本發(fā)明屬于碳封存，具體涉及一種利用固廢礦化煙氣中co2的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、co2礦化技術(shù)作為ccus（碳捕集、利用與封存）的重要技術(shù)之一，利用鈣鎂基礦物或固廢吸收co2形成碳酸鹽，是熱力學(xué)上有利的過程，該過程通過化學(xué)反應(yīng)可將co2安全封存，具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性小、能耗低、規(guī)模化可行性大的特點(diǎn)。同時(shí)，資源與能源利用過程伴生大量含鈣鎂的固體廢棄物，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，因此，將co2礦化和固廢結(jié)合起來，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)固廢與co2的協(xié)同減排，而且能夠生產(chǎn)碳酸鹽或建材等高值產(chǎn)品，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

2、在co2礦化過程中，受到動(dòng)力學(xué)傳質(zhì)等的限制，其在自然條件下是一個(gè)極其緩慢的過程，其中堿土金屬離子的析出和二氧化碳的擴(kuò)散速率等都對(duì)礦化反應(yīng)的速率有很大影響。在較低的礦化效率下，煙氣中的co2難以得到充分吸收，同時(shí)鈣鎂基礦物或固廢中的堿性物質(zhì)難以反應(yīng)完全，這使得礦化工藝存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、循環(huán)操作能耗高的問題，這也是限制固廢礦化co2工藝放大的主要原因。針對(duì)此問題，研究者們提出了間接礦化工藝，即先利用浸出劑浸出固廢中鈣鎂離子，然后將co2通入浸出液發(fā)生礦化反應(yīng)并生成碳酸鹽沉淀，但考慮到浸出劑的使用會(huì)導(dǎo)致成本增大、過程經(jīng)濟(jì)性下降，所以將固廢直接溶于水的方法逐漸被采用，然而，固廢中的堿性物質(zhì)難以完成浸出，礦化過程反應(yīng)效率慢，導(dǎo)致固廢經(jīng)過礦化處理后帶有一定的堿性，直接堆存仍然會(huì)帶來環(huán)境污染。

3、因此，急需開發(fā)出一種綠色、傳質(zhì)效率高及反應(yīng)效率高的co2礦化方法，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明公開了一種利用固廢礦化煙氣中co2的裝置及方法，以解決現(xiàn)有co2礦化技術(shù)中固廢漿液和co2之間的氣液傳質(zhì)速率和礦化反應(yīng)效率低的技術(shù)問題。

2、為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是，提供一種利用固廢礦化煙氣中co2的裝置，該裝置包括礦化反應(yīng)器，礦化反應(yīng)器頂部設(shè)置有噴射固廢漿液的碰嘴，底部設(shè)置有將煙氣以微氣泡形式通入礦化反應(yīng)器內(nèi)的微氣泡發(fā)生器，側(cè)壁設(shè)置有擋板；擋板位于所述礦化反應(yīng)器高度的0.7~0.8倍處；礦化反應(yīng)器的側(cè)壁下端設(shè)置有漿液出口；礦化反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置有溫度傳感器，外壁設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

3、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

4、進(jìn)一步，噴嘴和微氣泡發(fā)生器均不低于三個(gè)，等間距分布于礦化反應(yīng)器的中軸線上。

5、進(jìn)一步，擋板的長(zhǎng)度與礦化反應(yīng)器側(cè)壁的寬度相當(dāng)；擋板的寬度為礦化反應(yīng)器長(zhǎng)度的1/10~1/8。

6、進(jìn)一步，擋板向下傾斜設(shè)置于礦化反應(yīng)器的側(cè)壁上。

7、進(jìn)一步，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括對(duì)所述礦化反應(yīng)器的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的冷源和熱源。

8、本發(fā)明還公開了利用固廢礦化煙氣中co2的方法，該方法利用上述的裝置進(jìn)行，包括以下步驟：

9、s1：將固廢粉末和水混勻后得漿液；

10、s2：將漿液通過噴嘴以射流的方式通入礦化反應(yīng)器中，同時(shí)將含co2的煙氣通過微氣泡發(fā)生器以微氣泡的形式通入礦化反應(yīng)器中，控制礦化反應(yīng)器內(nèi)溫度為20~50℃，保溫反應(yīng)10~20min；

11、s3：礦化反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液從漿液出口排出，過濾干燥后得到碳酸鹽。

12、進(jìn)一步，固廢為煅燒后的磷尾礦，煅燒溫度為700~900℃，煅燒時(shí)間為1~4h。

13、進(jìn)一步，固廢粉末的粒徑＜300μm；固廢粉末和水的質(zhì)量比為1：10~20。

14、進(jìn)一步，漿液的ph≥10。

15、進(jìn)一步，步驟s2中射流速度為0.5~5m/s；微氣泡的直徑＜50μm；微氣泡進(jìn)入反應(yīng)器中的速度為0.2~0.5m/s；煙氣中co2的濃度為5~100wt%。

16、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效果為：漿液和微氣泡混合效果更加全面和均勻，并加速混合反應(yīng)過程的進(jìn)行，提高礦化效率。微氣泡的上升速度和微氣泡的直徑大小有關(guān)，微氣泡的直徑＜50μm時(shí)，其上升速度適當(dāng)，并能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，有利于提升礦化效率；當(dāng)微氣泡直徑＜50μm時(shí)，微氣泡表面帶負(fù)電荷，能增加與漿液中金屬離子的反應(yīng)效率，且能影響碳酸鹽產(chǎn)品的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而有利于得到粒徑小、高品質(zhì)的碳酸鹽產(chǎn)品。

17、本發(fā)明具有以下有益效果：

18、1、礦化反應(yīng)器頂部和底部設(shè)置微氣泡發(fā)生器和噴嘴，然后分別通過微氣泡和漿液射流兩種強(qiáng)化方法向礦化反應(yīng)器中通入co2和磷尾礦漿液；co2以微氣泡的形式存在能夠提供大量的氣液相界面積，微氣泡在上浮過程中會(huì)發(fā)生聚并等界面不穩(wěn)定現(xiàn)象，可以保留更長(zhǎng)的時(shí)間；漿液以射流的方式進(jìn)入礦化反應(yīng)器，能夠增加co2和漿液之間的湍動(dòng)混合程度，加快氣液相界面的更新頻率；在二者的共同作用下，增加微氣泡與磷尾礦漿液的氣液兩相的接觸面積和接觸時(shí)間，強(qiáng)化傳質(zhì)過程，使得煙氣中的co2能夠得到充分吸收和反應(yīng)，顯著提升磷尾礦漿液吸收-礦化co2的反應(yīng)效率，得到粒徑小、高品質(zhì)的碳酸鹽產(chǎn)品。

19、2、本發(fā)明中利用磷尾礦礦化co2的方法，其操作簡(jiǎn)單、礦化效率高，磷尾礦漿液的礦化效率在10min就能從20%增加至95%以上，礦化后得到碳酸氫鎂溶液和粒徑較小的碳酸鈣晶體，碳酸氫鎂溶液可以通過過濾分離，微細(xì)碳酸鈣晶體和其余固體可以通過旋流分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了磷尾礦中鈣鎂組分去除，尾礦中p2o5含量富集到2倍以上，可作為磷肥的原料。

技術(shù)特征：

1.一種利用固廢礦化煙氣中co2的裝置，其特征在于：包括礦化反應(yīng)器（1），所述礦化反應(yīng)器（1）頂部設(shè)置有噴射固廢漿液的碰嘴（2），底部設(shè)置有將煙氣以微氣泡形式通入礦化反應(yīng)器（1）內(nèi)的微氣泡發(fā)生器（4），側(cè)壁設(shè)置有擋板（3）；所述擋板（3）位于所述礦化反應(yīng)器（1）高度的0.7~0.8倍處；所述礦化反應(yīng)器（1）的側(cè)壁下端設(shè)置有漿液出口（5）；所述礦化反應(yīng)器（1）內(nèi)壁設(shè)置有溫度傳感器，外壁設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用固廢礦化煙氣中co2的裝置，其特征在于：所述噴嘴（2）和微氣泡發(fā)生器（4）均不低于三個(gè)，等間距分布于所述礦化反應(yīng)器（1）的中軸線上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用固廢礦化煙氣中co2的裝置，其特征在于：所述擋板（3）的長(zhǎng)度與所述礦化反應(yīng)器（1）側(cè)壁的寬度相當(dāng)；所述擋板（3）的寬度為所述礦化反應(yīng)器（1）長(zhǎng)度的1/10~1/8。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的利用固廢礦化煙氣中co2的裝置，其特征在于：所述擋板（3）向下傾斜設(shè)置于所述礦化反應(yīng)器（1）的側(cè)壁上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用固廢礦化煙氣中co2的裝置，其特征在于：所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括對(duì)所述礦化反應(yīng)器（1）的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的冷源和熱源。

6.一種利用固廢礦化煙氣中co2的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用固廢礦化煙氣中co2的方法，其特征在于：所述固廢為煅燒后的磷尾礦，煅燒溫度為700~900℃，煅燒時(shí)間為1~4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用固廢礦化煙氣中co2的方法，其特征在于：所述固廢粉末的粒徑＜300μm；固廢粉末和水的質(zhì)量比為1：10~20。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用固廢礦化煙氣中co2的方法，其特征在于：所述漿液的ph≥10。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用固廢礦化煙氣中co2的方法，其特征在于：步驟s2中射流速度為0.5~5m/s；微氣泡的直徑＜50μm；微氣泡進(jìn)入反應(yīng)器中的速度為0.2~0.5m/s；煙氣中co2的濃度為5~100wt%。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用固廢礦化煙氣中CO<subgt;2</subgt;的裝置及方法，屬于碳封存技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明中礦化反應(yīng)器設(shè)置有噴嘴和微氣泡發(fā)生器，固廢漿液通過噴嘴以射流的形式進(jìn)入礦化反應(yīng)器中，煙氣通過微氣泡發(fā)生器以微氣泡的形式進(jìn)入礦化反應(yīng)器中；微氣泡能保留更長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)提供大量的氣液相界面積，漿液以射流的方式能夠增加氣液的湍動(dòng)混合程度，加快氣液相界面的更新頻率，在兩者共同作用下，煙氣中的CO<subgt;2</subgt;能被充分吸收和反應(yīng)，礦化效率顯著提高，并且所得到的碳酸鹽產(chǎn)品的粒徑小、品質(zhì)高。

技術(shù)研發(fā)人員：岳海榮,王超,宋磊,秦治峰,周昶安,馬奎,鐘山,梁斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9