CN110801730A - 二氧化碳吸附系统 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳吸附系统,适用于连接用于煅烧石灰石而形成高温氧化钙粉末的水泥生产装置,并包含管线单元,及连接于所述管线单元的反应单元。所述管线单元用于输送高温氧化钙粉末。所述反应单元包括连通于所述管线单元的反应腔,及连通所述反应腔且用于导入二氧化碳的导气管。导入所述反应腔的二氧化碳与输送至所述反应腔的氧化钙粉末,在所述反应腔中反应形成碳酸钙,借此反应而在所述水泥生产装置运作的同时,相互配合地捕获导入的二氧化碳。而在所述反应腔中反应形成的碳酸钙,也能直接送回所述水泥生产装置制造水泥。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气处理设备,特别是涉及一种二氧化碳吸附系统。
背景技术
二氧化碳为一种温室气体,而大多数的工业制程,都会排放出大量的二氧化碳,如何降低二氧化碳排放量,对于环境保护的议题而言,是相当受到注目的重点。目前现有的二氧化碳捕获方法中,有一种钙循环技术,主要是利用CaO+CO2→CaCO3的反应来达成吸收二氧化碳的目的。通过氧化钙(CaO,石灰)对于二氧化碳的吸收性,经化学反应形成物化性质相对稳定的碳酸钙(CaCO3),达成吸收二氧化碳而减少排放的目的。
参阅图1,为一现有的二氧化碳捕获设备1,包含一用于自主加热而进行使氧化钙与二氧化碳反应为碳酸钙的碳酸化炉11、一连通于所述碳酸化炉11并用于高温煅烧碳酸钙而分离氧化钙与二氧化碳的煅烧炉12,及一连通于所述煅烧炉12且用于收集含有二氧化碳的烟气,并执行固气分离而收集二氧化碳的集尘器13。其中,所述碳酸化炉11是使用燃料自主加热,使温度维持在600至650℃,而所述煅烧炉12亦是使用燃料自主加热,达成反应所需的温度则是在850℃。透过上述氧化钙与二氧化碳的反应机制,使得所述二氧化碳捕获设备1得以协助例如火力发电厂、炼钢工厂、水泥制造厂等等的工业厂区,吸收所产生的二氧化碳。
其中,特别由于氧化钙与二氧化碳反应生成的碳酸钙,是工业水泥的主要原料,故所述二氧化碳捕获设备1虽然能配合多种产生二氧化碳的工业制程,提供所需的二氧化碳处理需求,但为了处理反应生成的碳酸钙,以利于原料的循环利用,所述二氧化碳捕获设备1通常会配合水泥工业来运作。水泥工业的制程中,即会先煅烧加热石灰石,获取大量的氧化钙,故采用所述钙循环技术时,会先将水泥工厂中产生的氧化钙运送至所述二氧化碳捕获设备1所在的厂区,完成二氧化碳吸附的反应后,才将已失去反应活性的碳酸钙再送回水泥工厂,当作制造水泥的原料。
然而,因水泥工厂制造水泥的制程是全天候运作,当中煅烧加热石灰石而获取氧化钙的数量,相较于所述二氧化碳捕获设备1运转所需的氧化钙而言是过于庞大的,纵算所述二氧化碳捕获设备1亦配合水泥工厂而全天候运转,考虑到氧化钙在所述二氧化碳捕获设备1中反复循环而多次吸收二氧化碳的反应特性,仍无法对等地配合水泥工厂的水泥制程中制成的氧化钙数量,更遑论在进行充分反应后而供应足量的碳酸钙。
另外,就实际执行而言,现有技术因考虑成本关系,并不会对石灰石原料、氧化钙等等原料进行过多的前置处理,导致原料颗粒的粒径过大,因而进行反应时的反应面积较小,造成二氧化碳的捕获效率不佳的缺点。况且,在所述二氧化碳捕获设备1与配合各种工业厂区间来回运送重量相当重的氧化钙,或者将反应生成的碳酸钙运送到配合的水泥工厂,也都需要耗费相当大的运输成本,而运输用的交通工具因其马力需求,更是需要燃烧大量的石化燃料。而就耗费燃料的角度而言,所述碳酸化炉11及所述煅烧炉13的运作,也都需要耗费燃料自主加热,如此又会对环境增加二氧化碳的排放量,但若所述碳酸化炉11或者所述煅烧炉13加热的温度不足,亦会因未达适当的反应温度,导致二氧化碳的捕获效率不佳。再者,现有的二氧化碳捕获设备1属于批次性处理,当系统饱和后,吸附饱和的碳酸钙也需要进行废弃处理,更进一步增加废料的载运及处理成本。因此,所述二氧化碳捕获设备1的原理及概念虽然看似理想,但实务上却难以因应水泥工厂的生产运作,不但难以消化水泥工厂产生的二氧化碳排放量,甚至在过程中又增加了不必要的二氧化碳排放及废弃原料的处理成本,仍有待进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能配合水泥工厂的生产运作而以钙循环技术捕获二氧化碳的二氧化碳吸附系统。
本发明二氧化碳吸附系统,适用于连接用于煅烧石灰石而形成高温氧化钙粉末的水泥生产装置,并包含管线单元,及连接于所述管线单元的反应单元。所述管线单元适用于连接所述水泥生产装置,用于输送所述水泥生产装置产生的高温氧化钙粉末。所述反应单元包括连通于所述管线单元的反应腔,及连通于所述反应腔且用于导入二氧化碳的导气管,导入所述反应腔的二氧化碳与输送至所述反应腔的高温氧化钙粉末,在所述反应腔中反应形成碳酸钙。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,其中,所述反应单元还包括连通于所述反应腔与所述水泥生产装置间,且用于将所述反应腔反应形成的碳酸钙回送至所述水泥生产装置的送料管。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,其中,所述反应单元还包括连接于所述反应腔并用于在该反应腔温度低于设定温度时,执行加热而维持所述反应腔的温度的辅助加热器。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,所述水泥生产装置包含窑体,及与所述窑体连通并用于将石灰石料粉导入所述窑体的进料室,其中,所述管线单元包括连通于所述窑体与所述反应单元的反应腔间的第一管路,及连通于所述进料室与所述反应单元的反应腔间的第二管路。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,其中,所述管线单元还包括两个分别设置于所述第一管路与所述第二管路中,并用于控制连通与否的闸板。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,其中,所述的二氧化碳吸附系统还包含设置于所述反应单元的反应腔的相对下游的抽引单元,所述抽引单元用于产生使所述水泥生产装置产生的高温氧化钙粉末导入所述反应单元的反应腔的抽吸动力。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,其中,所述的二氧化碳吸附系统还包含设置于所述反应单元与所述抽引单元间,且适用于连通所述水泥生产装置的集尘单元。
较佳地,前述二氧化碳吸附系统,其中,所述集尘单元包括用于将固体及气体分离的旋风集尘器、设置于所述旋风集尘器下游的冷却器,及设置于所述冷却器下游,并用于将固体及气体分离而收集固体的电力集尘器。
本发明的有益的效果在于:因与所述水泥生产装置直接连接故不必额外设厂,得以省去运送物料所耗费的成本,且能利用所述水泥生产装置自身的燃烧过程,直接获得温度高且因接触面积大而具有高反应活性的高温氧化钙粉末,而透过所述管线单元将所述水泥生产装置产生的高温氧化钙粉末直接导入所述反应单元,则能同步地配合所述水泥生产装置的生产运作,利用高温氧化钙粉末与二氧化碳的化学反应,捕获导入所述反应腔的二氧化碳,并将反应生成的碳酸钙送回所述水泥生产装置,达成钙循环的二氧化碳捕获作业。
附图说明
图1是一系统配置图,说明一现有的二氧化碳捕获设备;
图2是一系统配置图,说明本发明二氧化碳吸附系统的一实施例;及
图3是一示意图,说明该实施例的一集尘单元。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图2,本发明二氧化碳吸附系统的一实施例,适用于连接一用于煅烧石灰石而形成高温氧化钙粉末的水泥生产装置9,所述水泥生产装置9包含一用于执行煅烧制程的窑体91,及一与所述窑体91连通并用于将石灰石料粉导入所述窑体91的进料室92。该实施例包含一适用于连接所述水泥生产装置9的管线单元2、一连接于所述管线单元2的反应单元3、一设置于所述反应单元3相对下游的抽引单元4,及一设置于所述反应单元3与所述抽引单元4间且适用于连通所述水泥生产装置9的集尘单元5。
所述管线单元2用于输送所述水泥生产装置9产生的高温氧化钙粉末,并包括一连通于所述窑体91与所述反应单元3间的第一管路21、一连通于所述进料室92与所述反应单元3间的第二管路22,及两个分别设置于所述第一管路21与所述第二管路22中,并用于控制连通与否的闸板29。由于自所述水泥生产装置9的窑体91经由所述第一管路21输出的高温氧化钙粉末的温度相当高,且自所述进料室92经由所述第二管路22也是输出高温的粉尘,故所述第一管路21与所述第二管路22皆必须内砌耐高温的耐火材料,以延长所述第一管路21与所述第二管路22的使用寿命。另外,所述闸板29则分别用于控制该第一管路21与该第二管路22的连通与否,通过控制所述闸板29,便于依据时间或者所述水泥生产装置9的其他制程参数,预先设定或者适时调整高温氧化钙粉末的进料量。
所述反应单元3包括一连通于所述管线单元2的反应腔31、一连通于所述反应腔31且用于导入二氧化碳的导气管32、一连通于所述反应腔31与所述水泥生产装置9间的送料管33,及一连接于所述反应腔31并用于在所述反应腔31温度低于一个设定为900℃的设定温度时,执行加热而维持所述反应腔31的温度的辅助加热器。其中,所述反应腔31与所述第一管路21及所述第二管路22连通,故所述水泥生产装置9产生的高温氧化钙粉末,是经由所述第一管路21及所述第二管路22输入所述反应腔31。
参阅图3,所述集尘单元5用于分离所述反应单元3的反应腔31反应形成的碳酸钙及未完全反应的二氧化碳,并包括一用于将固体及气体分离的旋风集尘器51、一设置于所述旋风集尘器51下游的冷却器52,及一设置于所述冷却器52下游,并用于将固体及气体分离而收集固体的电力集尘器53。
同时参阅图2与图3,当所述水泥生产装置9的窑体91以接近1000℃的温度煅烧,由于所述进料室92也会维持1000℃左右的温度,故当所述窑体91及所述进料室92的高温氧化钙粉末分别经由所述第一管路21与所述第二管路22导入所述反应腔31时,不需燃烧过多的燃料,甚至不需要燃烧燃料,即会维持在接近1000℃左右的温度。就算当所述反应腔31温度过低时,也能配合所述辅助加热器的辅助加热机制来维持温度。
透过所述抽引单元4产生的动力,所述导气管32会将欲吸附的二氧化碳导入所述反应腔31,所述水泥生产装置9产生的高温氧化钙粉末也会因此导入所述反应腔31。此时,二氧化碳与导入的高温氧化钙粉末混合反应,由于在所述水泥生产装置9中的原料即为粒径甚小的粉末,故相较于现有技术而言,粉末状态的氧化钙具有相对较大的反应面积,更容易与二氧化碳以良好的效率反应生成碳酸钙,达成吸附二氧化碳的目的。接着,反应生成的碳酸钙可再透过所述送料管33送回所述水泥生产装置9,当作制作水泥的原料。而所述水泥生产装置9的窑体91煅烧碳酸钙产生的氧化钙,又能导回所述反应腔31而继续执行二氧化碳的吸附,达成直接配合所述水泥生产装置9而执行钙循环的良好效果,且不会产生多余的废弃物。
值得特别说明的是,由于本实施例是直接配合所述水泥生产装置9的生产作业,具有高度的同步性,在原料的导入方面,也因所述水泥生产装置9会持续补充新的石灰石原料而持续运作生产,使得导入本实施例的反应单元3的高温氧化钙粉末大部分是反应活性高的新原料,更有利于借此提高在所述反应腔31中捕获二氧化碳的反应效率。
在所述反应腔31中反应形成的产物,除了反应完全的碳酸钙以外,还有部分未反应的二氧化碳、氧化钙,以及其他固体或气体。透过所述集尘单元5,能利用所述旋风集尘器51初步将高温的固体与气体分离。要特别说明的是,为了确保所述旋风集尘器51能适用于高温环境下的作业,所述旋风集尘器51的内部也需要使用耐火材料。接着,高温的气体会继续由所述冷却器52冷却,并再由所述电力集尘器53进一步执行固体与气体的分离,而传输至所述抽引单元4的气体,即为依法可在经处理后排放的气体。
Claims (8)
1.一种二氧化碳吸附系统,适用于连接用于煅烧石灰石而形成高温氧化钙粉末的水泥生产装置;其特征在于:所述二氧化碳吸附系统包含:
管线单元,适用于连接所述水泥生产装置,并用于输送所述水泥生产装置产生的高温氧化钙粉末;及
反应单元,包括连通于所述管线单元的反应腔,及连通于所述反应腔且用于导入二氧化碳的导气管,导入所述反应腔的二氧化碳与输送至所述反应腔的高温氧化钙粉末,在所述反应腔中反应形成碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述反应单元还包括连通于所述反应腔与所述水泥生产装置间,且用于将所述反应腔反应形成的碳酸钙回送至所述水泥生产装置的送料管。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述反应单元还包括连接于所述反应腔并用于在该反应腔温度低于设定温度时,执行加热而维持所述反应腔的温度的辅助加热器。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述水泥生产装置包含窑体,及与所述窑体连通并用于将石灰石料粉导入所述窑体的进料室,所述管线单元包括连通于所述窑体与所述反应单元的反应腔间的第一管路,及连通于所述进料室与所述反应单元的反应腔间的第二管路。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述管线单元还包括两个分别设置于所述第一管路与所述第二管路中,并用于控制连通与否的闸板。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述的二氧化碳吸附系统还包含设置于所述反应单元的反应腔的相对下游的抽引单元,所述抽引单元用于产生使所述水泥生产装置产生的高温氧化钙粉末导入所述反应单元的反应腔的抽吸动力。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述的二氧化碳吸附系统还包含设置于所述反应单元与所述抽引单元间,且适用于连通所述水泥生产装置的集尘单元。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳吸附系统,其特征在于:所述集尘单元包括用于将固体及气体分离的旋风集尘器、设置于所述旋风集尘器下游的冷却器,及设置于所述冷却器下游,并用于将固体及气体分离而收集固体的电力集尘器。
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