CN113244753A - 烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法 - Google Patents

烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法，装置包括烟气净化系统、热量回收系统、双极膜电渗析系统、脱碳塔、循环通道及产品回收系统，双极膜电渗析系统用于接收工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水并制备氢氧化钠溶液，净化后的烟气与氢氧化钠溶液在脱碳塔内发生化学反应生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，混合溶液由循环通道流回脱碳塔，以使混合溶液继续与烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体，产品回收系统用于将碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼，并利用回收的热量进行干燥得到小苏打产品。通过对浓盐水处理制得氢氧化钠溶液用于烟气碱洗脱碳，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理。

Description

烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，尤其涉及一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法。
背景技术
二氧化碳是主要的温室气体，高浓度的二氧化碳会造成全球气温升高，海平面上升，对人来的生存环境产生巨大的影响。近十年来，全球排放的二氧化碳总量稳定在每年300亿吨以上。2019年，全球化石燃料燃烧的二氧化碳排放量高达368亿吨，中国碳排放量高达115亿吨，总量超过欧美之和。
全球二氧化碳排放中，电厂贡献量最大，约占40％；其次是交通运输，约占 23％；其余22％由钢铁企业和炼油企业等排放。我国的粗钢产量占全球超过50％，钢铁行业的碳排放占全球的60％。而在国内来看，钢铁行业占整个中国碳排放约15％，是所有工业门类中排放最大的行业，钢铁行业碳减排面临巨大的挑战。
对烟气二氧化碳进行分离捕集技术是最有效的碳减排方法之一，工业上分离捕集二氧化碳的方法主要包括吸收分离法、吸附分离法、离子液体法和膜分离法等。目前大多数技术都处于实验室研究阶段，尚未实现工业化推广应用。目前，吸收分离法是较常用的二氧化碳脱除技术，利用二氧化碳与溶剂发生可逆化学反应，生成中间化合物，再控制条件使二氧化碳解吸出来。目前多使用弱碱类的吸收剂，如有机胺类化合物。该类方法技术和工艺较成熟，但吸收剂耗量大，成本高，且二氧化碳解吸能耗高，不能实现资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法，不仅解决了浓盐水的处置问题，节约了有机胺类吸收剂成本，还能够析出碳酸氢钠晶体，有利于分离提纯制备小苏打产品，实现了二氧化碳的资源化利用。
为了达到上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，包括烟气净化系统、热量回收系统、双极膜电渗析系统、脱碳塔、循环通道及产品回收系统，所述烟气净化系统、所述热量回收系统及所述脱碳塔顺次连通，其中：
所述烟气净化系统，用于对烟气进行净化处理；
所述热量回收系统，用于回收净化后的烟气中的热量；
所述双极膜电渗析系统，用于接收工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水并制备氢氧化钠溶液；
所述脱碳塔，与所述热量回收系统及所述双极膜电渗析系统连通，所述脱碳塔的上部设置有第一进液口及下部设置有进气口及第一出液口，所述烟气由所述进气口进入，所述氢氧化钠溶液由所述第一进液口进入并从上往下喷淋，以与所述烟气接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液并通过所述第一出液口排出；
所述循环通道，设置有第二进液口及第二出液口，所述第二进液口与所述第一出液口连通，所述第二出液口与所述第一进液口连通，所述混合溶液由所述第二进液口进入所述循环通道，并从所述第二出液口流回所述脱碳塔，以使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体；
所述产品回收系统，与所述脱碳塔及所述热量回收系统连通，用于将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼，并利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
可选的，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括供水系统，所述供水系统与所述双极膜电渗析系统连通以为所述双极膜电渗析系统输送工业新水。
可选的，所述浓盐水与工业新水的混合比例为1:1.5～2.5。
可选的，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括稀释系统，所述稀释系统设置于所述脱碳塔与所述双极膜电渗析系统之间，用于对所述氢氧化钠溶液进行稀释。
可选的，所述烟气净化系统包括脱硫子系统、脱硝子系统及除尘子系统中的至少一个。
可选的，所述热量回收系统包括换热器，所述净化后的烟气经所述换热器处理后温度介于80℃～100℃之间。
可选的，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括除雾器，所述脱碳塔的上部还设置有出气口，所述除雾器与所述出气口连通，所述烟气经所述除雾器除雾后排放至大气中。
可选的，所述产品回收系统包括顺次连通的稠厚器、离心机及干燥器，所述稠厚器还与所述脱碳塔连通，混有所述碳酸氢钠晶体的溶液经所述稠厚器处理后，通过所述离心机将所述碳酸氢钠晶体分离出来，制得碳酸氢钠滤饼，所述干燥器与所述热量回收系统连通以利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥并得到小苏打产品。
为了达到上述目的，根据本发明的第二个方面，还提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，包括以下步骤：
对烟气进行净化处理，并回收净化后的烟气中的热量；
收集工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水，通过双极膜电渗析系统处理所述浓盐水，制得氢氧化钠溶液；
使所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液；
使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼；
利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
可选的，对烟气进行净化处理包括脱硫、脱硝及除尘中的至少一种。
可选的，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液的步骤具体包括：
使所述烟气从脱碳塔的下部进入所述脱碳塔，同时使所述氢氧化钠溶液从所述脱碳塔的上部进入所述脱碳塔；
所述氢氧化钠溶液从上往下喷淋并与所述烟气接触，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。
可选的，所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应的时间介于 4s～20s之间。
可选的，使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体的步骤具体包括：
所述混合溶液从所述脱碳塔的塔底排出并通过循环通道与所述氢氧化钠溶液混合后从所述脱碳塔的上部进入所述脱碳塔；
所述混合溶液及所述氢氧化钠溶液从上往下喷淋并与所述烟气接触，直至析出碳酸氢钠晶体。
可选的，所述烟气经所述脱碳塔脱碳后，通过除雾器处理后排放至大气中。
可选的，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应之前，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用方法还包括：
对所述氢氧化钠溶液进行稀释。
可选的，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼的步骤具体包括：
通过稠厚器对混有所述碳酸氢钠晶体的溶液进行处理，并通过离心机将所述碳酸氢钠晶体分离出来，制得碳酸氢钠滤饼。
本发明提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法，通过对工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水进行处理并制备用于烟气碱洗脱碳的氢氧化钠溶液，不仅解决了浓盐水的处置问题，同时还节约了有机胺类吸收剂成本，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理。并且，烟气处理过程中产生的碳酸钠、碳酸氢钠副产物，可作为废水处理药剂，形成以“废”制“废”的综合资源化修复技术。此外，碱洗脱碳产生的碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液通过循环吸收，保证过量吸收二氧化碳，以析出碳酸氢钠晶体，有利于分离提纯制备小苏打产品，实现了二氧化碳的资源化利用。在打好污染防治攻坚战的同时，实现了减污降碳协同效应。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1为本发明实施例提供的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法的步骤图；
图3为本发明实施例提供的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法的流程图。
附图中：
10-烟气净化系统；20-热量回收系统；30-双极膜电渗析系统；40-脱碳塔； 50-循环通道；60-产品回收系统。
具体实施方式
正如背景技术所述，目前，吸收分离法是较常用的二氧化碳脱除技术，利用二氧化碳与溶剂发生可逆化学反应，生成中间化合物，再控制条件使二氧化碳解吸出来。目前多使用弱碱类的吸收剂，如有机胺类化合物。该类方法技术和工艺较成熟，但吸收剂耗量大，成本高，且二氧化碳解吸能耗高，不能实现资源化利用。
故需要选用其他的碱液，例如氢氧化钠溶液，以提高对烟气的脱碳能力。
为践行国家长江大保护规划，同时提高水资源利用率，缓解部分区域水资源短缺的问题，国内越来越多的企业对工业废水实施深度回用，力争实现废水零排放。目前，生化处理后的高浓盐水零排放处理流程，可分为预处理、浓缩和浓缩液处理3个阶段。对于最终浓缩液的处理，现阶段主要以热法为主，将浓盐水的浓缩液进行蒸发结晶/喷雾干燥，回收固体盐以及淡水。但该过程一次性投资成本和过程能耗较大，且得到的结晶盐因纯度较低，面临二次销售的难题。如何实现浓盐水的浓缩液的处置是目前关注的焦点问题。
为同时解决上述问题，本发明提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法，通过对工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水进行处理并制备用于烟气碱洗脱碳的氢氧化钠溶液，不仅解决了浓盐水的处置问题，同时还节约了有机胺类吸收剂成本，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理，具有很好的经济效益和社会效益。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。
本发明的核心思想在于提供一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法，不仅能够解决现有的吸收剂耗量大，成本高，且二氧化碳解吸能耗高，不能实现资源化利用的问题，同时还实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理。
所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置包括烟气净化系统、热量回收系统、双极膜电渗析系统、脱碳塔、循环通道及产品回收系统，所述烟气净化系统、所述热量回收系统及所述脱碳塔顺次连通，其中：
所述烟气净化系统，用于对烟气进行净化处理；
所述热量回收系统，用于回收净化后的烟气中的热量；
所述双极膜电渗析系统，用于接收工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水并制备氢氧化钠溶液；
所述脱碳塔，与所述热量回收系统及所述双极膜电渗析系统连通，所述脱碳塔的上部设置有第一进液口及下部设置有进气口及第一出液口，所述烟气由所述进气口进入，所述氢氧化钠溶液由所述第一进液口进入并从上往下喷淋，以与所述烟气接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液并通过所述第一出液口排出；
所述循环通道，设置有第二进液口及第二出液口，所述第二进液口与所述第一出液口连通，所述第二出液口与所述第一进液口连通，所述混合溶液由所述第二进液口进入所述循环通道，并从所述第二出液口流回所述脱碳塔，以使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体；
所述产品回收系统，与所述脱碳塔及所述热量回收系统连通，用于将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼，并利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
所述烟气二氧化碳回收及资源化利用方法包括以下步骤：
对烟气进行净化处理，并回收净化后的烟气中的热量；
收集工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水，通过双极膜电渗析系统处理所述浓盐水，制得氢氧化钠溶液；
使所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液；
使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼；
利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
如此配置，通过对工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水进行处理并制备用于烟气碱洗脱碳的氢氧化钠溶液，不仅解决了浓盐水的处置微调，同时还节约了有机胺类吸收剂成本，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理。并且，烟气处理过程中产生的碳酸钠、碳酸氢钠副产物，可作为废水处理药剂，形成以“废”制“废”的综合资源化修复技术。此外，碱洗脱碳产生的碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液通过循环吸收，保证过量吸收二氧化碳，以析出碳酸氢钠晶体，有利于分离提纯制备小苏打产品，实现了二氧化碳的资源化利用。在打好污染防治攻坚战的同时，实现了减污降碳协同效应。
以下参考附图进行描述。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置的示意图。本实施例提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，包括烟气净化系统10、热量回收系统20、双极膜电渗析系统30、脱碳塔40、循环通道50及产品回收系统60，所述烟气净化系统10、所述热量回收系统20及所述脱碳塔40顺次连通，其中：
所述烟气净化系统10，用于对烟气进行净化处理；
所述热量回收系统20，用于回收净化后的烟气中的热量；
所述双极膜电渗析系统30，用于接收工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水并制备氢氧化钠溶液；
所述脱碳塔40，与所述热量回收系统20及所述双极膜电渗析系统30连通，所述脱碳塔40的上部设置有第一进液口及下部设置有进气口及第一出液口，所述烟气由所述进气口进入，所述氢氧化钠溶液由所述第一进液口进入并从上往下喷淋，以与所述烟气接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液并通过所述第一出液口排出；
所述循环通道50，设置有第二进液口及第二出液口，所述第二进液口与所述第一出液口连通，所述第二出液口与所述第一进液口连通，所述混合溶液由所述第二进液口进入所述循环通道50，并从所述第二出液口流回所述脱碳塔40，以使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体；
所述产品回收系统60，与所述脱碳塔40及所述热量回收系统20连通，用于将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼，并利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
通过双极膜电渗析系统30处理所述浓盐水，制得氢氧化钠溶液，解决了浓盐水的处置问题，避免了杂盐产生，提高资源利用率。通过脱碳塔40将制得的氢氧化钠溶液用于烟气碱洗脱碳，节约了有机胺类吸收剂成本，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理，能够在钢铁行业、电力行业实现废水治理和二氧化碳回收利用联产。同时烟气处理过程中产生的碳酸钠、碳酸氢钠副产物，可作为废水处理药剂，形成以“废”制“废”的综合资源化修复技术。此外，碱洗脱碳产生的碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液通过循环通道50流回所述脱碳塔40进行循环吸收，保证过量吸收二氧化碳，以析出碳酸氢钠晶体，有利于产品回收系统60分离提纯制备小苏打产品，实现了二氧化碳的资源化利用。在打好污染防治攻坚战的同时，实现了减污降碳协同效应。
本实施例中，所述烟气净化系统10包括脱硫子系统、脱硝子系统及除尘子系统中的至少一个。也就是说，通过所述烟气净化系统10可对烟气进行脱硫处理、脱硝处理或除尘处理。所述脱硫子系统、所述脱硝子系统及所述除尘子系统均为市面上常见的脱硫设备、脱硝设备及除尘设备，所述脱硫设备例如是脱硫吸收塔，所述脱硝设备例如是SCR装置，例如所述除尘设备例如是湿式电除尘器。或者，也可以是集成脱硫、脱硝和除尘为一体的设备，本申请对此不作任何限制。
本实施例中，所述热量回收系统20包括换热器，所述净化后的烟气经所述换热器处理后温度介于80℃～100℃之间。所述换热器能够回收净化后的烟气中的热量，以便后面干燥碳酸氢钠晶体时使用，有效的回收利用了净化后的烟气中的热量，节约了能源。
降温后的烟气从脱碳塔40下部的进气口进入，与脱碳塔40上部的第一进液口喷淋而下的氢氧化钠溶液逆向直接接触，烟气中的二氧化碳与氢氧化钠溶液发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。其中，氢氧化钠溶液用量根据烟气量和烟气中二氧化碳含量而定。由于氢氧化钠溶液对二氧化碳吸收率高，碱洗烟气的脱碳效率可达到50％～99％，是较佳的处理方法，能够极大地节约有机胺类吸收剂的成本。
本实施例中，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括除雾器，所述脱碳塔40的上部还设置有出气口，所述除雾器与所述出气口连通，所述烟气经所述除雾器除雾后排放至大气中。所述烟气脱碳后从所述出气口进入所述除雾器，由于脱碳后的烟气温度50℃～70℃，可经过除雾器除雾后直接排放至大气中。
具体的，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括供水系统，所述供水系统与所述双极膜电渗析系统连通以为所述双极膜电渗析系统输送工业新水。所述双极膜电渗析系统30至少包括双极膜，双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层、界面亲水层和阴离子交换层复合而成，在直流电场作用下，双极膜可将浓盐水和工业新水的混合溶液进行离解，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子，进而制得盐酸及氢氧化钠溶液。利用双极膜电渗析系统30 处理工业废水制备氢氧化钠，用于烟气碱洗脱碳，实现了氢氧化钠溶液的资源化利用。
本实施例中，所述浓盐水是钢铁、煤化工、电力等行业的工业废水在零排放处理过程中经纳滤分盐、膜浓缩处理后形成的，其中氯化钠含量14％～16％，钙镁离子浓度小于0.5mg/L。
更进一步的，所述浓盐水和所述工业新水按照1：1.5～2.5比例混合进入双极膜电渗析系统30，经过双极膜电渗析系统30处理后，产出6％～10％盐酸和 5％～10％的氢氧化钠。得到的盐酸可用于水处理过程调节pH或制备铝基、铁基混凝剂，所述氢氧化钠溶液则用于烟气二氧化碳的吸收回用。
更进一步的，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括稀释系统(图中未示出)，所述稀释系统设置于所述脱碳塔40与所述双极膜电渗析系统30之间，用于对所述氢氧化钠溶液进行稀释，以便于更好的吸收烟气中的二氧化碳。本实施例中，所述氢氧化钠溶液浓度稀释至4％～8％，用于烟气二氧化碳的吸收回用。
本实施例中，所述产品回收系统60包括顺次连通的稠厚器、离心机及干燥器，所述稠厚器还与所述脱碳塔40连通，混有所述碳酸氢钠晶体的溶液经所述稠厚器增厚处理后，通过所述离心机将所述碳酸氢钠晶体分离出来，制得碳酸氢钠滤饼，所述干燥器与所述热量回收系统20连通以利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥并得到小苏打产品。干燥后的碳酸氢钠物料可作为小苏打产品进行销售，提高了副产品碳酸氢钠的附加值，可用于工业和饲料添加剂。
基于此，本实施例还提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，请参照图2-图3，图2为本发明实施例提供的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法的步骤图，图3为本发明实施例提供的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法的流程图。所述烟气二氧化碳回收及资源化利用方法包括以下步骤：
S1、对烟气进行净化处理，并回收净化后的烟气中的热量；
S2、收集工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水，通过双极膜电渗析系统处理所述浓盐水，制得氢氧化钠溶液；
S3、使所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液；
S4、使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼；
S5、利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
通过双极膜电渗析系统处理浓盐水，制得氢氧化钠溶液，解决了浓盐水的处置问题，避免了杂盐产生，提高资源利用率。通过将制得的氢氧化钠溶液用于烟气碱洗脱碳，节约了有机胺类吸收剂成本，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理，能够在钢铁行业、电力行业实现废水治理和二氧化碳回收利用联产。同时烟气处理过程中产生的碳酸钠、碳酸氢钠副产物，可作为废水处理药剂，形成以“废”制“废”的综合资源化修复技术。此外，碱洗脱碳产生的碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液通过循环吸收，保证过量吸收二氧化碳，以析出碳酸氢钠晶体，有利于分离提纯制备小苏打产品，实现了二氧化碳的资源化利用。在打好污染防治攻坚战的同时，实现了减污降碳协同效应。
具体的，先执行步骤S1，对烟气进行净化处理，并回收净化后的烟气中的热量。本实施例中，对烟气进行净化处理包括脱硫、脱硝及除尘中的至少一种。所述烟气脱硫的方法包括但不限于是石灰石-石膏法、海水脱硫法、双碱法、可再生胺脱硫法、循环流化床脱硫法及炉内喷钙炉后增湿活化法，所述脱硝的方法包括但不限于是燃烧脱硝法、选择性催化还原法、选择性非催化还原法及湿法烟气脱硝法。当然，所述脱硫和脱硝也可以同时进行，对烟气同时脱硫脱硝的方法包括但不限于是电子束照射法、电晕放电法、气固催化法、湿式络合吸收法及尿素净化法。所述除尘的方法包括但不限于是袋式除尘器技术、电除尘器技术和电袋结合除尘器技术。
净化后烟气中二氧化碳体积比10％～30％，温度介于120℃～180℃之间。烟气进入热量回收系统，回收净化后的烟气中的热量，以便后面干燥碳酸氢钠晶体时使用，经换热器冷却至温度介于80℃～100℃之间。
然后执行步骤S2，收集工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水，通过双极膜电渗析系统处理所述浓盐水，制得氢氧化钠溶液。利用双极膜电渗析系统制备氢氧化钠溶液用于烟气碱洗脱碳，实现了氢氧化钠溶液的资源化利用。同时，利用双极膜电渗析系统处理浓盐水制备盐酸及氢氧化钠溶液，解决了浓盐水的处置问题，避免了杂盐产生，能够在钢铁行业、电力行业实现废水治理和二氧化碳回收利用联产，提高资源利用率。
本实施例中，所述浓盐水是钢铁、煤化工、电力等行业的工业废水在零排放处理过程中经纳滤分盐、膜浓缩处理后形成的，其中氯化钠含量14％～16％，钙镁离子浓度小于0.5mg/L。
更进一步的，所述浓盐水和所述工业新水按照1：1.5～2.5比例混合进入双极膜电渗析系统，经过双极膜处理后，产出6％～10％盐酸和5％～10％的氢氧化钠。得到的盐酸可用于水处理过程调节pH或制备铝基、铁基混凝剂，所述氢氧化钠溶液用于烟气二氧化碳的吸收回用。
本实施例中，所述步骤S1与所述步骤S2可以同时进行，也可以分开进行，本申请对此不作任何限制。
接着执行步骤S3，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。由于氢氧化钠对二氧化碳吸收率高，碱洗烟气的脱碳效率达到50％～99％，是较佳的处理方法，能够极大地节约有机胺类吸收剂的成本。
本实施例中，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应之前，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用方法还包括：
对所述氢氧化钠溶液进行稀释。本实施例中，所述氢氧化钠溶液浓度稀释至 4％～8％，用于烟气二氧化碳的吸收回用。
进一步的，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液的步骤具体包括：
使所述烟气从脱碳塔的下部进入所述脱碳塔，同时使所述氢氧化钠溶液从所述脱碳塔的上部进入所述脱碳塔；
所述氢氧化钠溶液从上往下喷淋并与所述烟气接触，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。
降温后的烟气从脱碳塔下部进入，与脱碳塔上部喷淋而下的氢氧化钠溶液逆向直接接触，烟气中的二氧化碳与氢氧化钠溶液发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。氢氧化钠溶液用量根据烟气量和烟气中二氧化碳含量而定。由于氢氧化钠对二氧化碳吸收率高，碱洗烟气的脱碳效率达到50％～99％。脱碳后的烟气温度50℃～70℃，可经过除雾器除雾后直接排放至大气中。
本实施例中，烟气处理过程中产生的碳酸钠、碳酸氢钠副产物，可作为废水处理药剂，形成以“废”制“废”的综合资源化修复技术。
本实施例中，所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应的时间介于4s～20s之间。
接着，执行步骤S4，使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼。也就是说，脱碳生成的混合溶液可再次回到脱碳塔继续吸收二氧化碳，通过循环吸收保证过量吸收二氧化碳，提高了混合溶液中碳酸氢钠的纯度，有利于碳酸氢钠分离提纯制备小苏打产品，实现二氧化碳的资源化利用。
进一步的，使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体的步骤具体包括：
所述混合溶液从所述脱碳塔的塔底排出并通过循环通道与所述氢氧化钠溶液混合后从所述脱碳塔的上部进入所述脱碳塔；
所述混合溶液及所述氢氧化钠溶液从上往下喷淋并与所述烟气接触，直至析出碳酸氢钠晶体。
或者，脱碳生成的混合溶液可直接从塔底排出，用于水处理调节pH。
最后执行步骤S5，利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。由于干燥的热量来源于净化后的烟气中的回收的热量，极大地节省了能源。
本实施例中，待碳酸氢钠晶体生成后从脱碳塔的塔底排出，经过稠厚器增厚，进入离心机分离，将分离得到的碳酸氢钠滤饼送入气流干燥装置进行干燥。气流干燥的热量可利用烟气道的烟气余热，极大节省了能源。干燥后的碳酸氢钠物料可作为小苏打产品进行销售，提高了副产品碳酸氢钠的附加值，可用于工业和饲料添加剂。
下面为采用上述烟气二氧化碳回收及资源化利用方法对烟气进行处理的具体实施例。
某钢铁厂焦化废水零排放处理过程中，经纳滤分盐、膜浓缩生成了40m3/h 的浓盐水，其中氯化钠含量15％，钙镁离子浓度小于0.5mg/L。浓盐水和工业新水按照1：2比例混合进入双极膜电渗析系统，经过双极膜电渗析系统处理后，产出40.8m3/h的盐酸和40.8m3/h氢氧化钠溶液，所述盐酸的浓度为7.3％，所述氢氧化钠溶液的浓度为8％。盐酸用于制备铝基混凝剂；氢氧化钠溶液浓度稀释至6％，约54m3/h，用于烟气二氧化碳的吸收回用。
钢铁厂某锅炉的烟气量为10000m3/h，经过脱硫、脱硝和除尘净化后，烟气中二氧化碳体积比20％，温度150℃。烟气进入热量回收系统，经换热器冷却至温度80℃。降温后的烟气从脱碳塔下部进入，与脱碳塔上部喷淋而下的循环碱液逆向直接接触，烟气中的二氧化碳与氢氧化钠溶液发生反应，反应过程持续时间12s，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。氢氧化钠耗量约为48t/h，碱洗烟气的脱碳效率达到80％。脱碳后的烟气温度60℃，经过除雾器除雾后排空。
脱碳生成的混合溶液进入塔底，经循环提升与碱液混合后进入脱碳塔顶部循环喷洒，保证过量吸收二氧化碳，提高混合溶液中碳酸氢钠的浓度和纯度。待碳酸氢钠结晶生成后从塔底排出，经过稠厚器增厚，进入离心机分离。将分离得到的碳酸氢钠滤饼送入气流干燥装置进行干燥。气流干燥的热量可利用烟气道的烟气余热，极大节省了能源。干燥后的碳酸氢钠物料可作为小苏打产品进行销售，提高了副产品碳酸氢钠的附加值，可用作饲料添加剂。
综上，本发明实施例提供了一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置及方法，通过双极膜电渗析系统处理工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水，制得氢氧化钠溶液，解决了浓盐水的处置问题，避免了杂盐产生，提高资源利用率。通过脱碳塔将制得的氢氧化钠溶液用于烟气碱洗脱碳，节约了有机胺类吸收剂成本，实现了工业废水零排放和烟气脱碳的耦合处理，能够在钢铁行业、电力行业实现废水治理和二氧化碳回收利用联产。同时烟气处理过程中产生的碳酸钠、碳酸氢钠副产物，可作为废水处理药剂，形成以“废”制“废”的综合资源化修复技术。此外，碱洗脱碳产生的碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液通过循环通道流回所述脱碳塔进行循环吸收，保证过量吸收二氧化碳，以析出碳酸氢钠晶体，有利于产品回收系统分离提纯制备小苏打产品，实现了二氧化碳的资源化利用。在打好污染防治攻坚战的同时，实现了减污降碳协同效应。
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (16)

1.一种烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，包括烟气净化系统、热量回收系统、双极膜电渗析系统、脱碳塔、循环通道及产品回收系统，所述烟气净化系统、所述热量回收系统及所述脱碳塔顺次连通，其中：
所述烟气净化系统，用于对烟气进行净化处理；
所述热量回收系统，用于回收净化后的烟气中的热量；
所述双极膜电渗析系统，用于接收工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水并制备氢氧化钠溶液；
所述脱碳塔，与所述热量回收系统及所述双极膜电渗析系统连通，所述脱碳塔的上部设置有第一进液口及下部设置有进气口及第一出液口，所述烟气由所述进气口进入，所述氢氧化钠溶液由所述第一进液口进入并从上往下喷淋，以与所述烟气接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液并通过所述第一出液口排出；
所述循环通道，设置有第二进液口及第二出液口，所述第二进液口与所述第一出液口连通，所述第二出液口与所述第一进液口连通，所述混合溶液由所述第二进液口进入所述循环通道，并从所述第二出液口流回所述脱碳塔，以使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体；
所述产品回收系统，与所述脱碳塔及所述热量回收系统连通，用于将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼，并利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
2.如权利要求1所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括供水系统，所述供水系统与所述双极膜电渗析系统连通以为所述双极膜电渗析系统输送工业新水。
3.如权利要求2所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述浓盐水与工业新水的混合比例为1:1.5～2.5。
4.如权利要求1所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括稀释系统，所述稀释系统设置于所述脱碳塔与所述双极膜电渗析系统之间，用于对所述氢氧化钠溶液进行稀释。
5.如权利要求1所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述烟气净化系统包括脱硫子系统、脱硝子系统及除尘子系统中的至少一个。
6.如权利要求1所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述热量回收系统包括换热器，所述净化后的烟气经所述换热器处理后温度介于80℃～100℃之间。
7.如权利要求1所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用装置还包括除雾器，所述脱碳塔的上部还设置有出气口，所述除雾器与所述出气口连通，所述烟气经所述除雾器除雾后排放至大气中。
8.如权利要求1所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用装置，其特征在于，所述产品回收系统包括顺次连通的稠厚器、离心机及干燥器，所述稠厚器还与所述脱碳塔连通，混有所述碳酸氢钠晶体的溶液经所述稠厚器处理后，通过所述离心机将所述碳酸氢钠晶体分离出来，制得碳酸氢钠滤饼，所述干燥器与所述热量回收系统连通以利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥并得到小苏打产品。
9.一种烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
对烟气进行净化处理，并回收净化后的烟气中的热量；
收集工业废水在零排放处理过程中形成的浓盐水，通过双极膜电渗析系统处理所述浓盐水，制得氢氧化钠溶液；
使所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液；
使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼；
利用所述回收的热量对所述碳酸氢钠滤饼进行干燥得到小苏打产品。
10.如权利要求9所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，对烟气进行净化处理包括脱硫、脱硝及除尘中的至少一种。
11.如权利要求9所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液的步骤具体包括：
使所述烟气从脱碳塔的下部进入所述脱碳塔，同时使所述氢氧化钠溶液从所述脱碳塔的上部进入所述脱碳塔；
所述氢氧化钠溶液从上往下喷淋并与所述烟气接触，生成碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。
12.如权利要求11所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，所述烟气与所述氢氧化钠溶液接触并发生化学反应的时间介于4s～20s之间。
13.如权利要求11所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，使所述混合溶液继续与所述烟气接触直至析出碳酸氢钠晶体的步骤具体包括：
所述混合溶液从所述脱碳塔的塔底排出并通过循环通道与所述氢氧化钠溶液混合后从所述脱碳塔的上部进入所述脱碳塔；
所述混合溶液及所述氢氧化钠溶液从上往下喷淋并与所述烟气接触，直至析出碳酸氢钠晶体。
14.如权利要求11所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，所述烟气经所述脱碳塔脱碳后，通过除雾器处理后排放至大气中。
15.如权利要求9所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，使所述烟气与氢氧化钠溶液接触并发生化学反应之前，所述烟气二氧化碳回收及资源化利用方法还包括：
对所述氢氧化钠溶液进行稀释。
16.如权利要求9所述的烟气二氧化碳回收及资源化利用方法，其特征在于，将所述碳酸氢钠晶体分离出来得到碳酸氢钠滤饼的步骤具体包括：
通过稠厚器对混有所述碳酸氢钠晶体的溶液进行处理，并通过离心机将所述碳酸氢钠晶体分离出来，制得碳酸氢钠滤饼。
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