一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法，包括如下步骤：S1对煤制甲醇产二氧化碳气体进行预处理，得到液体二氧化碳；S2将液体二氧化碳供应给微藻；S3利用微藻吸收二氧化碳。本发明专利技术同时还提供了一种固定煤制甲醇产二氧化碳的系统，包括二氧化碳预处理系统；与所述二氧化碳预处理系统相连的二氧化碳供应系统；以及与所述二氧化碳供应系统相连的二氧化碳吸收系统。本发明专利技术方法和系统尤其适合于固定二氧化碳浓度在60％以上的气体中的二氧化碳，能耗低、固碳率高、非原位固碳，在保证微藻不降低生长量的基础上，实现了密闭式跑道池微藻固碳效率达到95％‑100％，开放式跑道池微藻固碳效率65％‑70％。

【技术实现步骤摘要】
一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法及系统
本专利技术涉及一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法及系统，尤其涉及一种利用微藻固定煤制甲醇产生的二氧化碳的方法及系统，属于环境保护领域。
技术介绍
我国煤多油少，石油和烯烃均依赖进口。为了解决这个问题，国家积极发展“以煤代油”战略，即以煤为原料制备甲醇，然后再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃。在以煤为原料制备甲醇的过程中，会产生大量的CO2，CO2大量产生导致气候变化和极端天气增加，因此经济有效地利用煤制甲醇过程中产生的CO2成为当下关注热点。在CO2捕集与利用众多技术中，微藻固碳因可利用宽范围CO2浓度在众多利用技术中具有显著优势。微藻的光能利用率为10-20％，而陆生植物中生长最快的柳枝稷，太阳能利用率不到0.5％。CO2是光能自养微藻所必需的碳源，碳占微藻干重的44-55％，生产1吨生物质可吸收固定1.6-2.1吨CO2，因此提高微藻固定CO2的效率，不仅可以提高微藻的生物质产量，而且还能降低CO2碳源的成本。为了避免在二氧化碳的输送过程中两相状态会引起管道震动导致安全事故，CO2输送时必须保持单相态输送，并且CO2液化后的体积仅为气体二氧化碳的1/500，因此CO2储运和输送通常采用液体形式。特别是CO2捕集液化能耗与初始浓度成指数增长，导致低浓度CO2远距离利用几乎难以实现，而煤制甲醇产生CO2因其浓度较高，在捕集成本上优势明显，可适于远距离应用。所以，利用微藻固定煤制甲醇产生的CO2不仅具有有效的碳减排效用，而且有较好的经济效益。但目前实现煤制甲醇微藻固定CO2还存在如下主要问题：一是高浓度CO2在微藻培养使用中相比低浓度使用其挥发耗散量较大；二是微藻大规模培养过程中，由于多采用跑道池培养，为了提高微藻固定CO2的效率，就必须增加CO2供气量，然而浅池效应会增大耗散量，从而导致CO2利用效率降低；三是由于微藻吸收了CO2后会导致培养体系的pH值发生显著变化，会影响微藻的生长环境，进而影响微藻对二氧化碳的吸收，因此需要采取有效方式控制pH值波动范围位于微藻生长量的最佳范围。因此，目前存在问题是急需建立从CO2捕集、运输到微藻固定CO2的低能耗、高固碳率的固定CO2方法及系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术问题，提供一种以低能耗、高固碳率为目标的固定煤制甲醇产二氧化碳的方法和系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法，包括如下步骤：S1对煤制甲醇产二氧化碳气体进行预处理，得到液体二氧化碳；S2将所述液体二氧化碳供应给微藻；S3利用微藻吸收二氧化碳。根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤S1的预处理包括：1A对煤制甲醇产二氧化碳气体进行净化处理，得到净化二氧化碳气体；1B对所述净化二氧化碳气体进行液化处理，得到液体二氧化碳。根据本专利技术的一些实施例，针对非食用型微藻，所述净化处理包括脱硫处理和吸附处理。根据本专利技术的优选实施方式，可采用本领域熟知的方法对煤制甲醇产二氧化碳气体进行脱硫处理，在本专利技术中优选采用铁基脱硫剂对所述二氧化碳气体进行脱硫处理。其中，所述脱硫处理的温度为20-40℃。经脱硫处理后，气体中的硫浓度小于2mg/m3。在一些具体的实施例中，所述铁基脱硫剂包括氧化铁。根据本专利技术的优选实施例，可采用本领域熟知的方法对脱硫后的二氧化碳气体进行吸附处理，以除去包括甲醇和水的杂质。在本专利技术中优选采用活性炭和分子筛作为吸附剂对脱硫后的气体进行吸附处理。根据本专利技术的一些实施例，针对食用型微藻，所述净化处理包括预脱硫处理、有机硫水解处理、精脱硫处理、除湿处理、脱醇处理和液化精馏处理。根据本专利技术的优选实施例，可采用本领域熟知的方法对煤制产二氧化碳气体进行预脱硫处理，在本专利技术中优选所述预脱硫处理包括采用铁基型脱硫剂对所述二氧化碳气体进行预脱硫处理，所述预脱硫处理的温度为20-40℃。经预脱硫处理后，气体中的硫浓度小于2mg/m3。在一些具体的实施例中，所述铁基型脱硫剂包括氧化铁。根据本专利技术的优选实施例，可采用本领域熟知的方法对预脱硫处理后的二氧化碳气体进行有机硫水解处理，在本专利技术中优选使经过预脱硫处理后的气体在水解剂的存在下进行水解处理，使气体中的COS转换为二氧化碳和硫化氢。在一些具体的实施例中，所述水解处理的温度为60-90℃，水解剂为氧化铝。根据本专利技术的优选实施例，可采用本领域熟知的方法对经有机硫水解处理后的气体进行精脱硫处理，在本专利技术中优选采用活性炭对所述经有机硫水解处理后的气体进行精脱硫处理。经精脱硫处理后，气体中的硫浓度小于0.1mg/m3。根据本专利技术的优选实施例，可采用本领域熟知的方法对经精脱硫处理后的气体进行除湿处理，在本专利技术中优选采用分子筛对所述经精脱硫处理后的气体进行除湿处理。所述脱醇处理包括采用活性炭对所述经除湿处理后的气体进行脱醇处理。经除湿和脱醇处理后，气体中的水含量小于20ppm。根据本专利技术的一些实施方式，对净化处理后的二氧化碳气体进行液化处理，得到液体二氧化碳。在一些具体的实施例中，对于二氧化碳浓度为60-95％的气体，通过压缩液化处理，以得到浓度高于95％的液体二氧化碳。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2包括：2A将所述液体二氧化碳溶解在至少一种溶剂中，得到二氧化碳溶液；2B将所述二氧化碳溶液供应给微藻。根据本专利技术的优选实施方式，在所述步骤2A中，在密闭的二氧化碳溶解池中使所述液体二氧化碳溶解在至少一种溶剂中，得到二氧化碳溶液，当溶液中的二氧化碳浓度达到40-80mg/L、溶解氧浓度达到3-4mg/L时，准备将二氧化碳溶液供应给微藻。在一些具体的实施例中，所述溶剂包括水。根据本专利技术的优选实施例，通过倒式旋流曝气的方式供应所述二氧化碳溶液，优选曝气头的曝气孔向水面下方扭曲5-25度。通过采用倒式曝气方式，曝气孔向水面下方扭曲5-25度，通过旋流增强二氧化碳传质，可以增加CO2在水中停留时间并减少CO2挥发量。CO2利用效率可提高15％-25％。密闭式培养池中微藻的CO2利用效率可达到95％-100％，开放式跑道池中微藻的CO2利用效率可达65％-70％。根据本专利技术的优选实施方式，步骤S2中供应的二氧化碳浓度不小于40mg/L。对于高浓度的二氧化碳，可采用间歇供应的方法，只要保证供应的二氧化碳浓度不小于40mg/L即可。根据本专利技术的一些实施例，控制二氧化碳溶液的pH值在适于微藻固碳的范围内，优选通过向二氧化碳溶液中加入双重缓蚀剂以控制微藻培养的pH值，优选所述缓释剂包括碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液和磷酸钠/磷酸氢钠溶液。微藻种类众多，每种微藻都有适合生长的pH值范围，在这个范围内，固碳效率较高。通过控制碳酸根和磷酸根离子浓度比，以维持pH值处于微藻的高效固碳范围，可以极大的提高固碳效率。在本专利技术的优选实施例中，可通过向步骤2A中的二氧化碳溶液中加入缓蚀剂，以控制二氧化碳溶液的pH值，进而控制微藻培养的pH值。在本专利技术的一些实施方式中，所述微藻包括单细胞微藻和/或多细胞微藻。根据本专利技术的另一个方面，提供一种固定煤制甲醇产二氧化碳的系统，包括：二氧化碳预处理系统，用于对煤制甲醇产二氧化碳气体进行预处理，得到液体二氧化碳；与所述二氧化碳预处理系统相连的二氧化碳供应系统，用于将所述液体二氧化碳供应给微藻；与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法，包括如下步骤：S1对煤制甲醇产二氧化碳气体进行预处理，得到液体二氧化碳；S2将所述液体二氧化碳供应给微藻；S3利用微藻吸收二氧化碳。

【技术特征摘要】
1.一种固定煤制甲醇产二氧化碳的方法，包括如下步骤：S1对煤制甲醇产二氧化碳气体进行预处理，得到液体二氧化碳；S2将所述液体二氧化碳供应给微藻；S3利用微藻吸收二氧化碳。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1的预处理包括：1A对煤制甲醇产二氧化碳气体进行净化处理，得到净化二氧化碳气体；1B对所述净化二氧化碳气体进行液化处理，得到液体二氧化碳。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：2A将所述液体二氧化碳溶解在至少一种溶剂中，得到二氧化碳溶液；2B将所述二氧化碳溶液供应给微藻。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，通过倒式旋流曝气的方式供应所述二氧化碳溶液，优选曝气头的曝气孔向水面下方扭曲5-25度；和/或供应的二氧化碳溶液中二氧化碳的浓度不小于40mg/L。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，控制二氧化碳溶液的pH值在适于微藻固碳的范围内，优选通过双重缓释方法控制二氧化碳溶液的pH值，更优选地，所述缓释剂包括碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液和磷酸钠/磷酸氢钠缓冲溶液。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述微藻包括单细胞微...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓奕，刘子钰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11