CN113634114A - 一种利用粉煤灰捕集烟气中co2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，该方法包括以下步骤：S1将粉煤灰从灰库中输送至搅拌罐内并加水搅拌制浆，得到粉煤灰浆液A；S2将粉煤灰浆液A输送至超细磨机进行研磨处理，得到粉煤灰浆液B；S3将粉煤灰浆液B、烟气以及添加剂混合进行碳酸化反应；S4将反应后的混合浆液进行分离得到高浓度灰浆，分离产生的循环水送至制浆环节循环利用，反应后的烟气送回烟囱。本发明的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法在捕集烟气中CO2的同时，又可以将制得的高浓度灰浆用于煤矿采空区回填、水泥、路基等进行资源化利用，具有系统简单、流程短、占地面积小、投资和运行成本低的特点，可实现以废治废，具有广泛的应用前景。

Description

一种利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉粉煤灰综合利用、二氧化碳减排技术领域，具体来说，涉及一种利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法。
背景技术
根据国际能源署的统计，2019年中国的碳排放总量是113亿吨，能源领域碳排放是98亿吨，占到了87%，是我国温室气体的主要排放源。一方面从能源消耗侧进行减量控制、光伏、水力、风能等新能源替代；另一方面则是对CO2进行捕集、利用与封存。
据统计，2018年我国粉煤灰的年排放量已经达到5.3亿吨，有些粉煤灰的碱金属（钙、钠、钾等）含量较高，而且其反应活性高，非常适合用于捕集燃煤锅炉烟气中的CO2，捕集过程中获得的最终产品在回填矿井、路基等方面可以得到资源化利用。除此之外，工业生产过程中还有大量的电石渣、钢渣、矿渣等固体废弃物也富含碱金属氧化物。
目前，我国的CO2回收主要是通过化学吸收和变温再生方法将烟气中的CO2分离，再通过压缩、液化、精制等手段得到工业级或食品级CO2产品。现有技术中的典型CO2捕集技术如下：
CN209098535U公开了一种电厂烟气中二氧化碳回收与利用系统，该系统包括如下过程：首先将烟气从烟囱中引出，然后通过溶液吸收烟气中的CO2，再将富集CO2后的溶液在再生塔中进行解析得到高浓度CO2，将高浓度CO2与氢气进行混合反应得到以甲烷为主的合成气，达到CO2高附加值利用的目的。
CN105749728B公开了一种二氧化碳的捕集方法及装置，该方法包括如下过程：利用化学吸收介质在吸收塔内从含有二氧化碳的气体源中吸收二氧化碳气体，生成富吸收液，净化后脱碳净化气从吸收塔顶排出；吸收了二氧化碳的富吸收液与贫吸收液通过换热器进行换热解析出二氧化碳，并生成贫吸收液；解析出的二氧化碳及蒸汽混合物通入蒸汽再压缩装置压缩成为高温高压蒸汽；经冷凝器换热降温后将二氧化碳与其他蒸汽分离。
CN104817102A公开了一种液相间接捕集矿化烟气中CO2的系统装置及工艺，该工艺包括如下过程：使用浓度为2-8mol/l的氢氧化钠或碳酸钠溶液，按照固液比150-500g/l将粉煤灰在100-140℃下进行预脱硅处理，处理后的粉煤灰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CO2吸收塔吸收烟气中的CO2，得到的富集CO2清液继续分离循环使用，脱碳烟气返回至烟道外排；另一部分清液在压力为0.5-3MPa，温度为140-180℃条件下进行碳酸化反应生产高纯度碳酸盐，分离后的高纯度碳酸盐利用萃取装置除渣。得到纯度在99%的碳酸盐，浆液进行碳酸化反应生产高碳酸含量的灰浆。
然而上述方法都存在工艺流程复杂，条件参数要求高，投资、运行成本高，反应时间长等问题；同时，也难以稳定高效地实现煤粉灰资源化利用。因此，开发更加优良的利用粉煤灰捕集CO2的方法具有很好的环境效益，是本领域的研究重点。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，该方法包括以下步骤：
S1 将粉煤灰从灰库中输送至搅拌罐内并加水搅拌制浆，得到粉煤灰浆液A；
S2 将粉煤灰浆液A输送至超细磨机进行研磨处理，得到粉煤灰浆液B；
S3 将粉煤灰浆液B、烟气以及添加剂混合进行碳酸化反应；
S4 将反应后的混合浆液进行分离得到高浓度灰浆，分离产生的循环水送至制浆环节循环利用，反应后的烟气送回烟囱。
优选地，S1中搅拌罐的转速为30r/min～200r/min，例如：30r/min、40r/min、50r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、100r/min、110r/min、120r/min、130r/min、140r/min、150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、190r/min、200r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S1中所述粉煤灰浆液A中粉煤灰的浓度≤60wt%，例如：10wt%、20wt%、30wt%、40wt%、50wt%、60wt%等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S1中所述粉煤灰的粒径≤100μm，例如：30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S2中经过研磨后得到的所述粉煤灰浆液B中粉煤灰的粒径≤8~20μm，例如1μm、2μm、4μm、6μm、8μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S3中所述添加剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠等固体物质中的任意一种或多种的组合，也可以为对应成分的溶液。
优选地，S3中进行碳酸化反应的烟气中CO2分压力为0.01～0.5Mpa，例如0.01MPa、0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S3中进行碳酸化反应的时间为10～30min，例如10min、15min、20min、25min、30min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S3中进行碳酸化反应的温度为30～60℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S4还包括：将反应后的混合浆液分离产生的循环水与粉煤灰混合进行制浆。
优选地，S3中的烟气可以为燃煤锅炉产生的烟气，也可以为其他炉窑或工业生产过程中产生的含有CO2的烟气。
优选地，除该方法中所述的利用粉煤灰外，还可以采用赤泥、电石渣、钢渣等碱性工业固体废物中的任意一种或多种的组合。
优选地，S3中进行碳酸化反应过程中混合浆液的pH在6～9，例如6、6.5、7、7.5、8、8.5、9等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，S3中进行碳酸化反应过程中反应浆液的固含量（质量分数）在10%～60%，例如10%、20%、30%、40%、50%、60%等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明的有益效果：本发明的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法是一种低成本绿色高效CO2捕集技术，在捕集烟气中CO2的同时，又可以将制得的高浓度灰浆用于煤矿采空区回填、水泥、路基等进行资源化利用，与现有技术相比，具有系统简单、流程短、占地面积小、投资和运行成本低的特点，可合理解决粉煤灰资源化利用问题，利用粉煤灰等工业固废物实现了以废治废，具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2方法，包括以下步骤：
S1 将粉煤灰从灰库中输送至搅拌罐内并加水搅拌制浆，得到粉煤灰浆液A；
S2 将粉煤灰浆液A输送至超细磨机进行研磨处理，得到粉煤灰浆液B；
S3 将粉煤灰浆液B、烟气以及添加剂混合进行碳酸化反应；
S4 将反应后的混合浆液进行分离得到高浓度灰浆，分离产生的循环水送至制浆环节循环利用，反应后的烟气送回烟囱。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
本实施例提供了一种利用粉煤灰捕集CO2的方法，其中，粉煤灰使用陕西煤燃烧形成的粉煤灰，烟气使用湿法脱硫后的净烟气。
其中，陕西煤燃烧形成的粉煤灰中氧化硅含量为57.42%，三氧化二铝含量为18.73%，氧化钙含量为12.82%，三氧化二铁含量为4.78%，氧化镁含量为1.18%，氧化钠含量为1.01%，及其他微量成分。湿法脱硫后的净烟气成分为氮气含量为66.42%（体积分数）；氧气含量为6.88%（体积分数）；二氧化碳含量为13.98%（体积分数）；水分含量为12.72%（体积分数）以及其余微量成分（SO2、颗粒物、NOx、CO等）。
具体实施方法为：
S1将粉煤灰从灰库中输送至搅拌罐内并加水搅拌制浆，得到粉煤灰浆液A。搅拌器的转速为180r/min；此处的水为循环水与新鲜水之和，系统在初次启动时，全部为新鲜水；在系统稳定运行之后，循环水与新鲜水的比例为5:2左右。粉煤灰浆液A的浓度为30%，粉煤灰的平均粒径为68μm；
S2将粉煤灰浆液A输送至超细磨机进行研磨处理，得到粉煤灰浆液B，所述粉煤灰浆液B中粒径≤8μm的颗粒占85%；
S3将脱硫后的烟气、碳酸钠、粉煤灰浆液B以0.13：0.037：1的质量比例通入反应器中进行碳酸化反应，反应过程中混合浆液的pH在7.09，固含量在30%；反应器中CO2分压力为0.3MPa。碳酸化反应的时间为30min，反应浆液的温度在52℃。反应后烟气的CO2含量为10.24%（体积分数）。
S4将反应后的混合浆液进行分离得到高浓度灰浆，其含固量为60%，输送至煤矿回填采空区，分离产生的循环水送至制浆环节循环利用，反应后的烟气送回烟囱。
通过本实施例，1吨粉煤灰可捕集48.85kg烟气中的CO2，工艺简单且能实现连续化生产，参数调整快捷方便。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法在捕集烟气中CO2的同时，又可以将制得的高浓度灰浆用于煤矿采空区回填、水泥、路基等进行资源化利用，与现有技术相比，具有系统简单、流程短、占地面积小、投资和运行成本低的特点，可合理解决粉煤灰资源化利用问题，利用粉煤灰等工业固废物实现了以废治废，具有广泛的应用前景。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所述技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所用原料的等效替换及辅助成分的添加。具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 将粉煤灰从灰库中输送至搅拌罐内并加水搅拌制浆，得到粉煤灰浆液A；
S2 将粉煤灰浆液A输送至超细磨机进行研磨处理，得到粉煤灰浆液B；
S3 将粉煤灰浆液B、烟气以及添加剂混合进行碳酸化反应；
S4 将反应后的混合浆液进行分离得到高浓度灰浆，分离产生的循环水送至制浆环节循环利用，反应后的烟气送回烟囱。
2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S1中搅拌罐的转速为30r/min～200r/min。
3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S1中所述粉煤灰浆液A中粉煤灰的浓度≤60wt%，S1中所述粉煤灰的粒径≤100μm，S2中所述粉煤灰浆液B中粉煤灰的粒径≤8~20μm。
4.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S3中所述添加剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S3中进行碳酸化反应的烟气中CO2分压力为0.01～0.5Mpa。
6.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S3中进行碳酸化反应的时间为10～30min。
7.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S3中进行碳酸化反应的温度为30～60℃。
8.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S4进一步包括：将反应后的混合浆液分离产生的循环水与粉煤灰混合进行制浆。
9.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S3中的烟气为燃煤锅炉烟气或应用于水泥、焦化、钢铁行业的工业炉窑产生的烟气。
10.根据权利要求1所述的利用粉煤灰捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，S3中进行碳酸化反应的过程中，混合浆液的pH为6～9，混合浆液的固含量为10wt%～60wt%。
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