点，因而有效弥补了目前利用石灰石等天然钙 基吸收剂循环捕集CO₂过程中吸收效率衰减较快的不足；同时利用电石渣作为CO₂吸收剂避免了开采天然钙基矿石所引发的生态破坏问题，并且避免了石灰石等吸收 剂在煅烧过程中产生的额外CO₂。本发明利用工业固废治理烟气，秉承以废治废的 先进理念，体现出鲜明的环境效益和经济效益，因而具有良好的实际应用前景。

本发明的优点在于：与文献报道的利用石灰石等天然钙基吸收剂进行干法捕集 CO₂相比，本发明提供的利用电石渣脱除CO₂的方法，遵循以废治废的环保理念， 降低了烟气中CO₂的排放；其次，提供了对于工业固废电石渣的新的利用途径，最 后，有效弥补了利用石灰石等天然矿石捕集CO₂的不足，因而对于烟气中CO₂的脱 除还是电石渣的资源化利用均具有良好的实际应用前景。

附图说明

图1为可再生循环使用的石灰石等天然钙基吸收剂干法捕集二氧化碳示意图；

图2为本发明的可再生循环使用的电石渣干法捕集二氧化碳和二氧化硫示意图。

具体实施方式

实施例1

利用固定床反应器对比了采集于某煤化工厂的电石渣与市售Ca(OH)₂在低温煅 烧条件下的CO₂吸收特性。电石渣粒径：160～180目；煅烧反应温度：840℃；煅烧 时间10min；碳化反应温度：700℃；碳化时间：20min；总共考查40次循环捕集 CO₂的吸收效率(注：利用吸收剂中的CaO转化率表征CO₂吸收效率)。结果表明： (1)40次循环末，电石渣及Ca(OH)₂的CO₂吸收效率分别为35.18％和32.57％；(2) 40次循环捕集过程中，电石渣和Ca(OH)₂的CO₂吸收效率衰减系数分别为0.16426 和0.21140(衰减系数越大表征衰减速度越快)，因而表明：在保证CO₂吸收效率的 前提下，电石渣针对CO₂吸收效率的衰减程度要小于市售Ca(OH)₂。

实施例2

利用固定床反应器对比了采集于某煤化工厂的电石渣与市售石灰石在低温煅烧 条件下的CO₂吸收特性。电石渣粒径：160～180目；煅烧反应温度：840℃；煅烧时 间10min；碳化反应温度：700℃；碳化时间：20min；总共考查40次循环捕集CO₂的吸收效率。结果表明：(1)40次循环末，电石渣及石灰石的CO₂吸收效率分别为 35.18％和26.22％；(2)40次循环过程中，电石渣和石灰石的平均CO₂吸收效率分别 为41.01％和38.14％；(3)电石渣和石灰石的CO₂吸收效率衰减系数分别为0.16426 和0.28030，因而表明：在保证CO₂吸收效率的前提下，电石渣针对CO₂吸收效率的 衰减程度要小于市售石灰石。

实施例3

利用固定床反应器对比了采集于某煤化工厂的电石渣与市售石灰石在较高煅烧 温度下的CO₂吸收特性。电石渣粒径：160～180目；煅烧反应温度：940℃；煅烧时 间10min；碳化反应温度：700℃；碳化时间：20min；总共考查20次循环捕集CO₂的吸收效率。结果表明：(1)20次循环末电石渣及石灰石的CO₂吸收效率分别为 28.30％和22.53％；(2)20次循环捕集过程中，电石渣和石灰石的CO₂吸收效率衰减 系数分别为0.23958和0.39961，因而表明：针对高温煅烧条件，电石渣针对CO₂吸 收效率的衰减程度亦小于市售石灰石。

实施例4

利用固定床反应器考察了采集于某煤化工厂的电石渣的CO₂和SO₂吸收特性。 电石渣粒径：160～180目；煅烧反应温度：840℃；煅烧时间10min；碳化反应温度： 700℃；碳化时间：30min；总共考查20次循环电石渣捕集CO₂和SO₂的吸收效率。 结果表明：(1)20次循环过程中，电石渣的SO₂脱除率可以达到99％以上；(2)20 次循环捕集过程中，电石渣的平均CO₂吸收效率为41.48％。上述结果表明：可再生 使用的电石渣捕集烟气中CO₂过程中亦能同时达到脱除SO₂的效果。