一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，所述工艺由二氧化碳膜捕集版块和微藻固碳版块组成；在保证系统总的捕集目标不变的情况下，通过降低膜捕集系统二氧化碳的捕集率，降低膜捕集系统单位捕集成本；通过微藻固碳版块利用光合作用合成的脂质加工产品和微藻粉末加工产品提高了工艺的经济效益；利用膜捕集技术版块中的截留气作为碳源，降低了耐受高浓度CO2和污染物的藻种选育成本和难度，增加了微藻的适用范围；减少了直接利用燃煤电厂烟道气作为碳源时烟气中氮氧化物和硫氧化物的处理成本。

A carbon dioxide capture and coupling process of carbon dioxide membrane in flue gas of a coal-fired power plant

The invention discloses a coal-fired power plant flue gas carbon dioxide capture membrane coupled microalgae carbon sequestration process, the carbon dioxide capture process by membrane plate and carbon fixation sections in microalgae; ensure the system total capture target unchanged, by reducing the membrane trapping system two oxidation carbon capture rate, reduce film collecting system unit capture cost; through lipid products by microalgae photosynthesis and carbon plate using microalgae powder processing products to improve the economic benefits of technology; capture technology section of the interception gas as carbon source by membrane, reduce the cost and difficulty of algae breeding of high concentration of CO2 and increase the pollutant tolerance. The scope of application of microalgae; reduce the direct use of coal-fired power plant flue gas treatment cost as the carbon source in the flue gas of nitrogen oxides and sulfur oxides.

【技术实现步骤摘要】
一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺
本专利技术涉及二氧化碳捕集
，尤其涉及一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺。
技术介绍
化石燃料的大量燃烧，造成了二氧化碳浓度的快速上升，温室效应问题成为世界各界关注的热点问题。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，目前大气中二氧化碳浓度超过了400ppm，在温室气体的总增温效应中，二氧化碳贡献约占63%，如果没有CCS，绝大多数气候模式运行都不能实现缓解气候变化的目标。国际能源署（IEA）认为，如果要实现2摄氏度的目标，到2040年全世界差不多需要每年捕集和封存约40亿吨二氧化碳，目前运行中或者建设中的项目碳捕集能力约为4千万吨/年。2015年12月《巴黎协定》中指出温度提升限制在低于2摄氏度，努力争取将温度提升限制到1.5摄氏度。气候模式指出，为了控制大气浓度阈值不会超过450ppm，2050年以后需要依赖于负排放，尤其是与CCS相结合的生物能（BECCS）产生的排放来降低碳预算成本。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，该技术结合了碳捕获和储存(CCS)和生物能源利用，能够实现净负排放。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实际工业应用阶段，但是存在吸收剂的泄露或挥发会造成环境污染，吸收剂再生温度高，能耗较等问题。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。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影响；微藻本身是良好的碳源，可以作为燃煤电厂煤炭的替代燃料，由于富含蛋白质可以作为牲畜的肥料，具有很好的经济价值。现有的膜材料性能不能满足单级膜组件对燃煤电厂烟道气中二氧化碳实现捕集率为90%，纯度为95%的目标；多级膜组件二氧化碳捕集系统捕集率为70%时的捕集成本和能耗要明显比捕集率为80%和90%时低。因此，研究一种燃煤电厂烟道气二氧化碳捕集耦合微藻固碳工艺，通过微藻固定增加膜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，微藻作为电厂燃料可以增加了负碳排放值，对于生物能源与碳捕获和储存技术(BECCS)的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，由膜捕集版块和微藻固定版块组成；在保证系统总的捕集目标不变的情况下，通过降低膜捕集系统二氧化碳的捕集率，降低膜捕集系统二氧化碳单位捕集成本；膜捕集系统的截留气为微藻固碳系统提供碳源，光合作用产物和将微藻作为煤炭替代能源提高工艺的收益；通过膜捕集系统，截留气中氮氧化物和硫氧化物浓度会有所降低，减少对微藻生长的影响。本专利技术提供的技术方案如下：一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，步骤如下：在膜捕集系统版块，燃煤电厂烟道气经过净化、降温、干燥处理后，先通过压缩机加压提升烟气的压力，然后经过降温处理后进入膜分离环节，第一级膜组件的渗透气经过真空泵抽吸和压缩机压缩后进入第二级膜组件，第二级膜组件的渗透气中二氧化碳浓度满足95%纯度目标，经过多级加压后得到超临界二氧化碳，第一级膜组件截留气通入微藻固碳系统版块。在微藻固碳系统版块，可分为微藻培养环节、脱水环节、预处理环节、脂质提取环节、脂质加工环节；在脂质提取环节通过使用膜捕集系统版块的超临界二氧化碳实现将脂质的萃取和微藻粉末分离有效整合在一起，得到的微藻粉末经过加工后增加工艺的经济效益，脂质加工后得到不同的产品增加工艺的经济效益和环境效益。利用膜捕集版块截留气作为碳源，避免了二氧化碳浓度对微藻的抑制，增加了微藻的适用范围，减少了耐受高浓度CO2和污染物的藻种选育成本和难度，可以降低直接使用燃煤电厂烟道气作为碳源时烟气中氮氧化物和硫氧化物的处理成本；缓解使用空气作为碳源时，培养液中溶解氧气对微藻产率的抑制作用。附图说明下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术进行更详细的说明：图1为本专利技术的燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺的一种实施结构示意图。附图中标号说明：燃煤电厂烟道气；2、烟气净化装置；3、11、压缩机；4、5、12、16、18、换热器；6、脱水干燥装置；7、气体混合器；8、13、膜组件；9、膨胀机；10、14、真空泵；15、多级压缩机；17、液体泵；19、光反应器；20、微藻溶液脱水器装置；21、萃取预处理装置；22、脂质萃取装置；23、藻粉加工装置；24、脂质加工装置；25、萃取剂储存装置。具体实施方式为了更好的说明本专利技术的技术方案，下面将结合现有技术方案描述中所需附图进行详细的说明。参照图1，本专利技术的一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺包括：膜捕集版块和微藻固定版块；在膜捕集版块，燃煤电厂烟道气1通过S1进入膜捕集系统，烟气首先经过烟气净化装置2进一步脱除微量组分减少对膜材料的影响以及对微藻生长造成影响；净化后的烟气通过S2与压缩机3相连，烟气的压强升温后经过2阶段降温环节。经过加压后的烟气先经过S3与换热器4相连初步降温后经过S4与换热器5相连；在换热器4中使用循环水进行降温；换热器5的低温能量由来自膨胀机9中的低温烟气提供，来自膨胀机9的烟气升温后进入微藻固碳版块；S4中烟气经过换热器5升温后通过S5与脱水干燥装置6相连；烟气中的水分干燥后，通过S6被输送到气体混合器7中，与来自膜组件13截留气进行混合；气体混合均匀后经过S7与膜组件8的进料气侧相连，进入2级膜分离环节。膜组件8的渗透气侧与S8相连，截留气侧通过S9与膨胀机9相连；截留气通过S9到达膨胀机9后，由于膨胀发电烟气温度降低，通过S10为换热器5提供低温能量；膜组件8的渗透气经过S8与真空泵10相连；烟气经过真空泵10抽吸恢复大气压后经过S11与压缩机11相连；渗透气被压缩机11加压升温后，通过S12与换热器12相连，换热器12使用循环水实施降温；降温后的气体经过S13与膜组件13的进料气侧相连；膜组件13的渗透气侧通过S14与真空泵14相连，截留气侧通过S15与气体混合器7相连；烟气中的二氧化碳在膜组件13的渗透气被进一步富集浓缩，满足95%纯度目标，之后进入二氧化碳液化环节。膜组件13渗透气中高浓度二氧化碳气体，经过真空泵14抽吸作用，高浓度的二氧化碳气体恢复到大气压强后通过S16与多级压缩机15相连；加压后的气体经过S17与换热器16相连；在换热器16中利用循环水为烟气降温得到液态二氧化碳；液体二氧化碳通过S18与液体泵17相连，被加压到商业用途所需压强，通过S19进入商业利用环节，其中一部分超临界二氧化碳通过S29与萃取剂储存装置25相连，为脂质的萃取分离提供萃取剂。膜组件8截留气的能量回收后，经过S20进入微藻固碳版块，并与换热器18相连；在换热器18中，烟气根据微藻繁本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，其特征在于：由膜捕集版块和微藻固定版块组成，在膜捕集系统版块，燃煤电厂烟道气经过净化装置去除微量杂质后，通过加压、降温、脱水干燥处理后进入膜分离环节，第一级膜组件的渗透气经过真空泵抽吸和压缩机压缩后进入第二级膜组件，第二级膜组件的渗透气中二氧化碳浓度满足95%纯度目标，经过多级加压后得到超临界二氧化碳，第一级膜组件截留气通入微藻固碳系统版块；在微藻固碳系统版块，可分为微藻培养环节、脱水环节、预处理环节、脂质提取环节、脂质加工环节，利用超临界二氧化碳作为萃取剂；在保证系统总的捕集目标不变的情况下，通过降低膜捕集系统二氧化碳的捕集率，降低膜捕集系统单位捕集成本；通过微藻固碳版块利用光合作用合成的脂质加工产品和微藻粉末加工产品提高了工艺的经济效益。

【技术特征摘要】
1.在一种燃煤电厂烟道气二氧化碳膜捕集耦合微藻固碳工艺，其特征在于：由膜捕集版块和微藻固定版块组成，在膜捕集系统版块，燃煤电厂烟道气经过净化装置去除微量杂质后，通过加压、降温、脱水干燥处理后进入膜分离环节，第一级膜组件的渗透气经过真空泵抽吸和压缩机压缩后进入第二级膜组件，第二级膜组件的渗透气中二氧化碳浓度满足95%纯度目标，经过多级加压后得到超临界二氧化碳，第一级膜组件截留气通入微藻固碳系统版块；在微藻固碳系统版块，可分为微藻培养环节、脱水环节、预处理环节、脂质提取环节、脂质加工环节，利用超临界二氧化碳作为萃取剂；在保证系统总的捕集目标不变的情况下，通过降低膜捕集系统二氧化碳的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正山，
申请(专利权)人：杨正山，
类型：发明
国别省市：北京,11