CN104108803A - 一种烟道气固碳海水脱钙的新方法 - Google Patents

一种烟道气固碳海水脱钙的新方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种烟道气固碳海水脱钙的新方法，该方法的步骤包括：1）海水由泵或高位水槽引入预混桶中，在海水中加入碱源，搅拌10~30分钟，使海水与碱源充分混合；2）利用泵使混了碱源的海水进入脱钙池，同时，将烟道气通过曝气头引入脱钙池，使烟道气与海水接触；3）海水与烟道气传质后从脱钙池直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙海水。本发明用碱厂废弃白泥代替氢氧化钠作为碱源，解决了碱厂白泥后续处理问题，实现连续反应，利于工业化实施，每吨原海水的脱钙预处理价格可降低1-2元。

Description

一种烟道气固碳海水脱钙的新方法
技术领域
本发明属于海水淡化与综合利用的预处理技术领域。具体的说是用经济型碱源实现连续性烟道气固碳与海水脱钙耦合的新型工艺方法。
背景技术
随着经济高速发展，人口剧增，资源消耗巨大，海水中的水资源约占全球水储量的96.5％，发展海水淡化已成为解决水资源危机的战略途径。而且海水溶存的化学矿物资源总量十分巨大。其中，钾、锂、铀的总储量分别达550×1012t、2400×108t、45×108t，是世界陆地总资源量的几千至几万倍；全球的溴资源几乎全部储存在海水中。卤水是矿化性更强的水，常用以提取某些化工原料，如食盐、碘、硼、溴等，因此，开发利用海水或卤水化学资源成为解决陆地资源短缺的有效途径之一。
在海水或卤水体系中所遇到的主要的积垢现象是由于海水中易形成盐的沉淀，通过大量的研究分析发现沉淀物大部分是由不溶性钙盐，如碳酸钙和硫酸钙的结晶造成的。而海水中钙离子的浓度为0.40kg/m3，卤水中的钙离子浓度则更高，可达1.00kg/m3以上。海水或卤水利用过程中，形成的钙垢会引起设备腐蚀、降低传热效率、增加能耗和提高处理成本等问题。甚至在海水或卤水综合利用工程中，钙盐或者作为一种杂质，影响海洋化工产品的品质。
因此在海水淡化和海水或卤水综合利用过程中，通过对海水或卤水的脱钙预处理，将钙离子提前脱除，避免钙盐的结晶，从而防止海水淡化或综合利用过程中钙垢的形成，可提高过程效率、延长设备寿命、降低生产和处理成本。
氨碱法制碱是纯碱生产的重要方法，利用此方法生产纯碱的过程中会产生大量的碱渣(俗称白泥)。以青岛碱厂为例，该厂年产纯碱50万吨，每年排放白泥10万吨，加上历年积存多达上百万吨。白泥的长期堆放不仅占用大量的土地，而且易对环境造成污染，破坏生态平衡，其污染问题已成为影响纯碱企业可持续发展的一个重要因素。
本课题组先前在专利ZL201210199641.5提出利用废弃烟道气中的二氧化碳在海水中形成的碳酸根作为沉淀剂，替代有用化学品脱除海水中的钙，实现变废为宝，不仅进一步降低操作成本，而且减少了温室气体的排放。但是在该专利中提出以氢氧化钠水溶液作为碱源，使得脱钙成本较高，因此，寻求一种价格低廉，来源广泛，易得的碱源，直接决定着烟道气海水脱钙新技术的成本与产业化可行性。本专利提出以碱厂废料白泥替代氢氧化钠作为碱源，且实现连续性烟道气固碳与海水脱钙耦合的一种新型烟道气海水脱钙方法。
发明内容
本发明的目的是针对当前技术的不足，提供一种用经济型碱源实现连续性烟道气固碳与海水脱钙耦合的新型工艺方法，该方法采用废弃的白泥代替氢氧化钠作为碱源，极大降低了烟气脱钙的成本，同时实现了连续脱钙，增强了烟气脱钙法的工业化进程。本发明有利于海水淡化、海水冷却和海水综合利用技术经济水平的提升，具有综合效益高和环境友好的特色和广泛的应用前景。
本发明的技术方案为：
一种烟道气固碳海水脱钙的新方法，包括以下步骤：
1)海水由泵或高位水槽引入预混桶中，在海水中加入碱源，搅拌10～30分钟，使海水与碱源充分混合；
所述的碱源为氨碱法生产纯碱过程中排放出的废液形成的白泥，其中，加入的白泥中的镁总含量与总海水中钙含量的摩尔比为2.5～4.5:1；
2)利用泵使混了碱源的海水进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，使烟道气与海水接触1～2h；
所述烟道气中二氧化碳体积含量在4～13％之间，烟道气中二氧化碳的通入量与海水中钙离子通入量的摩尔比在1.2～5:1；
3)海水与烟道气传质后从脱钙池直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙海水作为海水淡化或综合利用的原料。
所述的白泥优选为干基中碳酸钙质量含量在40％～60％之间，氢氧化镁质量含量在10％～16％之间，硫酸钙质量含量在3～20％之间，氯化钙质量含量在10～14％之间。
所述海水包括原海水、浓缩海水或地下卤水，其中的钙离子含量范围是0.40～1.20g/kg。
本发明方法与之前的烟道气海水脱钙法的处理方法区别在于，用碱厂废弃白泥代替氢氧化钠作为碱源，每吨原海水的脱钙预处理价格可降低1-2元，最大限度的降低了烟道气海水脱钙方法的有用化学品的消耗，且变废为宝，解决了碱厂白泥后续处理问题，且通过曝气装置使烟道气海水脱钙法实现连续反应，利于工业化实施。本方法可以使海水脱钙的处理成本进一步降低，可操作性强，提高了烟道气海水脱钙法实现工业化的可行性。
具体实施方式
下面根据具体实例来说明本发明，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明所述的脱钙原理为：
本实施例所用的海水为包括原海水、浓缩海水及地下卤水，其中波美度°Be'的范围是2.5°～12°；钙离子含量范围是0.40～1.20g/kg；所述的烟道气的中二氧化碳体积含量在4～13％之间。
所述的白泥是氨碱法生产纯碱过程中排放出的废液经自然沉降后形成的含水率为50-60％的白色碱渣，其干基主要化学成分为CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4、CaO、CaCl2、NaCl、酸不溶物及少量SiO2、Al2O3和Fe2O3等。其中，CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4、CaO等不溶物的含量最高，占白泥干重总量的60-80％；NaCl和CaCl2是白泥中主要的可溶性氯化物，其含量为12％-22％。在本专利中使用的白泥干基中碳酸钙质量含量在40％～60％之间，氢氧化镁质量含量在10％～16％之间，硫酸钙质量含量在3～20％之间，氯化钙质量含量在10～14％之间。
实施例1：
将含钙量为0.87kg/m3的卤水由泵引入预混桶中，在卤水中加入碱源，其中碱源类型为制碱厂盐水精制过程中脱钙镁预处理后产生的白泥，白泥中氢氧化镁的含量为10％，碳酸钙质量含量为50％，硫酸钙质量含量为20％，氯化钙质量含量为10％。且加入的碱源中镁的总含量与总卤水中钙含量的摩尔比是3:1，搅拌20分钟，使卤水与碱源充分混合。利用泵使混了碱源的卤水以10m3/h的流量进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，其中烟道气中二氧化碳的二氧化碳含量为10％，且烟道气中二氧化碳的通入量与卤水中钙离子通入量的摩尔比是3.7:1，使烟道气与卤水接触1.6h，从而实现卤水与烟道气在脱钙池中的接触传质。在碱源的作用下烟道气中的二氧化碳不断溶于碱性卤水或卤水中形成碳酸根离子，并且碳酸根离子与卤水中的钙离子结合形成沉淀，从而达到脱钙目的。卤水与烟道气传质后仍以10m3/h的速率从脱钙池以直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙卤水作为卤水淡化或综合利用的原料。经过分析测定，脱钙后卤水含钙量为0.17kg/m3，pH为7.52，脱钙率达80.4％。
实施例2
将含钙量为1.20kg/m3的卤水由泵引入预混桶中，在卤水中加入碱源，其中碱源类型为制碱厂盐水精制过程中脱钙镁预处理后产生的白泥，白泥中氢氧化镁的含量为15％，碳酸钙质量含量为40％，硫酸钙质量含量为15％，氯化钙质量含量为14％。且加入的碱源中镁的总含量与总卤水中钙含量的摩尔比是4:1，搅拌30分钟，使卤水与碱源充分混合。利用泵使混了碱源的卤水以20m3/h的流量进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，其中烟道气中二氧化碳的二氧化碳体积含量为13％，且烟道气中二氧化碳的通入量与卤水中钙离子通入量的摩尔比是5:1，使烟道气与卤水接触1.6h，从而实现卤水与烟道气在脱钙池中的接触传质。在碱源的作用下烟道气中的二氧化碳不断溶于碱性卤水或卤水中形成碳酸根离子，并且碳酸根离子与卤水中的钙离子结合形成沉淀，从而达到脱钙目的。卤水与烟道气传质后仍以20m3/h的速率从脱钙池以直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙卤水作为卤水淡化或综合利用的原料。经过分析测定，脱钙后卤水含钙量为0.10kg/m3，pH为7.90，脱钙率达91.6％。
实施例3
将含钙量为0.89kg/m3的浓缩海水由泵引入预混桶中，在卤水中加入碱源，其中碱源类型为制碱厂盐水精制过程中脱钙镁预处理后产生的白泥，白泥中氢氧化镁的含量为12％，碳酸钙质量含量为55％，硫酸钙质量含量为3％，氯化钙质量含量为12％。且加入的碱源中镁的总含量与总卤水中钙含量的摩尔比是2.5:1，搅拌30分钟，使卤水与碱源充分混合。利用泵使混了碱源的卤水以15m3/h的流量进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，其中烟道气中二氧化碳的二氧化碳体积含量为7.6％，且烟道气中二氧化碳的通入量与卤水中钙离子通入量的摩尔比是1.2:1，使烟道气与卤水接触2h，从而实现卤水与烟道气在脱钙池中的接触传质。在碱源的作用下烟道气中的二氧化碳不断溶于碱性卤水或卤水中形成碳酸根离子，并且碳酸根离子与卤水中的钙离子结合形成沉淀，从而达到脱钙目的。卤水与烟道气传质后仍以15m3/h的速率从脱钙池以直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙卤水作为卤水淡化或综合利用的原料。经过分析测定，脱钙后卤水含钙量为0.05kg/m3，pH为8.49，脱钙率达86.9％。
实施例4
将含钙量为0.41kg/m3的海水由泵引入预混桶中，在卤水中加入碱源，其中碱源类型为制碱厂盐水精制过程中脱钙镁预处理后产生的白泥，白泥中氢氧化镁的含量为12％，碳酸钙质量含量为55％，硫酸钙质量含量为3％，氯化钙质量含量为12％。且加入的碱源中镁的总含量与总卤水中钙含量的摩尔比是2.5:1，搅拌10分钟，使卤水与碱源充分混合。利用泵使混了碱源的卤水以25m3/h的流量进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，其中烟道气中二氧化碳的二氧化碳体积含量为4.8％，且烟道气中二氧化碳的通入量与卤水中钙离子通入量的摩尔比是2:1，使烟道气与卤水接触1.6h，从而实现卤水与烟道气在脱钙池中的接触传质。在碱源的作用下烟道气中的二氧化碳不断溶于碱性卤水或卤水中形成碳酸根离子，并且碳酸根离子与卤水中的钙离子结合形成沉淀，从而达到脱钙目的。卤水与烟道气传质后仍以25m3/h的速率从脱钙池以直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙卤水作为卤水淡化或综合利用的原料。经过分析测定，脱钙后卤水含钙量为0.16kg/m3，pH为8.20，脱钙率达60.9％。
实施例5
将含钙量为0.39kg/m3的海水由泵引入预混桶中，在卤水中加入碱源，其中碱源类型为制碱厂盐水精制过程中脱钙镁预处理后产生的白泥，白泥中氢氧化镁的含量为16％，碳酸钙质量含量为45％，硫酸钙质量含量为13％，氯化钙质量含量为14％。且加入的碱源中镁的总含量与总卤水中钙含量的摩尔比是4.5:1，搅拌10分钟，使卤水与碱源充分混合。利用泵使混了碱源的卤水以25m3/h的流量进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，其中烟道气中二氧化碳的二氧化碳体积含量为8.2％，且烟道气中二氧化碳的通入量与卤水中钙离子通入量的摩尔比是5:1，使烟道气与卤水接触1.6h，从而实现卤水与烟道气在脱钙池中的接触传质。在碱源的作用下烟道气中的二氧化碳不断溶于碱性卤水或卤水中形成碳酸根离子，并且碳酸根离子与卤水中的钙离子结合形成沉淀，从而达到脱钙目的。卤水与烟道气传质后仍以25m3/h的速率从脱钙池以直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙卤水作为卤水淡化或综合利用的原料。经过分析测定，脱钙后卤水含钙量为0.04kg/m3，pH为7.50，脱钙率达89.7％。
本发明未述事宜为公知技术。

Claims (5)

1.一种烟道气固碳海水脱钙的新方法，其特征为包括以下步骤：
1）海水由泵或高位水槽引入预混桶中，在海水中加入碱源，搅拌10~30分钟，使海水与碱源充分混合；
所述的碱源为氨碱法生产纯碱过程中排放出的废液形成的白泥，其中，加入的白泥中的镁总含量与总海水中钙含量的摩尔比为2.5~4.5:1；
2）利用泵使混了碱源的海水进入脱钙池，同时，通过罗茨鼓风机将烟道气通过曝气头引入脱钙池，使烟道气与海水接触1~2h；
烟道气中二氧化碳的通入量与海水中钙离子通入量的摩尔比在1.2~5:1； 
3）海水与烟道气传质后从脱钙池直接进入沉降池，经过沉降过滤后，沉降池底部的沉淀浆料由泵抽出，沉降池上部的澄清液通过管道输出，获得低钙海水。
2.如权利要求1所述的烟道气固碳海水脱钙的新方法，其特征为所述的白泥优选为干基中碳酸钙质量含量在40%~60%之间，氢氧化镁质量含量在10%~16%之间，硫酸钙质量含量在3~20%之间，氯化钙质量含量在10~14%之间。
3.如权利要求1所述的烟道气固碳海水脱钙的新方法，其特征为所述海水包括原海水、浓缩海水或地下卤水，其中的钙离子含量范围是0.40~1.20g/kg。
4.如权利要求1所述的烟道气固碳海水脱钙的新方法，其特征为所述烟道气中二氧化碳体积含量在4~13% 之间。
5.如权利要求1所述的烟道气固碳海水脱钙的新方法，其特征为所述的步骤3）中海水流出脱钙池的流量与步骤2）所述的海水流入脱钙池的流量一样。
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