专利名称：一种固碳减排方法
技术领域：
本发明涉及环保技术领域，特别是涉及一种对生产过程中排放的二氧化碳进行回收利用从而减少其排放的固碳减排新方法。
背景技术：
二氧化碳是引起全球气候变化的最主要的温室气体之一，减少二氧化碳的排放将可以减缓温室效应、放慢气候变暖的步伐，这对人类的生存具有重大意义，控制温室气体排放、减缓气候变化已成为我国实施可持续发展战略的重要组成部分。二氧化碳排放源分布广泛，涉及到工业、交通、建筑、农业和管理等各个领域，由于各二氧化碳排放源不同，很难用单一的方法分离回收。传统分离和回收二氧化碳的技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法和深冷法等。但不论采用哪种二氧化碳分离方法，分离过程的能耗都很高，这不仅意味着额外增加了单位发电量或产品的二氧化碳排放量，而且大幅降低了能源系统效率。如吸附法中包含了一个解吸过程，需要依靠压力或温度的改变将二氧化碳与吸附剂分离，压力变化或温度变化不可避免地带来大量的能量损失。而膜分离技术的难点在于受到膜材料的限制，导致膜成本较高，致使该方法目前不能大规模推广使用。二氧化碳被分离后，需要存储起来，才能达到与大气隔离的目的。由于二氧化碳量巨大，每年达百亿吨，如此大量的二氧化碳安全存储，也是二氧化碳减排的难点之一。2003 年，全球二氧化碳的排放总量约为237亿吨，对如此大量的二氧化碳进行捕获和封存是一件非常困难的事。二氧化碳的储存技术主要有深海储存等多种形式，但目前许多研究工作才刚刚开始，二氧化碳的储存技术有可能产生的一些新问题尚有待深入研究。CO2减排可分为两大类即源头减排和下游减排。源头减排包括①调整经济结构、 能源结构、产品结构。建立低能耗、低排放的企业，对高能耗工业进行改造，用高新技术提升传统产业，发展附加价值高的低能耗新兴产业等；②推广节能技术，提高能源利用效率；③ 大力发展可再生能源、先进核电技术、高效的煤洁净利用技术、天然气发电技术、多联产技术等；④改变人们生活方式。下游减排是指将不得已排放的(X)2分离回收、封存和再利用。 而发展低耗能、利用可再生能源、低碳能源的减排技术将兼顾源头减排和下游减排，2种减排并举，将是未来理想的减排方略。但这些减排方法的缺点一是耗能大，二是不直接产生经济效益。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种操作条件温和、投资费用和生产费用少且能直接产生经济效益，更加适合于在国内外推广应用的一种新的固碳减排方法。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案本发明公开了一种固碳减排方法，所述方法包括，A、将排放的二氧化碳经吸收塔吸收；B、将固碳原料与铵盐共同煅烧，反应生成氨气及盐类固体产物，所述固碳原料含有能与碳酸根形成沉淀的金属元素；C、将步骤B生成的氨气通入吸收塔与二氧化碳反应，并加水得到碳铵溶液；D、将步骤B的盐类固体产物置于水中浸取；E、将步骤C的碳铵溶液通入步骤D浸取得到的液体中反应生成碳酸盐。在本发明优选的实施方式中，步骤B的固碳原料与铵盐共同煅烧是在催化剂条件下进行，且催化剂为表面负载有金属铁和镍的纳米材料。进一步优选的，所述催化剂为表面负载有金属铁和镍的纳米活性炭或丝光沸石，所述催化剂的加入量为固碳原料中的金属元素重量含量的千分之0. 1-0.7。在本发明进一步优选的实施方式中，步骤B的固碳原料在煅烧之前进行超细处理为粒度不低于12000目的亚微米量级。其中，优选在固碳原料超细处理前加入催化剂。优选的，所述步骤B中，煅烧温度为300°C -650°C，煅烧时间为20-60分钟。铵盐优选为氯化铵或硫酸铵。步骤C优选是将步骤B生成的氨气和水以喷雾方式混合并同时通入吸收塔与二氧化碳在碳化塔逆流接触反应，生成碳酸氢铵溶液。所述步骤D中，将步骤B的固体产物置于水中浸取，优选水量为固体产物重量的 3-6倍，且边搅拌边浸取，浸取时间为5-15分钟。所述步骤E优选进一步包括，将反应得到的产物固液分离，液体经蒸发浓缩后作为铵盐循环用于步骤B。步骤B中，固碳原料可以为赤铁矿、软锰矿或硬锰矿中的至少一种。由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于本发明的固碳减排方法，原料简单、取材范围广且价格低廉、容易获得，投资费用和生产费用少，操作条件温和，反应物之一的铵盐可以循环利用，极大地降低了固碳成本， 固碳后的产品可再利用，能够直接产生经济效益，易于推广应用。本发明经超细处理的优化方案更具有固碳率高、固碳后产品具高附加值的特点，具有很高的应用前景。
具体实施例方式本发明涉及对生产过程中排放的二氧化碳的进行回收利用，并将二氧化碳和其他原料经反应成为一种有利用价值的工业原料的方法。本发明的固碳方法操作条件温和、投资费用和生产费用少、固碳率高、且固碳后的产品具有高附加值，能够直接产生经济效益，更加适合于在国内外推广应用。对于本发明的固碳减排方法来说，主要包括有以下步骤(1)将工厂生产过程中排放的二氧化碳通过吸收塔吸收；(2)将固碳用的原料通过纳米催化反应得到相应的盐类和氨气；(3)将所述的氨气通入二氧化碳吸收塔与二氧化碳反应生成碳铵；(4)将所述盐类加水制成矿浆，进行固液分离，留下液体，液体通入碳铵。所述工厂排放的二氧化碳，例如水泥厂、钢铁厂等通过二氧化碳吸收塔吸收之后储存备用。选择合适的固碳原料加入纳米催化剂和反应剂通过回转窑煅烧。合适的固碳原料是指含有能与碳酸根形成沉淀的金属元素的原料，比如可以选择一些低品位的矿物，如低品位赤铁矿、软锰矿、硬锰矿等。纳米催化剂包括表面负载有金属镍和铁的纳米材料，比如活性炭或丝光沸石等。其中在纳米载体表面处理负载上金属镍和铁的过程可以采用本领域技术人员所熟知的制备此类催化剂的常用方法，比如，将活性炭或丝光沸石用旋流磨机进行纳米化处理后，投入含铁、镍离子的溶液中搅拌使充分吸附铁、镍离子，然后过滤出固体物，并在真空及还原剂比如氢气存在的条件下进行还原煅烧，冷却后取出密闭保存备用即可。纳米催化剂的使用量根据固碳原料中的金属元素的含量来决定，一般是按金属元素重量含量的千分之0.1-0. 7原则加入。反应剂为铵盐，例如氯化铵、硫酸铵等。煅烧温度 3000C -6500C，时间20分钟-60分钟。煅烧温度取决于煅烧高温固相反应进行的难易程度， 其中，赤铁矿的煅烧温度优选为550°C _650°C，软锰矿煅烧温度优选为400°C -500°C，硬锰矿的煅烧温度优选为300°C -350°C。对同一种固碳原料，在同等温度下，煅烧时间越长则反应越彻底；在同等煅烧时间下，温度越高则反应越彻底。煅烧完成后，将煅烧的固体产物放入浸取池，浸取池中事先加入水，水量为固体产物重量的3-6倍，一边搅拌一边浸取，时间控制在5分钟-15分钟，之后利用压滤机或离心机将固液分离，液体进入下一道反应。煅烧过程中铵盐发生分解产生氨气，氨气和水以喷雾方式混合并同时通入吸收塔与二氧化碳在碳化塔逆流接触反应，生成碳酸氢铵溶液。将此饱和的碳铵溶液和上述固液分离后的液体在混合槽中反应，得到沉淀，再次进行固液分离，固体即为固碳后的碳酸盐最终产物，液体通过浓缩结晶，重新回到煅烧工序中，如此反复循环，不断将二氧化碳固定为碳酸盐。而固定得到的碳酸盐可以作为工业产品利用，具有较高的经济价值。上述过程中，优选将固碳用的原料首先通过磨机超细处理成粒度为亚微米量级的矿浆。比如原料优选投入超细度旋流态磨机中进行超细处理成粒度为亚微米量级即粒度不低于12000目的矿浆。进入超细度旋流态磨机中的矿浆，由于在水平方向上距离轴心的半径不等，因而线速度不同，且具有多个线速度，因此在水平方向的旋转是一个变速过程，在超细度旋流态磨机同一内筒的不同区段所受到的剪切、挤压、碰撞，显著提高了磨矿效率， 矿物内部微裂纹崩解被超细处理成粒度为亚微米量级的颗粒，反应活性大大提高。上述超细处理成粒度为亚微米量级的矿浆的步骤也可以在超细度振动磨或超细度搅拌磨中进行，但细度难以满足要求，且成本太高。所述矿浆的投入是采用泵输送方式。在本发明优选的实施方式中，先在固碳用的原料中加入一定量的纳米催化剂，然后再进行超细处理制浆，从而在整个超细处理过程中，可以使催化剂和原料颗粒在动态过程中充分接触混合均勻，而且由于比表面积大，所以后续煅烧反应十分充分，反应时间大大缩短，固碳率大大提高。下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。实施例1这种固碳的方法是先将广西软锰矿贫矿，含锰16%、含铁13%，100公斤，用锤式粉碎机粉碎至毫米级，然后用球磨磨至150目，加水制成固含量为35 %的矿浆，同时加入锰、铁元素重量含量之和(16% +13%=，100kgM9%= 29kg)0.01%的纳米活性炭铁镍催化剂，然后将所述矿浆投入深圳伟雄机械设备有限公司出品的WXl型超细度旋流态磨机中用30分钟时间超细处理成粒度为亚微米量级的矿浆，然后通过离心机进行固液分离， 在固体中加入40公斤硫酸铵，混合均勻，然后进入回转炉中进行煅烧，温度为400°C保温20分钟，将煅烧后的产物放入浸取池，浸取池中已经加入450公斤水，用高速搅拌机搅拌液体，10分钟后，将浆体用离心机固液分离，液体放入反应槽备用。上述煅烧产生的氨气，通入事先备好的二氧化碳吸收塔中，反应得到碳铵。将碳铵通入上述反应槽中，反应得到碳酸锰沉淀和硫酸铵溶液，再用离心机进行固液分离，固体即为固碳后的碳酸盐产物一碳酸锰，液体经蒸发浓缩后循环使用。经过检测，碳酸锰的折干重量为39. 7公斤，锰的品位为37%、铁2. 3%，属于高品位碳酸锰，价值近3500元/吨。反应固碳率高达91.8%。实施例2发明人还做了如下对比试验直接将广西软锰矿贫矿，含锰16%、含铁13%，100公斤，用锤式粉碎机粉碎至毫米级，然后用球磨磨至150目，并加入锰、铁元素含量之和(16% +13%= 29%,100kg*29% =29kg)0. 01%的纳米活性炭铁镍催化剂，然后加入40公斤硫酸铵，混合均勻，然后进入回转炉中进行煅烧，温度为500°C保温60分钟，将煅烧后的产物放入浸取池，浸取池中已经加入450公斤水。其余步骤同实施例1，最终得到碳酸锰的折干重量7公斤，经过检测，品位为观％，反应固碳率为12. 3%。实施例3发明人还做了如下对比试验直接将广西软锰矿贫矿，含锰16%、含铁13%，100公斤，用锤式粉碎机粉碎至毫米级，然后用球磨磨至150目，没有加入纳米活性炭铁镍催化剂，然后加入40公斤硫酸铵， 混合均勻，然后进入回转炉中进行煅烧，温度为500°C保温60分钟，将煅烧后的产物放入浸取池，浸取池中已经加入450公斤水。其余步骤同实施例1，最终得到碳酸锰的折干重量 0.31公斤，经过检测，品位为6%，反应固碳率为0. 47%。实施例4发明人还做了如下对比试验先将广西软锰矿贫矿，含锰16%、含铁13%，100公斤，用锤式粉碎机粉碎至毫米级，然后用球磨磨至150目，加水制成固含量为35%的矿浆，没有纳米活性炭铁镍催化剂， 然后进行超细处理，其余步骤同实施例1，最终得到碳酸锰的折干重量1. 1公斤，经过检测， 品位为22.4%，反应固碳率为1.5%。从上述实施例可以看出，纳米催化剂是整个反应优化的关键，而超细处理可以在此基础上大幅度提高反应固碳率。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种固碳减排方法，所述方法包括，A、将排放的二氧化碳经吸收塔吸收；B、将固碳原料与铵盐共同煅烧，反应生成氨气及盐类固体产物，所述固碳原料含有能与碳酸根形成沉淀的金属元素；C、将步骤B生成的氨气通入吸收塔与二氧化碳反应，并加水得到碳铵溶液；D、将步骤B的盐类固体产物置于水中浸取；E、将步骤C的碳铵溶液通入步骤D浸取得到的液体中反应生成碳酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤B中，固碳原料与铵盐共同煅烧是在催化剂条件下进行，所述催化剂为表面负载有金属铁和镍的纳米材料。
3.根据权利要求2所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述催化剂为表面负载有金属铁和镍的纳米活性炭或丝光沸石，所述催化剂的加入量为固碳原料中的金属元素重量含量的千分之0. 1-0.7。
4.根据权利要求1 3任意一项所述一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤B中， 固碳原料在煅烧之前进行超细处理为粒度不低于12000目的亚微米量级。
5.根据权利要求4所述的一种固碳减排方法，其特征在于在固碳原料超细处理前加入催化剂。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤B中， 煅烧温度为300°C _650°C，煅烧时间为20-60分钟。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤B中， 铵盐为氯化铵或硫酸铵。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤D中， 将步骤B的固体产物置于水中浸取，水量为固体产物重量的3-6倍，且边搅拌边浸取，浸取时间为5-15分钟。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤E中进一步包括，将反应得到的产物固液分离，液体经蒸发浓缩后作为铵盐循环用于步骤B。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种固碳减排方法，其特征在于所述步骤B 中，固碳原料为赤铁矿、软锰矿或硬锰矿中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种固碳减排方法，包括将固碳原料与铵盐煅烧生成氨气及盐类固体产物，其中氨气与二氧化碳反应得到碳铵溶液，盐类固体产物置于水中浸取，并使浸取液与上述碳铵溶液反应生成碳酸盐。本发明的固碳减排方法，原料简单、取材范围广且价格低廉、容易获得，投资费用和生产费用少，操作条件温和，固碳后的产品可再利用，能够直接产生经济效益。
文档编号C01B31/24GK102240501SQ20101017142
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者毕舒 申请人:华南理工大学