CN102786236A - 一种实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备及方法，设备包括破碎机及振动筛分机，振动筛分机经上料皮带连接计量装置，计量装置与密闭煅烧炉相连；密闭煅烧炉分别与冷却器和石灰储存仓相连，冷却器与除尘净化装置连通，除尘净化装置依次连接压缩机、冷凝器后与CO2储罐相连通。方法包括：将石灰石破碎筛分，经上料皮带输送至计量装置；计量后石灰石输送至密闭煅烧炉内石灰煅烧；分解成的CaO输送至石灰储存仓；分解生成的高浓度CO2经冷却、除尘处理后，再经压缩、冷凝转化为液态CO2，并最终储（封）存起来。本发明对石灰石煅烧生产石灰过程中产生的大量CO2进行捕集，既可减少大量温室气体的排放，又可回收二氧化碳产品，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集的设备及方法，具体涉及一种隔绝空气煅烧实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备及方法。
背景技术
石灰，又称生石灰，主要成分为氧化钙，是一种在建筑、化工、电石、冶金等行业广泛使用的原材料。石灰的生产过程为吸热反应，是将石灰石在高温下煅烧，使石灰石中的主要成分碳酸钙发生分解，并排除分解出的二氧化碳，其原理如下：
从式（1）中可以看出，石灰的生产过程必然伴随着大量二氧化碳气体的排放，产出比例大致为石灰（54）：二氧化碳（43）。以我国目前年产石灰量3亿吨估算，在煅烧石灰石生产石灰过程中，二氧化碳的年产量大约为2.38亿吨左右。二氧化碳是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献率高达55%，由于二氧化碳等温室气体排放所引起的气候变化已成为全世界关注的焦点问题。与此同时，二氧化碳又是一种具有较多用途的工业原材料，在食品加工保鲜、饮料、化肥、防火、石油开采等行业中应用广泛。对石灰石煅烧生产石灰过程中产生的大量二氧化碳进行捕集，既可以减少大量温室气体的排放，又可回收有经济价值的二氧化碳产品，具有非常重要的意义。
现有的石灰窑主要为回转窑、普通竖窑或双膛竖窑等，石灰石和燃料（气体燃料经管道和燃烧器送入）装入到石灰窑内，石灰石经预热后到850℃开始分解，到1200℃完成煅烧，生成的石灰经冷却后，卸出窑外。除极少数石灰生产单位在石灰窑后端采用了二氧化碳回收技术，建有二氧化碳回收设备外，窑内产生的二氧化碳均直接排入大气中。一方面，现有石灰窑在运行过程中，燃料在窑内燃烧，会产生大量的燃烧烟尘及有害气体产物如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等，给二氧化碳的分离带来极大的困难；另一方面，现有的二氧化碳捕集回收技术主要有化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法、膜吸附法，无论哪种方法，均需经过净化-吸收-解吸-收集的过程，流程复杂，如通常采用的化学吸收技术就涉及到由除尘器、洗涤器、脱硫塔、吸收塔、解吸塔、储气囊、压缩机、干燥液化系统、储液罐、灌装系统等组成的一整套设备，另外，由于烟气中二氧化碳浓度（约20-30%左右）的限制，采用以上方法进行二氧化碳回收时存在效率低、设备维护量大、生产成本过高等问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明目的在于提供一种隔绝空气煅烧实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备及方法。该设备结构紧凑，投资强度小，运行成本低，具有良好的工业化应用前景。利用该设备实施的方法工艺条件成熟，步骤简单，能高效捕集石灰石煅烧生产石灰过程中产生的CO2。
为达到上述发明目的，本发明提供的技术方案是：
提供一种实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备，包括对石灰石进行破碎的破碎机，以及将破碎后的石灰石进行筛分的振动筛分机，所述振动筛分机通过上料皮带连接计量装置，计量装置与密闭煅烧炉相连；所述密闭煅烧炉分别与冷却器和石灰储存仓相连，冷却器与除尘净化装置相连通，除尘净化装置依次通过管道连接压缩机、冷凝器后，与CO2储罐相连通。
优选地，所述密闭煅烧炉包括密闭进料装置、密闭出灰装置、CO2排出口和辐射加热装置，所述密闭进料装置设置于密闭煅烧炉的侧壁上方，且与计量装置出口相对接；所述密闭出灰装置设置于密闭煅烧炉的下方，且与石灰储存仓相对接；所述CO2排出口设置于密闭煅烧炉的另一侧壁上方，且通过管道与冷却器相连通。
优选地，所述冷却器连接有冷却塔，冷却塔分别与所述冷却器介质出口及回收介质入口相连。
相应地，本发明还提供一种实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的方法，该方法包括下述步骤：
1）先将石灰石经破碎机破碎，破碎后的石灰石再经振动筛分机进行筛分后，经上料皮带输送至计量装置；
2）经计量装置按照质量比将破碎、筛分后的石灰石计量后，经密闭布料装置输送至隔绝空气密闭煅烧炉内进行石灰煅烧；
3）经窑内高温煅烧分解成的CaO经密闭出灰装置输送至石灰储存仓；
4）另将分解生成的高浓度CO2经冷却器输送至除尘净化装置进行净化处理；
5）经净化后的高浓度CO2经压缩、冷凝工序后，得到液态CO2封存于CO2储罐中。
优选地，在所述方法中，所述石灰石经破碎后的粒度为10-80mm。
优选地，在所述方法中，高浓度CO2于冷却器中通过冷却介质换热后得到冷却，冷却后的CO2温度为50-100℃。
本发明提供的方法和设备具有以下有益效果：（1）相对于现有方法，本发明提供的方法采用在完全隔绝空气条件下对CaCO3进行煅烧，捕集所得的CO2纯度可达99%以上，有利于CO2后续利用及处理；（2）工艺流程简单，CO2捕集成本低，对系统的腐蚀小，节约能源；（3）冷却系统封闭循环，冷却介质循环利用，大大降低运行维护费用。
附图说明
图1为本发明实施例中隔绝空气煅烧实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备流程图；
图2为本发明实施例的工艺流程图。
图中：1、物料破碎机；2、振动筛分机；3、上料皮带；4、计量装置；5、密闭煅烧炉；5a、密闭进料装置；5b、密闭出灰装置；5c、CO2排出口；5d、辐射加热装置；6、冷却器；7、除尘净化装置；8、压缩机；9、冷凝器；10、CO2储罐；11、石灰储存仓；12、冷却塔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的设备和利用该设备进行隔绝空气煅烧实现石灰生产碳捕集的方法工艺做出详细说明。
图1所示为一种隔绝空气煅烧实现石灰生产碳捕集的设备，包括对石灰石进行破碎的破碎机1，以及将破碎后的石灰石进行筛分的振动筛分机2，其中，振动筛分机2通过上料皮带3与计量装置4相连，将破碎、筛分后的石灰石输送至计量装置4，计量装置4与密闭煅烧炉5相连，将经计量后的石灰石输送至密闭煅烧炉5，密闭煅烧炉5分别与冷却器6和石灰储存仓11相连；其中，密闭煅烧炉5包括密闭进料装置5a、密闭出灰装置5b、CO2排出口5c和辐射加热装置5d，密闭进料装置5a设置于密闭煅烧炉5的侧壁上方，且与计量装置4出口相对接；密闭出灰装置5b设置于密闭煅烧炉5的下方，且与石灰储存仓11相对接；所述CO2排出口5c设置于密闭煅烧炉5的另一侧壁上方，且通过管道与冷却器6相连通。冷却器6与除尘净化装置7相连通，除尘净化装置7依次通过管道连接压缩机8、冷凝器9后，与CO2储罐10相连通。
在具体实施例中，冷却器6连接有冷却塔12，冷却塔12分别与冷却器6介质出口及回收介质入口相连。
在具体实施例中，计量装置4入口与所述上料皮带3对接，计量装置4出口与密闭进料装置5a对接。
在具体实施例中，振动筛分机2入口与物料破碎机1出口对接，振动筛分机2出口与上料皮带3对接。
在具体实施例中，冷却器6与隔绝空气的密闭煅烧炉5上CO2气体收集口相连，除尘净化装置7入口与冷却器6的出口相连。
在具体实施例中，冷却器6为水冷换热器，冷却塔12分别与冷却器6热水出口及回收冷却水入口相连。
如图2所示，上述设备对应的工作流程如下：
该方法包括下述步骤：
1）先将石灰石经破碎机1破碎，破碎后的石灰石再经振动筛分机2进行筛分的作用后，获得粒度为10-80mm的石灰石成品，由上料皮带3输送至计量装置4；
2）经计量装置4按照质量比将破碎、筛分后的石灰石成品计量后，经密闭布料装置5a输送至隔绝空气的密闭煅烧炉5内进行石灰煅烧；
密闭煅烧炉5内分为预热区、煅烧区和冷却区，经破碎、筛分后的石灰石先进行预热，再于温度为1000-1400℃下进行煅烧；窑内为完全隔绝外界空气的生产系统，在窑内高温煅烧下，石灰石被分解成CaO和纯度极高的CO2气体，然后在温度为300-400℃下得到冷却；
3）经窑内高温煅烧分解成的CaO经密闭煅烧炉5内的密闭出灰装置5b输送至石灰储存仓11；
4）经分解生成的高浓度CO2气体温度为300-400℃，将分解生成的高浓度CO2经由耐热管道输送至冷却器6进行冷却，冷却后气体温度降至50-100℃；经冷却器6换热后，冷却水被加热至80-90℃，热水输送至冷却塔进行冷却并回用于冷却器6；将水冷换热后的高浓度CO2输送至除尘净化装置7进行除尘处理；
5）除尘净化装置7将冷却后的气体进一步净化成浓度为98.0-99.8%的高纯气体，经除尘处理后的高浓度CO2经压缩机8、冷凝器9的作用转变为液态CO2成品，由密闭管道输送至CO2储罐中，以便后续利用。
上述分解生成的高浓度CO2可直接将其输送至CO2存储罐中，也可注入盐水深层、枯竭油气田、贫瘠煤层或海洋中封存，后续利用于食品加工保鲜、饮料、防火等领域用途。
上述石灰石破碎、筛分等预处理步骤，以满足后续密闭进料及煅烧系统隔绝空气的要求。
上述石灰石计量步骤，以对进入隔绝空气煅烧系统的石灰石进行计量，保证后续生产系统的稳定性。
上述净化除尘步骤，以去除隔绝空气煅烧系统生成的CO2气体中含有的CaCO3、CaO及其他杂质。
上述CO2冷却、压缩、冷凝等步骤，以对隔绝空气煅烧系统生成的CO2气体进行相应处理，使其更好地满足后续储（封）存的要求。
上述冷却介质回收系统，将经热交换后的水冷却后重新回用于CO2冷却步骤，以节省新鲜水耗用量。
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方式仅限于此，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的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书所确定的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的设备，包括对石灰石进行破碎的破碎机（1），以及将破碎后的石灰石进行筛分的振动筛分机（2），其特征在于，所述振动筛分机（2）通过上料皮带（3）连接计量装置（4），计量装置（4）与密闭煅烧炉（5）相连；所述密闭煅烧炉（5）分别与冷却器（6）和石灰储存仓（11）相连，冷却器（6）与除尘净化装置（7）相连通，除尘净化装置（7）依次通过管道连接压缩机（8）、冷凝器（9）后，与CO2储罐（10）相连通。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集的设备，其特征在于，所述密闭煅烧炉（5）包括密闭进料装置（5a）、密闭出灰装置（5b）、CO2排出口（5c）和辐射加热装置（5d），所述密闭进料装置（5a）设置于密闭煅烧炉（5）的侧壁上方，且与计量装置（4）出口相对接；所述密闭出灰装置（5b）设置于密闭煅烧炉（5）的下方，且与石灰储存仓（11）相对接；所述CO2排出口（5c）设置于密闭煅烧炉（5）的另一侧壁上方，且通过管道与冷却器（6）相连通。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集的设备，其特征在于，所述冷却器（6）连接有冷却塔（12），冷却塔（12）分别与所述冷却器（6）介质出口及回收介质入口相连。
4.一种实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
1）先将石灰石经破碎机（1）破碎，破碎后的石灰石再经振动筛分机（2）进行筛分后，经上料皮带（3）输送至计量装置（4）；
2）破碎、筛分后的石灰石经计量装置（4）按照质量比计量后，经密闭布料装置（5a）输送至密闭煅烧炉（5）内；
3）石灰石在密闭煅烧炉（5）内经高温煅烧分解，生成的CaO经密闭出灰装置（5b）输送至石灰储存仓（11）；
4）石灰石高温煅烧分解生成的高浓度CO2经冷却器（6）输送至除尘净化装置（7）进行除尘处理；
5）经除尘处理后的高浓度CO2经压缩、冷凝工序后，得到液态CO2封存于CO2储罐中。
5.根据权利要求4所述的实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的方法，其特征在于，所述石灰石经破碎后的粒度为10-80mm。
6.根据权利要求4所述的实现石灰生产过程中二氧化碳捕集的方法，其特征在于，所述高浓度CO2于冷却器中通过冷却介质换热后得到冷却，冷却后的CO2温度为50-100℃。
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