專利名稱:一種利用燃煤電廠煙氣養(yǎng)殖微藻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微藻的養(yǎng)殖方法，特別涉及一種利用燃煤電廠煙氣養(yǎng)殖微藻的工藝，屬于新能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國。我國的大氣污染屬典型的煤炭型污染，且污染嚴(yán)重，主要的污染物為燃煤產(chǎn)生的SO2和N0X。
根據(jù)中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)和國家環(huán)境公告,2008年全國廢氣中二氧化硫(SO2)排放量2321. 2萬噸，氮氧化物(NOx)排放量1629. 4萬噸。2009年全國二氧化硫(SO2)排放量2214. 4萬噸。有關(guān)專家研究表明，中國每排放一噸SO2造成的經(jīng)濟(jì)損失約2萬元，我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要明確提出，到2010年，全國二氧化硫排放總量將比“十五”期末減少10%。若只進(jìn)行煙氣脫硫，還不足以很好地保證環(huán)境空氣質(zhì)量，有趨勢(shì)表明在不久后NOx將取代SO2成為酸雨的主要來源，因此對(duì)NOx的排放也要進(jìn)行控制。
另一方面，我國燃煤電廠每年至少排放約30多億噸CO2,這些CO2遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然光合作用和海水吸收的能力。單純的減排CO2不足以解決根本問題，還有可能阻礙我國經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，只有實(shí)施CO2的資源化利用才是根本出路。
目前，我國控制SOjPNOx的有效途徑主要是采用濕式石灰-石膏法和選擇性催化還原法SCR、選擇性非催化還原法SNCR法。這一技術(shù)雖然工業(yè)運(yùn)用很成熟，對(duì)減輕煙氣中SO2的污染起到了一定作 用，但亦有諸多不足，其中，濕式石灰-石膏法煙氣脫硫盡管應(yīng)用廣泛，但由于其自身的局限性，在國外新上的脫硫裝置上基本不選該法，煙氣中的硫、碳和氮元素沒有做到“資源化”利用，不屬于低碳清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。煙氣脫NOx應(yīng)用最多的是選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。利用氨在V2O5催化劑作用下,將NOx還原成無害的N2，脫除率可達(dá)80% 90%。該法技術(shù)成熟，效率高。但亦有如下不足1.易造成氨(或尿素)的泄露，造成二次污染；2.氨(或尿素)的腐蝕性很強(qiáng)，設(shè)備造價(jià)高；3.由于溫度高，SCR反應(yīng)器需安裝在電除塵前，導(dǎo)致粉塵對(duì)規(guī)整催化劑的“刻蝕”嚴(yán)重；4.規(guī)整催化劑昂貴。以上原因?qū)е麓思夹g(shù)在我國至今沒有得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，同時(shí)，該法也無法完成對(duì)NOx的超潔凈脫除而滿足微藻養(yǎng)殖要求。
美國從1976年起就啟動(dòng)了微藻能源研究的《Lake Back》計(jì)劃，研究以化石燃料產(chǎn)生的廢氣(CO2)生產(chǎn)高含脂微藻。美國的藻類能源研究項(xiàng)目證明，實(shí)驗(yàn)室條件下脂質(zhì)含量超過干重的60%，室外培養(yǎng)脂質(zhì)產(chǎn)量可達(dá)干重的40%以上，理論推算每畝年可產(chǎn)廣2. 5噸柴油。2006年，美國國會(huì)同意斥資4億美元支持從陽光到燃油的Helios (太陽神)計(jì)劃，任務(wù)是到2010年實(shí)現(xiàn)藻類產(chǎn)油的工業(yè)化，以及未來每天生產(chǎn)百萬桶生物原油的目標(biāo)，將藻類產(chǎn)油的成本于2015年降至2 3美元/加侖。
我國在海洋藻類能源科研方面也取得了豐富的研究成果，具有自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。以中國海洋大學(xué)、中國科學(xué)院海洋研究所、新奧科技發(fā)展有限公司等為代表的團(tuán)隊(duì)積累了大量的相關(guān)研究成果。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面，一些大型企業(yè)如中國石化和中海油等近年來也在積極開展或籌劃進(jìn)行藻類產(chǎn)油加工技術(shù)的攻關(guān)。但從目前國內(nèi)外在生物微藻固碳，電廠煙氣養(yǎng)殖含油微藻中的關(guān)鍵技術(shù)看，重點(diǎn)大都放在光生物反應(yīng)器、跑道池和開放大池的研究上，對(duì)煙氣的超潔凈凈化技術(shù)、微藻養(yǎng)殖和微藻改質(zhì)生產(chǎn)微乳化燃油相結(jié)合的工藝技術(shù)尚沒有展開系統(tǒng)研究。
目前文獻(xiàn)報(bào)道的有關(guān)含油微藻研究工作主要分為三部分一是尋找并培育產(chǎn)油率高的藻類植物；二是致力于研究微藻的收獲方式和降低收獲成本；三是研究如何從藻類植物中提取油脂、產(chǎn)氫和乙醇。其中第一部分工作中，利用燃煤電廠煙氣中巨量CO2，而非空氣中的CO2養(yǎng)殖含油微藻研究報(bào)的很少。這是因?yàn)槿济弘姀S煙氣中相對(duì)高濃度的污染物so2、NOx以及微量CO會(huì)抑制微藻的生長甚至殺死含油微藻。為此，煙氣中S02、N0、C0等有毒、有害雜質(zhì)的超潔凈凈化十分必要。而利用煙氣凈化過程中副產(chǎn)的硫銨、硝銨做為微藻生長的營養(yǎng)鹽和利用電廠余熱開發(fā)恒溫含油微藻養(yǎng)殖固碳技術(shù)的研究與開發(fā)也尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用燃煤電廠煙氣養(yǎng)殖微藻的方法，通過將燃煤電廠煙氣超潔凈凈化后養(yǎng)殖微藻，實(shí)現(xiàn)減少煙氣污染和碳排放，并將其通過微藻轉(zhuǎn)化為生物能源，達(dá)到變廢為寶的目的。
本發(fā)明的具體步驟如下(I)首先將煙氣通入脫CO塔，使其中的微量⑶與NO在活性半焦催化劑的催化作用下發(fā)生催化氧化-還原反應(yīng)，生成CO2和N2 ; (2)從脫CO塔出來的煙氣再進(jìn)入脫硫塔，利用煙氣中所含的O2將煙氣中SO2在活性半焦催化劑催化作用下氧化為SO3,并吸附在催化劑上；(3)經(jīng)過脫硫塔后的煙氣進(jìn)入脫硝塔，利用煙氣中所含的O2在活性半焦催化劑催化作用下將煙氣中的NO氧化為NO2,并吸附在催化劑上；(4)凈化后的煙氣通入微藻養(yǎng)殖器，通過含油微藻固定煙氣中的CO2,其后再通過煙氣-煙氣換熱器，最后通過煙 將剩余煙氣排放。
所述脫硫塔和脫硝塔中的失活半焦通過氨水洗滌再生，同時(shí)獲得硫銨和硝銨溶液，并將其輸入微藻養(yǎng)殖器。
其中，在脫硫塔或脫硝塔再生過程中，可通過兩塔或多塔并聯(lián)的方式完成多次活性半焦脫硫脫硝/再生循環(huán)。
所述微藻養(yǎng)殖器由熱電廠的發(fā)電余熱提供熱量來保持恒溫。
所述含油微藻為扁藻、三角褐指藻、新月菱形藻、金藻、角毛藻、異膠藻、塔胞藻或鹽藻中的一種或幾種。
本發(fā)明的工藝實(shí)現(xiàn)了煙氣和半焦催化劑中的C、S、N和水中的H、0元素全部利用和生物化學(xué)組裝，并通過最廉價(jià)簡單的生物光合作用和成熟的化工工藝全部將這些元素最終化學(xué)組裝成CnHmOxNySz的液體新能源，系統(tǒng)幾乎沒有任何多余物質(zhì)的堆放、填埋等二次污染和處理，符合環(huán)境友好的“綠色低碳化工”技術(shù)路線。這一煙氣污染治理、碳減排與微藻養(yǎng)殖煉油相結(jié)合的新型低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式必將帶來巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例1 :某燃煤電廠鍋爐煙氣中CO含量約100mg/m3，SO2含量.2000mg/m3，NOx含量3001^/!113，0)2含量15% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。脫CO塔、脫硫塔、脫硝塔所裝填的催化劑均為專利(公開號(hào)CN 101362101A)所述的實(shí)施例1的半焦催化劑，半焦粒徑4_10目。將煙氣通入脫CO塔，空速lOOOh—1，反應(yīng)溫度160°C，使微量的CO與NO在活性半焦的催化作用下發(fā)生反應(yīng)，生成CO2和N2 ;從脫CO塔排出的煙氣再進(jìn)入脫硫塔，在反應(yīng)溫度80°C下，利用煙氣中所含的02將煙氣中SO2氧化為SO3,并吸附在催化劑上；經(jīng)過脫硫塔后的煙氣進(jìn)入脫硝塔，反應(yīng)溫度為70°C，利用煙氣中所含的O2將煙氣中的NO氧化為NO2，并吸附儲(chǔ)存在催化劑上。脫硫塔和脫硝塔中的失活半焦通過氨水洗滌再生，同時(shí)獲得硫銨和硝銨溶液。凈化后的煙氣中CO含量降至I mg/m3，SO2含量為20 mg/m3，NO含量為45 mg/m3。煙氣排放時(shí)各組分可達(dá)GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
將以上煙氣通入微藻養(yǎng)殖器中，以副產(chǎn)的硝銨溶液為N源代替F/2培養(yǎng)基(pH=8. O)中的NaNO3,培養(yǎng)扁藻，使硝銨濃度為70mg/L，控制溫度25°C、光強(qiáng)35001ux、光暗周期12h:12h，培養(yǎng)7天，產(chǎn)生的生物量為1. lg/L(干重)，微藻含油量為50% (干重)。
其它條件相同時(shí)，以空氣氣氛下養(yǎng)殖的扁藻為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，該條件下產(chǎn)生的生物量為O. 9g/L(干重)，含油量為35%(干重)。
實(shí)施例2 :某燃煤電廠鍋爐煙氣中CO含量約80 mg/m3, SO2含量2500mg/m3，NOx含量5001^/!113，0)2含量15% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。脫CO塔、脫硫塔、脫硝塔所裝填的催化劑均為專利(公開號(hào)CN 101362101A)所述的實(shí)施例1的半焦催化劑，半焦粒徑4_10目。將煙氣通入脫CO塔，空速UOOh—1，反應(yīng)溫度150°C，使微量的CO與NO在活性半焦的催化作用下發(fā)生反應(yīng)，生成CO2和N2 ;從脫CO塔排出的煙氣再進(jìn)入脫硫塔，在反應(yīng)溫度90°C下，利用煙氣中所含的02將煙氣中SO2氧化為SO3,并吸附在催化劑上；經(jīng)過脫硫塔后的煙氣進(jìn)入脫硝塔，反應(yīng)溫度為60°C，利用煙氣中所含的O2將煙氣中的NO氧化為NO2，并吸附儲(chǔ)存在催化劑上。脫硫塔和脫硝塔中的失活半焦通過氨水洗滌再生，同時(shí)獲得硫銨和硝銨溶液。凈化后的煙氣中CO含量降至I mg/m3，SO2含量為18 mg/m3, NO含量為33mg/m3。煙氣排放時(shí)各組分可達(dá)GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
將以上煙氣通入微藻養(yǎng)殖器中，以副產(chǎn)的硝銨溶液為N源代替F/2培養(yǎng)基(pH=8. O)中的NaNO3,培養(yǎng)鹽藻，使硝銨濃度為70mg/L，控制溫度24°C、光強(qiáng)34001ux、光暗周期12h:12h，培養(yǎng)7天，產(chǎn)生的生物量為1.2g/L(干重)，微藻含油量為46% (干重)。
其它條件相同時(shí)，以空氣氣氛下養(yǎng)殖的鹽藻為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，該條件下產(chǎn)生的生物量為1. 0g/L(干重)，含油量為38%(干重)ο
權(quán)利要求
1.一種利用燃煤電廠煙氣養(yǎng)殖微藻的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)首先將煙氣通入脫CO塔，使其中的微量CO與NO在活性半焦催化劑的催化作用下發(fā)生催化氧化-還原反應(yīng)，生成CO2和N2 ; (2)從脫CO塔出來的煙氣再進(jìn)入脫硫塔，利用煙氣中所含的 O2將煙氣中SO2在活性半焦催化劑催化作用下氧化為SO3,并吸附在催化劑上；(3)經(jīng)過脫硫塔后的煙氣進(jìn)入脫硝塔，利用煙氣中所含的O2在活性半焦催化劑催化作用下將煙氣中的 NO氧化為NO2，并吸附在催化劑上；(4)凈化后的煙氣通入微藻養(yǎng)殖器，通過含油微藻固定煙氣中的CO2，其后再通過煙氣-煙氣換熱器，最后通過煙 將剩余煙氣排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的養(yǎng)殖微藻的方法，其特征在于所述脫硫塔和脫硝塔中的失活半焦通過氨水洗滌再生，同時(shí)獲得硫銨和硝銨溶液，并將其輸入微藻養(yǎng)殖器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的養(yǎng)殖微藻的方法，其特征在于在脫硫塔或脫硝塔再生過程中，通過兩塔或多塔并聯(lián)的方式完成多次活性半焦脫硫脫硝/再生循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的養(yǎng)殖微藻的方法，其特征在于所述微藻養(yǎng)殖器由熱電廠的發(fā)電余熱提供熱量來保持恒溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的養(yǎng)殖微藻的方法，其特征在于所述含油微藻為扁藻、三角褐指藻、新月菱形藻、金藻、角毛藻、異膠藻、塔胞藻或鹽藻中的一種或幾種。
專利摘要
一種利用燃煤電廠煙氣養(yǎng)殖微藻的方法，包括以下步驟首先將煙氣通入脫CO塔，使其中的微量CO與NO在活性半焦催化下生成CO2和N2；從脫CO塔出來的煙氣再進(jìn)入脫硫塔，利用煙氣中所含的O2將煙氣中SO2在活性半焦催化作用下氧化為SO3，并吸附在催化劑上；經(jīng)過脫硫塔后的煙氣進(jìn)入脫硝塔，利用煙氣中所含的O2在活性半焦催化下將煙氣中的NO氧化為NO2，并吸附在催化劑上；凈化后的煙氣通入微藻養(yǎng)殖器，通過含油微藻固定煙氣中的CO2，其后再通過煙氣-煙氣換熱器，最后通過煙囪將剩余煙氣排放。本發(fā)明將火電廠的煙氣作為微藻養(yǎng)殖的原料之一，獲得高質(zhì)量的含油微藻，作為制油的原料，既治理了環(huán)境，又生產(chǎn)了燃料，具有十分重大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C12N1/12GKCN102061261 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 201010566335
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2010年11月30日
發(fā)明者李春虎, 孟范平, 馮麗娟, 卞俊杰, 馬冬冬, 高健, 田義斌 申請(qǐng)人:中國海洋大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (8), 非專利引用 (5),