一种液相间接捕集矿化烟气中二氧化碳的系统装置及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及烟气二氧化碳捕集与利用技术领域，特别涉及一种液相间接捕集矿化 烟气中二氧化碳的系统装置及工艺。
【背景技术】
[0002] 大气中温室气体浓度升高引发的全球温室效应，造成冰山融化、海平面上升、物种 减少、全球各地多种气候灾害频发，带来严重经济损失并威胁人类生存。二氧化碳（co2)作 为最主要的温室气体其未来的总量控制和排放权分配已经成为国际气候谈判的重点。各国 政府和能源企业已经越来越重视co2排放控制技术的研宄，一些国家已经率先开始了实质 性的脱碳工作。随着我国碳排放量超过美国以及国际减排的呼声的加强，我国政府在2009 年对世界做出承诺到2020年单位GDP碳排放量降低40-45%。我国"富煤，少油，有气"的资 源格局决定了煤炭是我国能源供应的主体，我国一次能源中燃煤发电所占比例接近65%， 所以〇) 2排放主要来自燃煤电厂，约占总排放的40-50%。电厂二氧化碳捕集与封存技术必 然成为我国低碳发展战略中长期的技术需求。
[0003] co2矿化封存即将0)2与矿石或固体废弃物中的碱土金属在一定条件下反应生产 碳酸盐来实现固碳的技术。该技术可实现co2的永久封存，环境风险性小，可利用矿物资源 广，封存能力强，是一种非常有潜力的温室气体减排技术。
[0004] 2000年美国能源部资助Albany研宄中心开展为期5年的研宄课题开发出针对蛇 纹石（serpentine)和橄榄石（olivine)的热处理高温高压碳化技术。矿石热处理一般需要 600°C以上高温下去除75%以上的矿石水合羟基，热处理能耗高达273KWh/t矿石。且后续 的碳酸化反应在添加化学试剂（NaHCOjPNaCl)帮助添加下仍需155°C和155bar的条件， 反应需要3-6小时效率一般在70-90%左右。2002年芬兰政府资助Abo大学开展5年的针 对蛇纹石的C02矿化液相化学处理分步碳化工艺。对于矿石化学预处理工艺采用强酸（HC1， H2S04,HN03)酸浸方法析出钙镁铁等有效金属离子，再加强碱（NaOH)调高pH值在通0)2气 体的条件下实现碳酸化反应得到较纯的碳酸盐产物。此类工艺反应时间在2小时左右效率 在80-90%。但是由于所用化学试剂无法再生，此类工艺成本高达600-1600$/tC02。期间 还出现过使用无机化学试剂进行预处理的工艺，但是由于反应时间长（6小时达到65%效 率）且无机试剂带来严重环境污染问题目前已被舍弃。综上所述的C02矿化的工艺需要克 服以下难点：
[0005] 1)降低预处理和反应所需能耗，开发新的预处理工艺。如降低反应所需温度和压 力条件，使用更大粒径的矿石。由于矿石的特性，不同的矿石适用于不同的预处理技术，需 要区分对待。
[0006] 2)加快反应速率，缩短反应时间。把6个小时的反应时间降低到60mins。需要开 发具有更高矿石浸出率和强化碳酸效率的化学试剂。
[0007] 3)使用可再生的化学试剂，实现环境友好并降低成本。
[0008]国外主要研宄的适合作矿化原料的蛇纹石、橄榄石等矿石在我国常作为有工艺品 加工原料，导致原料价格高。这些都妨碍了co2矿化封存技术在我国的商业化进程。我国 燃煤电厂粉煤灰的年排放量已经达到1亿吨，有些粉煤灰氧化钙（CaO)含量较高（质量分 数可达20 %以上），非常适合用于矿化封存燃煤烟气中的C02。此外，还有大量电石、水泥和 钢铁企业所产的固体废弃物，也富含CaO,也可作为矿化的原料。所以，在我国可因地制宜选 用固体废弃物作为C02矿化封存的原料。
【发明内容】
[0009] 为了克服上述现有技术中无法有效分离原料中有价金属、连续生产困难、能耗和 成本高等缺点，本发明的目的在于提供一种液相间接捕集矿化烟气中二氧化碳的系统装置 及工艺，利用固体废弃物（粉煤灰、电石渣、钢渣、废旧水泥等）为原料，经预脱硅处理后配 成灰浆进入水力旋流器，水力旋流器将灰浆分成清液和浆液，清液通过循环泵进入吸收塔 吸收烟气中的co2，再回到水力旋流器，另一部分清液用进液泵引入清液反应釜进行碳酸化 反应生产高纯度的碳酸盐，浆液用进液泵引入浆液应釜进行碳酸化反应生产高碳酸盐含量 的灰浆，本发明工艺可将粉煤灰中的钙离子和铝离子从粉煤灰中分离出来，并利用粉煤灰 碱度和〇) 2在液体中的溶解性吸收C0 2，此外，使用水力旋流器建立吸收塔循环流程和两个 间歇式浆态床反应釜可实现连续生产，最后，本发明所需的温度和压力条件较国外矿石co2 矿化反应条件要低，反应时间要短，降低了过程的能耗，因此，利用本发明不仅能有效提高 粉煤灰的利用，而且能够降低电厂co2排放，是一种非常适合我国国情的新型温室气体减排 技术。
[0010] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0011] 一种液相间接捕集矿化烟气中二氧化碳的系统装置，设置于烟道的旁路上，包括 如下几个单元：
[0012] 碱法预处理单元，包括用于碱法脱硅的加热搅拌釜1，加热搅拌釜1连接有用于向 釜内添加粉煤灰的给料机17 ;
[0013] 粉煤灰0)2捕集单元，包括入口接烟道气的C02吸收塔4和与加热搅拌釜1出料管 线连接的水力旋流器2,在水力旋流器2中进行清液和灰浆的分离，位于水力旋流器2上方 的清液出口连接清液储罐3,位于水力旋流器2下方的灰浆出口连接灰浆储罐5,清液储罐3 的清液出口分为两路，一路接C02吸收塔4,出C0 2吸收塔4顶部的净烟气返回至烟道外排， 出C02吸收塔4底部的富碳清液回送至水力旋流器2 ;
[0014] 粉煤灰碳酸化单元，包括与清液储罐3的清液出口另一路连接的清液反应釜6和 与灰浆储罐5出口连接的灰浆反应釜7 ;
[0015] 分离和循环单元，包括接清液反应釜6出口进行固液分离的旋流分离器一8和接 灰浆反应釜7进行固液分离的旋流分离器二9,旋流分离器一8出口管路上设置有萃取装置 10。
[0016] 所述加热搅拌釜1的出料口与水力旋流器2之间的连接管路上设置有加料泵11， 所述C02吸收塔4的富碳清液出口与水力旋流器2之间的连接管路上设置有富液泵12,所 述清液储罐3出口的一路与C02吸收塔4的连接管路上设置有清液回流泵13,所述清液储 罐3出口的另一路与清液反应釜6的连接管路上设置有清液柱塞泵14,所述灰浆储罐5的 出口与灰浆反应釜7的连接管路上设置有灰浆柱塞泵15。
[0017] 所述旋流分离器一 8和旋流分离器二9的溶液出口均回接至加热搅拌釜1且在连 接管路上设置有溶液循环泵16。
[0018] 本发明还提供了一种液相间接捕集矿化烟气中二氧化碳的工艺，将粉煤灰经预脱 硅处理后配成灰浆并分离得到清液和浆液，一部分清液送入与烟道气相连接的C02吸收塔 吸收烟气中的C02，得到的富碳清液继续分离循环使用，脱碳烟气返回至烟道外排；另一部 分清液进行碳酸化反应生产高纯度碳酸盐，浆液进行碳酸化反应生产高碳酸盐含量的灰 浆。
[0019] 所述粉煤灰为电厂静电除尘器收集到的细灰，所述预脱硅处理采用碱法脱硅 工艺，采用浓度为2-8mol/L的NaOH或者Na2C03溶液按固液比150-500g/L将粉煤灰在 100-140°C下水热反应2-6小时。
[0020] 所述预脱硅处理后的灰浆在水力旋流器中分离，将粒度20微米以上的颗粒沉积， 所述co2吸收塔采用填料塔的形式，清液从上部喷入逆向与烟气接触，反应烟气和清液的体 积比为1: (10-120)，控制脱碳率在30-80 %。
[0021] 所述清液碳酸化反应在清液反应釜中进行，反应条件为：0. 5_3MPa，140-180°C，反 应30-90min，清液中的钙、镁离子生成碳酸盐，反应后的清液通过固液分离器进行分离，得 到纯度在90%以上的碳酸盐；
[0022] 所述浆液碳酸化反应在浆液反应釜中进行，反应条件为：0. 5_3MPa，140_180°C，反 应30-90min，清液中的钙、镁离子生成碳酸盐，反应后的浆液通过固液分离器进行分离，得 到富含碳酸盐的浓灰浆。
[0023] 所述分离后的高纯度碳酸盐利用萃取装置除渣，得到纯度在99%以上的碳酸盐。
[0024] 所述清液碳酸化反应和浆液碳酸化反应得到的滤液在水力旋流器中与电石渣反 应生成NaOH，并将得到的NaOH送往预脱硅处理环节循环利用。
[0025] 所述富碳清液的回流管路上设置一个水力旋流器，将偏铝酸钠同C02反应后生成 的A1 (0H)3沉淀分离出来，以实现铝离子的回收。
[0026] 本发明中，可以利用其它高钙废弃物例如钢渣、电石渣、废旧水泥等取代粉煤灰， 能够得到同样的技术效果。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0028] 1、通过间接法工艺将固体废弃物中的Ca，Mg，A1等有价金属回收。可生产高纯度 的碳酸盐产品。
[0029] 2、通过加入水力旋流器和吸收塔段，循环使用浆液，解决传统矿化中使用浆态床 反应釜，实现连续生产困难的问题。