面向海水淡化的烟道气脱硫固碳与海水脱钙的耦合及系统优化研究

One of the important strategic approaches of land-freshwater crisis is to develop seawater desalination technology. Based on the sustainable development theory, this project is to carry out the basic theory and new methods for seawater decalcification using flue gas as precipitator to solve the calcium scale problems in desalination, which combines the seawater decalcification with flue gas desulfurization and decarbonization. On the basic of further understanding of the absorption and reaction between the three-phase flow of gas-liquid-solid, sulfur dioxide in the flue gas is removed by seawater desulfurization method without aeration process. Then the carbon dioxide in the desulfurized flue gas reacts with calcium ion in seawater selectively and precipitation reaction occurs. Therefore, calcium ions in seawater are removed, meanwhile, desulfurization and decarbonization of flue gas are achieved. A new absorption tower is used to combine the flue gas desulfurization and decarbonization with seawater decalcification, then the system optimization is carried out to optimize the coupling process by software. Then the coupling and system optimization are realized, which provide theoretical basis and technical reference for high-yield, low-power desalination technology. The project not only can provide a new "green" methods for seawater desalination pretreatment to solve the calcium scale problems in seawater desalination , but also realize the recovery of sulfur and carbon from the flue gas, which points out a new way in solving our water crisis and air pollution problems.

海水淡化是解决陆地淡水危机的战略途径，而钙垢是当前困扰海水淡化的关键问题。本项目基于可持续发展理论，在围绕利用烟道气脱除海水中钙进行相关理论分析的基础上，提出烟道气海水脱硫、固碳与海水脱钙相耦合的新方法。 首先通过气液固三相流间吸收、反应机理的研究，实现以海水为吸收剂脱除烟道气中的二氧化硫，脱硫烟道气和海水中的二氧化碳与海水中的钙离子发生选择性沉淀反应，从而达到脱硫、脱钙、固碳三重目的，并简化了传统海水脱硫工艺流程。然后利用自主开发的新型吸收塔，对烟道气脱硫、固碳和海水脱钙耦合过程进行实验研究，并通过软件模拟计算进行系统优化，以期为高收率、低能耗海水淡化提供理论基础和技术参考。 本项目不仅可以解决海水淡化过程中的钙垢问题，为海水淡化的预处理提供新的"绿色"的方法，而且还能从烟道气中回收硫和碳，从而为解决日益严重的水危机和空气污染问题开辟一条新的途径。

近年来，淡水资源短缺已成为世界性的问题。海水淡化是解决陆地淡水危机的战略途径，而钙垢是当前困扰海水淡化的关键问题。众所周知，二氧化碳是主要的温室气体。同样，未经处理的烟道气引发的雾霾已成为中国热点聚焦之一。2015年由环保部编制的《国家环境保护“十三五”规划基本思路》里，也再次提出继续实施全国二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量、氨氮排放总量控制，进一步完善总量控制指标体系。毋庸置疑，采取手段脱除海水中的钙离子以及烟道气的碳硫进行控制意义重大。.本项目所研究的技术正是实现了烟气固碳脱硫和海水脱钙的耦合。也就是利用烟道气中的二氧化碳作为沉淀剂，加以碱源，使二氧化碳与海水中的钙离子反应生成碳酸钙析出，同时利用溶液的碱性中和烟道气中的二氧化硫，达到烟道气固碳脱硫海水脱钙的目的。本研究是在前期氢氧化钠作为碱源的烟道气海水脱钙工艺的基础上，开发出新型立体连续传质液体并流塔板（CTSTCF)，并测试塔器性能和脱钙效果，设计模拟装置，针对此过程建立了计算模型，对脱钙过程进行了模拟计算，初始用Aspen模拟软件中的RCSTR模块进行计算的结果显示模拟后脱钙率比实际实验值偏低，经改进，使用多级反应器的串联计算，计算结果与实验结果相近，即脱钙率达到80%左右，镁离子几乎不掺杂。并探究其机理，进一步对以氢氧化镁、氧化镁等为代表碱源烟道气海水脱钙效果展开冷模实验研究。考查了海水中碳酸钙的溶解性能和结晶规律，以及二氧化硫在脱钙后体系中的溶解平衡。最后利用小型实验设备实现了烟道气脱硫、固碳和海水脱钙耦合过程。结果显示，海水中钙脱除率大于80%，烟道气中SO2脱除率大于95%；CO2利用率大于30%。本项目不仅可以解决海水淡化过程中的钙垢问题，为海水淡化的预处理提供新的"绿色"的方法，利于海水的后续利用，而且还能从烟道气中回收硫和碳，符合当前低碳生活和减排的理念，减少了环境污染。从而为解决日益严重的水危机和空气污染问题开辟一条新的途径。