CN113731155A - 一种疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置及方法，用于疏浚船舶废气中的CO2捕集并将碳捕集产物用于疏浚淤泥的固化处理。包括CO2吸收塔、循环池、固液分离器、管道混合器。船舶废气进入CO2吸收塔，经氨基酸盐溶液与氧化镁浆料组成的混合吸收剂喷淋吸收，形成碳酸镁固体，通过固液分离器将碳酸镁和氨基酸盐溶液分离，氨基酸盐回流至循环池中循环利用。碳酸镁与疏浚淤泥在管道混合器中混合均匀后排放至水下填筑物。通过本发明技术，一举实现疏浚船舶温室气体减排和疏浚污泥固化。
Description
技术领域
本发明涉及船舶二氧化碳减排与利用领域，尤其涉及一种疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置及方法。
背景技术
疏浚船是一种重要的工程船舶，在港口、航道疏浚、湖泊扩容、填泥造陆、吹沙填岛等方面发挥着不可替代的作用。不同于传统的营运船舶，此类船舶装机功率较高，废气排放量大，随着规制船舶温室气体排放的国际公约及相关规划文件相继出台，减少船舶废气中二氧化碳(CO2)排放已成为各国发展绿色疏浚船舶时要考虑的重要因素。
此外，疏浚淤泥的处理是保证疏浚成效的重要环节之一，常见的疏浚淤泥处理方法除了海水抛卸和陆地堆放之外，还包括排水固结法、自然晾晒法、机械脱水法、热处理法及化学固化法。其中化学固化法因具有处理量大、施工周期短的优点，是目前国际上最常用的方法。我国学者针对疏浚淤泥含水率高的特点，提出了疏浚淤泥流动固化处理工艺，通过向疏浚淤泥中添加一定比例的固化剂(常用为胶结剂、水泥、石灰等)并充分搅拌，使拌合物起初具有一定的流动性，然后逐渐凝固硬化并产生强度，可用于围海造地、港口后方堆场填土或路基填筑材料等。活性氧化镁碳化固化是一种处理软土的创新技术，在常用的水泥中添加适量的氧化镁，通过氧化镁的水化和碳化作用，形成氢氧化镁和三水碳酸镁，能够提高水泥固化土的早期强度，其效果受氧化镁的碳化程度影响显著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将疏浚船舶废气中的CO2捕集后用于疏浚污泥的固化处理的工艺：以镁基复合吸收剂为CO2捕获剂，通过洗涤船舶废气，形成氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁混合胶结剂，再与疏浚污泥混合后进行水下填筑，一举实现疏浚船舶CO2减排和疏浚污泥固化处理。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种疏浚船舶CO2减排与利用装置，包括：CO2吸收塔、循环池、固液分离器和管道混合器；所述CO2吸收塔下部的废气入口和顶部的废气排出口之间设置有吸收层；所述CO2吸收塔底部的吸收液回流口与循环池的进口相连，所述循环池的出口通过循环泵一路与吸收层相连，形成循环回路，另一路经调节阀与固液分离器的进口相连；所述固液分离器的液相出口与循环池的进口相连，固液分离器的固相出口与管道混合器相连；所述管道混合器设置在淤泥输送管道上。
上述技术方案中，进一步地，所述装置还包括浆料罐，所述浆料罐也与循环池相连。
本发明另一方面提供一种疏浚船舶CO2减排与利用方法，具体方法包括以下步骤：
船舶废气经CO2吸收塔的废气入口进入，同时氨基酸盐溶液和氧化镁浆料组成的进入吸收塔的吸收层，进行喷淋吸收CO2，处理后的废气经CO2吸收塔的废气排出口排入大气；
吸收CO2后的混合吸收剂由CO2吸收塔的吸收液回流口进入循环池，经循环泵其中一路进入吸收层进行循环喷淋，另一路进入固液分离器进行固液分离；
分离得到的氨基酸盐溶液回流至循环池中循环利用，分离得到的碳酸镁及未反应的氧化镁、氢氧化镁与疏浚淤泥在管道混合器中混匀后排放至水下填筑物。
上述技术方案中，进一步地，氧化镁浆料存放在浆料罐中，从浆料罐中补充氧化镁浆料至循环池中。
上述技术方案中，进一步地，所述混合吸收剂中，氨基酸盐溶液和氧化镁浆料的配比为氧化镁固含量为5～15wt％，氨基酸盐浓度为0.5～1mol/L。
上述技术方案中，进一步地，所述氨基酸盐为为甘氨酸、精氨酸、丙氨酸、脯氨酸、肌氨酸、赖氨酸的钾盐、钠盐或锂盐的中一种或多种。
本发明是利用氨基酸盐对CO2的高效捕集作用，将气相中的CO2快速吸收到液相中，再与镁离子反应生成碳酸镁，氨基酸盐得到原位再生实现重复利用，而碳捕集产物碳酸镁用于疏浚淤泥的固化。
其发生的化学反应如下：
(1)CO2吸收：
2H2NCH2COO-+CO2→-OOCNHCOO-++H3NCH2COO-
-OOCNHCOO-+H2O→H2NCH2COO-+HCO3 -
HCO3 -→H++CO3 2-
(2)氧化镁水化
MgO+H2O→Mg(OH)2
(3)氢氧化镁溶解：
Mg(OH)2→Mg2++2OH-
(4)碳化反应：
CO3 2-+Mg2+→MgCO3
(5)氨基乙酸盐再生：
+H3NCH2COO-+OH-→H2NCH2COO-+H2O
本发明具有以下有益效果：
1.将船舶碳捕集与疏浚淤泥处理一体化考虑，同步实现疏浚船舶温室气体减排和疏浚污泥固化。
2.采用氨基酸盐-氧化镁的混合吸收剂，既能高效捕集二氧化碳，又能保证氧化镁的碳化程度。
3.以船舶废气中的二氧化碳提高氧化镁的碳化程度，从而可有效提高疏浚污泥的固化强度。
附图说明
图1为一种疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置的结构示意图；
其中：1、废气入口；2、CO2吸收塔，2.1、吸收液回流口，2.2、吸收层；3、循环池；4、循环泵；5、固液分离器；6、淤泥输送管；7、管道混合器；8、水下填筑物；9、浆料罐；10、调节阀；11、废气排出口。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
一种疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置，结构如图1所示，包括：CO2吸收塔2、循环池3、循环泵4、固液分离器5、管道混合器7、浆料罐9、调节阀10；
CO2吸收塔2下部的废气入口1和顶部的废气排出口11之间设置有吸收层2.2；
CO2吸收塔底部的吸收液回流口2.1与循环池3的进口连接；
循环池3的出口通过循环泵5一路与吸收层2.2相连，形成循环回路，另一路经调节阀10与固液分离器5的进口相连；
固液分离器5的液相出口也与循环池3的进口相连，固液分离器5的固相出口与管道混合器7相连；
管道混合器7设置在淤泥输送管道6上；
浆料罐9与循环池3的进口相连。
利用上述疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置进行疏浚船舶二氧化碳减排与利用的方法，包括以下步骤：
船舶废气经船舶废气排气管由CO2吸收塔的废气入口1进入，同时循环池3内氨基酸盐溶液和氧化镁浆料组成的混合吸收剂通过循环泵4进入CO2吸收塔的吸收层2.2，进行喷淋吸收CO2，处理后的废气经CO2吸收塔的废气排出口11排入大气；
吸收CO2后的混合吸收剂由CO2吸收塔2底部的吸收液回流口进入循环池3，经循环泵4其中一路进入CO2吸收塔2的吸收层2.2进行循环喷淋，另一路经调节阀10进入固液分离器5，由于随着循环池3中吸收CO2后的混合吸收剂中的氨基酸盐浓度降低，不能满足CO2吸收塔2中吸收剂的浓度要求，因而将其通入固液分离器5中进行分离；
分离得到的氨基酸盐溶液由液相出口进入至循环池3中循环利用，分离得到的碳酸镁及未反应的氧化镁、氢氧化镁混合物由固液分离器的固相出口排出，再与淤泥输送管6中输送的疏浚淤泥在管道混合器7中混匀后排放至水下填筑物8，用于填海造岸、造岛等。
氧化镁浆料存放在浆料罐9中，从浆料罐9中补充氧化镁浆料至循环池3中。
需要说明的是，具体的混合吸收剂由氧化镁与氨基酸盐按照氧化镁固含量5～15wt％，氨基酸盐浓度0.5～1mol/L的比例配置而成；其中，氨基酸盐为甘氨酸、精氨酸、丙氨酸、脯氨酸、肌氨酸、赖氨酸的钾盐、钠盐或锂盐的一种或多种。
以上实施例仅是本发明的优选施例，并非对于实施方式的限定。本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置，其特征在于，包括：CO2吸收塔(2)、循环池(3)、固液分离器(5)和管道混合器(7)；
所述CO2吸收塔(2)下部的废气入口(1)和顶部的废气排出口(11)之间设置有吸收层(2.2)；
所述CO2吸收塔(2)底部的吸收液回流口(2.1)与循环池(3)的进口相连；
所述循环池(3)的出口通过循环泵(4)一路与吸收层(2.2)相连，形成循环回路，另一路经调节阀(10)与固液分离器(5)的进口相连；
所述固液分离器(5)的液相出口与循环池(3)的进口相连，固液分离器(5)的固相出口与管道混合器(7)相连；
所述管道混合器(7)设置在淤泥输送管道上。
2.根据权利要求1所述的疏浚船舶二氧化碳减排与利用装置，其特征在于，所述装置还包括浆料罐(9)，所述浆料罐(9)也与循环池(3)的进口相连。
3.一种利用权利要求1-2任一项所述装置进行疏浚船舶CO2减排与利用的方法，其特征在于，所述方法包括：
船舶废气经CO2吸收塔(2)的废气入口(1)进入，同时由氨基酸盐溶液和氧化镁浆料组成的混合吸收剂由循环池(3)进入吸收层(2.2)，进行喷淋吸收CO2，处理后的废气经CO2吸收塔(2)的废气排出口(11)排入大气；
吸收CO2后的混合吸收剂由吸收液回流口(2.1)进入循环池(3)，经循环泵(4)其中一路进入吸收层(2.2)进行循环喷淋，另一路进入固液分离器(5)进行固液分离；
分离得到的氨基酸盐溶液回流至循环池(3)中循环利用，分离得到的碳酸镁及未反应的氧化镁、氢氧化镁与疏浚淤泥在管道混合器(7)中混匀后排放至水下填筑物。
4.根据权利要求3所述减排与利用方法，其特征在于，氧化镁浆料存放在浆料罐(9)中，从浆料罐(9)中补充氧化镁浆料至循环池(3)中。
5.根据权利要求3所述减排与利用方法，其特征在于，所述混合吸收剂中氨基酸盐溶液和氧化镁浆料的配比为氧化镁固含量为5～15wt％，氨基酸盐浓度为0.5～1mol/L。
6.根据权利要求3所述减排与利用方法，其特征在于，所述氨基酸盐为为甘氨酸、精氨酸、丙氨酸、脯氨酸、肌氨酸、赖氨酸的钾盐、钠盐或锂盐的中一种或多种。
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