一種液相間接捕集礦化煙氣中二氧化碳的系統(tǒng)裝置及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煙氣二氧化碳捕集與利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液相間接捕集礦化 煙氣中二氧化碳的系統(tǒng)裝置及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣中溫室氣體濃度升高引發(fā)的全球溫室效應(yīng)，造成冰山融化、海平面上升、物種 減少、全球各地多種氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失并威脅人類生存。二氧化碳（co2)作 為最主要的溫室氣體其未來(lái)的總量控制和排放權(quán)分配已經(jīng)成為國(guó)際氣候談判的重點(diǎn)。各國(guó) 政府和能源企業(yè)已經(jīng)越來(lái)越重視co2排放控制技術(shù)的研宄，一些國(guó)家已經(jīng)率先開(kāi)始了實(shí)質(zhì) 性的脫碳工作。隨著我國(guó)碳排放量超過(guò)美國(guó)以及國(guó)際減排的呼聲的加強(qiáng)，我國(guó)政府在2009 年對(duì)世界做出承諾到2020年單位GDP碳排放量降低40-45%。我國(guó)"富煤，少油，有氣"的資 源格局決定了煤炭是我國(guó)能源供應(yīng)的主體，我國(guó)一次能源中燃煤發(fā)電所占比例接近65%， 所以〇) 2排放主要來(lái)自燃煤電廠，約占總排放的40-50%。電廠二氧化碳捕集與封存技術(shù)必 然成為我國(guó)低碳發(fā)展戰(zhàn)略中長(zhǎng)期的技術(shù)需求。
[0003] co2礦化封存即將0)2與礦石或固體廢棄物中的堿土金屬在一定條件下反應(yīng)生產(chǎn) 碳酸鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)固碳的技術(shù)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)co2的永久封存，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性小，可利用礦物資源 廣，封存能力強(qiáng)，是一種非常有潛力的溫室氣體減排技術(shù)。
[0004] 2000年美國(guó)能源部資助Albany研宄中心開(kāi)展為期5年的研宄課題開(kāi)發(fā)出針對(duì)蛇 紋石（serpentine)和橄欖石（olivine)的熱處理高溫高壓碳化技術(shù)。礦石熱處理一般需要 600°C以上高溫下去除75%以上的礦石水合羥基，熱處理能耗高達(dá)273KWh/t礦石。且后續(xù) 的碳酸化反應(yīng)在添加化學(xué)試劑（NaHCOjPNaCl)幫助添加下仍需155°C和155bar的條件， 反應(yīng)需要3-6小時(shí)效率一般在70-90%左右。2002年芬蘭政府資助Abo大學(xué)開(kāi)展5年的針 對(duì)蛇紋石的C02礦化液相化學(xué)處理分步碳化工藝。對(duì)于礦石化學(xué)預(yù)處理工藝采用強(qiáng)酸（HC1， H2S04,HN03)酸浸方法析出鈣鎂鐵等有效金屬離子，再加強(qiáng)堿（NaOH)調(diào)高pH值在通0)2氣 體的條件下實(shí)現(xiàn)碳酸化反應(yīng)得到較純的碳酸鹽產(chǎn)物。此類工藝反應(yīng)時(shí)間在2小時(shí)左右效率 在80-90%。但是由于所用化學(xué)試劑無(wú)法再生，此類工藝成本高達(dá)600-1600$/tC02。期間 還出現(xiàn)過(guò)使用無(wú)機(jī)化學(xué)試劑進(jìn)行預(yù)處理的工藝，但是由于反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)（6小時(shí)達(dá)到65%效 率）且無(wú)機(jī)試劑帶來(lái)嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題目前已被舍棄。綜上所述的C02礦化的工藝需要克 服以下難點(diǎn)：
[0005] 1)降低預(yù)處理和反應(yīng)所需能耗，開(kāi)發(fā)新的預(yù)處理工藝。如降低反應(yīng)所需溫度和壓 力條件，使用更大粒徑的礦石。由于礦石的特性，不同的礦石適用于不同的預(yù)處理技術(shù)，需 要區(qū)分對(duì)待。
[0006] 2)加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間。把6個(gè)小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間降低到60mins。需要開(kāi) 發(fā)具有更高礦石浸出率和強(qiáng)化碳酸效率的化學(xué)試劑。
[0007] 3)使用可再生的化學(xué)試劑，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好并降低成本。
[0008]國(guó)外主要研宄的適合作礦化原料的蛇紋石、橄欖石等礦石在我國(guó)常作為有工藝品 加工原料，導(dǎo)致原料價(jià)格高。這些都妨礙了co2礦化封存技術(shù)在我國(guó)的商業(yè)化進(jìn)程。我國(guó) 燃煤電廠粉煤灰的年排放量已經(jīng)達(dá)到1億噸，有些粉煤灰氧化鈣（CaO)含量較高（質(zhì)量分 數(shù)可達(dá)20 %以上），非常適合用于礦化封存燃煤煙氣中的C02。此外，還有大量電石、水泥和 鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)的固體廢棄物，也富含CaO,也可作為礦化的原料。所以，在我國(guó)可因地制宜選 用固體廢棄物作為C02礦化封存的原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法有效分離原料中有價(jià)金屬、連續(xù)生產(chǎn)困難、能耗和 成本高等缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種液相間接捕集礦化煙氣中二氧化碳的系統(tǒng)裝置 及工藝，利用固體廢棄物（粉煤灰、電石渣、鋼渣、廢舊水泥等）為原料，經(jīng)預(yù)脫硅處理后配 成灰漿進(jìn)入水力旋流器，水力旋流器將灰漿分成清液和漿液，清液通過(guò)循環(huán)泵進(jìn)入吸收塔 吸收煙氣中的co2，再回到水力旋流器，另一部分清液用進(jìn)液泵引入清液反應(yīng)釜進(jìn)行碳酸化 反應(yīng)生產(chǎn)高純度的碳酸鹽，漿液用進(jìn)液泵引入漿液應(yīng)釜進(jìn)行碳酸化反應(yīng)生產(chǎn)高碳酸鹽含量 的灰漿，本發(fā)明工藝可將粉煤灰中的鈣離子和鋁離子從粉煤灰中分離出來(lái)，并利用粉煤灰 堿度和〇) 2在液體中的溶解性吸收C0 2，此外，使用水力旋流器建立吸收塔循環(huán)流程和兩個(gè) 間歇式漿態(tài)床反應(yīng)釜可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，最后，本發(fā)明所需的溫度和壓力條件較國(guó)外礦石co2 礦化反應(yīng)條件要低，反應(yīng)時(shí)間要短，降低了過(guò)程的能耗，因此，利用本發(fā)明不僅能有效提高 粉煤灰的利用，而且能夠降低電廠co2排放，是一種非常適合我國(guó)國(guó)情的新型溫室氣體減排 技術(shù)。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0011] 一種液相間接捕集礦化煙氣中二氧化碳的系統(tǒng)裝置，設(shè)置于煙道的旁路上，包括 如下幾個(gè)單元：
[0012] 堿法預(yù)處理單元，包括用于堿法脫硅的加熱攪拌釜1，加熱攪拌釜1連接有用于向 釜內(nèi)添加粉煤灰的給料機(jī)17 ;
[0013] 粉煤灰0)2捕集單元，包括入口接煙道氣的C02吸收塔4和與加熱攪拌釜1出料管 線連接的水力旋流器2,在水力旋流器2中進(jìn)行清液和灰漿的分離，位于水力旋流器2上方 的清液出口連接清液儲(chǔ)罐3,位于水力旋流器2下方的灰漿出口連接灰漿儲(chǔ)罐5,清液儲(chǔ)罐3 的清液出口分為兩路，一路接C02吸收塔4,出C0 2吸收塔4頂部的凈煙氣返回至煙道外排， 出C02吸收塔4底部的富碳清液回送至水力旋流器2 ;
[0014] 粉煤灰碳酸化單元，包括與清液儲(chǔ)罐3的清液出口另一路連接的清液反應(yīng)釜6和 與灰漿儲(chǔ)罐5出口連接的灰漿反應(yīng)釜7 ;
[0015] 分離和循環(huán)單元，包括接清液反應(yīng)釜6出口進(jìn)行固液分離的旋流分離器一8和接 灰漿反應(yīng)釜7進(jìn)行固液分離的旋流分離器二9,旋流分離器一8出口管路上設(shè)置有萃取裝置 10。
[0016] 所述加熱攪拌釜1的出料口與水力旋流器2之間的連接管路上設(shè)置有加料泵11， 所述C02吸收塔4的富碳清液出口與水力旋流器2之間的連接管路上設(shè)置有富液泵12,所 述清液儲(chǔ)罐3出口的一路與C02吸收塔4的連接管路上設(shè)置有清液回流泵13,所述清液儲(chǔ) 罐3出口的另一路與清液反應(yīng)釜6的連接管路上設(shè)置有清液柱塞泵14,所述灰漿儲(chǔ)罐5的 出口與灰漿反應(yīng)釜7的連接管路上設(shè)置有灰漿柱塞泵15。
[0017] 所述旋流分離器一 8和旋流分離器二9的溶液出口均回接至加熱攪拌釜1且在連 接管路上設(shè)置有溶液循環(huán)泵16。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種液相間接捕集礦化煙氣中二氧化碳的工藝，將粉煤灰經(jīng)預(yù)脫 硅處理后配成灰漿并分離得到清液和漿液，一部分清液送入與煙道氣相連接的C02吸收塔 吸收煙氣中的C02，得到的富碳清液繼續(xù)分離循環(huán)使用，脫碳煙氣返回至煙道外排；另一部 分清液進(jìn)行碳酸化反應(yīng)生產(chǎn)高純度碳酸鹽，漿液進(jìn)行碳酸化反應(yīng)生產(chǎn)高碳酸鹽含量的灰 漿。
[0019] 所述粉煤灰為電廠靜電除塵器收集到的細(xì)灰，所述預(yù)脫硅處理采用堿法脫硅 工藝，采用濃度為2-8mol/L的NaOH或者Na2C03溶液按固液比150-500g/L將粉煤灰在 100-140°C下水熱反應(yīng)2-6小時(shí)。
[0020] 所述預(yù)脫硅處理后的灰漿在水力旋流器中分離，將粒度20微米以上的顆粒沉積， 所述co2吸收塔采用填料塔的形式，清液從上部噴入逆向與煙氣接觸，反應(yīng)煙氣和清液的體 積比為1: (10-120)，控制脫碳率在30-80 %。
[0021] 所述清液碳酸化反應(yīng)在清液反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)條件為：0. 5_3MPa，140-180°C，反 應(yīng)30-90min，清液中的鈣、鎂離子生成碳酸鹽，反應(yīng)后的清液通過(guò)固液分離器進(jìn)行分離，得 到純度在90%以上的碳酸鹽；
[0022] 所述漿液碳酸化反應(yīng)在漿液反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)條件為：0. 5_3MPa，140_180°C，反 應(yīng)30-90min，清液中的鈣、鎂離子生成碳酸鹽，反應(yīng)后的漿液通過(guò)固液分離器進(jìn)行分離，得 到富含碳酸鹽的濃灰漿。
[0023] 所述分離后的高純度碳酸鹽利用萃取裝置除渣，得到純度在99%以上的碳酸鹽。
[0024] 所述清液碳酸化反應(yīng)和漿液碳酸化反應(yīng)得到的濾液在水力旋流器中與電石渣反 應(yīng)生成NaOH，并將得到的NaOH送往預(yù)脫硅處理環(huán)節(jié)循環(huán)利用。
[0025] 所述富碳清液的回流管路上設(shè)置一個(gè)水力旋流器，將偏鋁酸鈉同C02反應(yīng)后生成 的A1 (0H)3沉淀分離出來(lái)，以實(shí)現(xiàn)鋁離子的回收。
[0026] 本發(fā)明中，可以利用其它高鈣廢棄物例如鋼渣、電石渣、廢舊水泥等取代粉煤灰， 能夠得到同樣的技術(shù)效果。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 1、通過(guò)間接法工藝將固體廢棄物中的Ca，Mg，A1等有價(jià)金屬回收?？缮a(chǎn)高純度 的碳酸鹽產(chǎn)品。
[0029] 2、通過(guò)加入水力旋流器和吸收塔段，循環(huán)使用漿液，解決傳統(tǒng)礦化中使用漿態(tài)床 反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)困難的問(wèn)題。