CN113996247A - 一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，包括：回收腔组件、除尘组件、压缩缓存气罐组件、二氧化碳净化回收子系统以及二氧化碳循环子系统；其中，所述二氧化碳净化回收子系统包括一次净化组件、二次净化组件、暂存组件、以及精馏组件，以用于完成对二氧化碳的分离纯化；所述二氧化碳循环子系统包括穿插在白云石钙镁分离中的输气管道、二氧化碳水汽回收管、气液分离器、第一回收管道以及第二回收管道，以将白云石钙镁分离工艺中的一次煅烧、碳化、热解和二次煅烧与所述净化与循环利用装置有机的结合起来，从而完成白云石深加工过程中对二氧化碳的净化和循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳的回收利用，尤其涉及白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法及装置。
背景技术
白云石的深加工过程离不开二氧化碳的参与，其不仅会在煅烧工段和热解工段中分解出二氧化碳气体，还会在碳化工段需要吸收大量的二氧化碳。而二氧化碳又是导致全球气候变暖的温室气体主要成分之一，因此，二氧化碳的减排和净化收集是当前急需解决的重大社会问题。
为了减少白云石深加工过程中二氧化碳的排放和资源上的浪费，便需实现白云石深加工过程中二氧化碳的净化与循环利用。公开号为CN111912242A公开了一种白云石砂煅烧回转窑废气处理系统，包括依次连接的窑尾烟室、空气冷却器、脱硫装置、高温收尘装置、脱硝装置、排风机、烟囱，其将回转窑煅烧后的高温烟气降温后，先采用干法脱硫，然后进行高温除尘，再进行选择性催化还原法脱硝，使得出回转窑废气实现脱硫、除尘、脱硝，废气中污染物浓度达标后经过排风机、烟囱排放。该专利申请文件中所采用的处理系统虽然能够对废气中的污染物进行处理，但是，在不改进工艺或设备的情况下，回转窑中产生的二氧化碳气体的纯度并不高，不适用于将其直接用于碳化工段，而且，该专利申请在经复杂的工艺后也仅达到排放标准，难以实现二氧化碳的循环利用。
鉴于此，有必要提供一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法及装置，以解决或至少缓解上述白云石深加工过程中二氧化碳的净化与回收利用困难的技术缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法及装置，旨在解决现有技术中如何实现白云石深加工过程中二氧化碳的净化与回收利用的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，包括：回收腔组件、除尘组件、压缩缓存气罐组件、二氧化碳净化回收子系统以及二氧化碳循环子系统；
所述回收腔组件包括多块隔板，所述隔板与间接加热式的白云石煅烧炉的顶部以及落料仓的外壁的之间围绕形成排气腔室，所述白云石煅烧炉的进料口、落料仓的落料口以及所述白云石煅烧炉的排气口均与所述排气腔室连通；所述排气腔室通过排气管与所述除尘组件连通；
所述压缩缓存气罐组件的进气口与所述除尘组件的出口连通，并对CO2气体进行压缩和存贮，所述压缩缓存气罐组件包括第一出气口和第二出气口；
所述二氧化碳净化回收子系统与所述第一出气口连通；
所述二氧化碳循环子系统包括输气管道、二氧化碳水汽回收管、气液分离器、第一回收管道以及第二回收管道；其中，所述输气管道连通所述第二出气口以及白云石煅烧钙镁分离工艺的碳化系统；
所述二氧化碳水汽回收管连通所述白云石煅烧钙镁分离工艺的重镁水热解反应器的烟气出口和所述气液分离器的进气口，所述第一回收管道连通所述气液分离器的出气口和所述压缩缓存气罐组件的进气口；
所述第二回收管道连通所述白云石煅烧钙镁分离工艺的碳酸镁煅烧炉的烟气出口和所述除尘组件的进气口。
进一步地，所述除尘组件包括工艺布袋除尘器，所述工艺布袋除尘器上设有引风机，所述工艺布袋除尘器通过所述引风机将所述白云石煅烧炉中产生的二氧化碳气体引入所述工艺布袋除尘器内。
进一步地，所述压缩缓存气罐组件包括螺杆压缩机、换热器、以及缓存气罐；所述除尘组件处理后的所述二氧化碳气体经所述螺杆压缩机压缩，所述螺杆压缩机压缩后的二氧化碳气体经所述换热器加热至常温后输送至所述缓存气罐存贮。
进一步地，所述二氧化碳净化回收子系统包括一次净化组件、二次净化组件、暂存组件、以及精馏组件；其中，
所述一次净化组件用于对所述压缩缓存气罐组件中存贮的二氧化碳气体依次进行压缩、冷凝和气液分离的处理，得首次分离后的二氧化碳液体和待净化气体；
所述二次净化组件用于接收所述首次分离后得到的待净化气体，并对所述首次分离后得到的待净化气体依次压缩、冷凝和气液分离的处理，得二次分离后的二氧化碳液体、待净化气体和待排气体；所述二次净化组件的待净化气体排出口与所述一次净化组件的进气口连通，以对所述二次分离后得到的待净化气体经所述一次净化组件进行再次处理；所述二次净化组件的废气排气口与外部连通，以将所述二次分离后得到的待排气体排出；
所述暂存组件包括第一冷却贮罐和调压阀，所述第一冷却贮罐用于暂存所述首次分离和所述二次分离后得到的二氧化碳液体，所述调压阀用于调节所述第一冷却贮罐的压力；
所述精馏组件包括精馏塔和第二冷却贮罐，所述精馏塔用于接收所述第一冷却贮罐中经调压处理的二氧化碳液体，并对接收的二氧化碳液体进行精馏处理，得纯化后的二氧化碳，所述第二冷却贮罐用于对纯化后的二氧化碳进行冷却暂存。
进一步地，所述一次净化组件包括第一压缩机、第一冷凝器、第一气液分离器；所述二次净化组件包括第二压缩机、第二冷凝器、第二气液分离器；
所述第一压缩机对所述压缩缓存气罐组件中存贮的二氧化碳气体进行压缩处理；所述第一冷凝器对所述第一压缩机压缩后的二氧化碳气体进行冷凝处理，得二氧化碳液体和待分离气体；所述第一气液分离器对所述第一冷凝器中的待分离气体进行气液分离处理，得二氧化碳液体和待净化气体；所述第一冷凝器和所述第一气液分离器中的二氧化碳液体排至所述暂存组件；
所述第二压缩机对所述第一气液分离器中的待净化气体进行压缩处理；所述第二冷凝器对所述第二压缩机压缩后的二氧化碳气体进行冷凝处理，得二氧化碳液体、待排放气体和待分离气体；所述第二气液分离器对所述第二冷凝器中的待分离气体进行气液分离，得二氧化碳液体和待净化气体；
其中，所述第二冷凝器中的待排放气体排至厂区烟囱，所述第二冷凝器和所述第二气液分离器中的二氧化碳液体排至所述暂存组件，所述第二气液分离器中的待净化气体排至所述第一冷凝器。
进一步地，所述二氧化碳净化回收子系统还包括第一加压泵、第二加压泵和液化二氧化碳贮罐；
所述第一冷凝器、所述第一气液分离器、所述第二冷凝器、及所述第二气液分离器中的二氧化碳液体均经所述第一加压泵加压后排至所述第一冷却贮罐中；
所述第二冷却贮罐中的所述纯化后的二氧化碳经所述第二加压泵加压后输送至所述液化二氧化碳贮罐中存贮待用。
进一步地，所述二氧化碳的净化与循环利用装置还包括环集除尘机构，所述环集除尘机构用于收集煅烧进料过程中产生的矿粉扬尘气体，并对收集的矿粉扬尘气体进行除尘处理。
进一步地，所述白云石煅烧炉的进料口与所述白云石煅烧炉的排气口为同一个开口。
本发明还提供一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法，采用如上述任意一项所述的净化与循环利用装置对二氧化碳进行净化与分离回收。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，能够实现白云石深加工过程中二氧化碳的净化与回收利用。
首先，通过设置回收腔组件，使所述进料口和所述排气腔室构成了封闭的排气系统，从而构建了一次煅烧工段中二氧化碳的净化回收通路，该排气系统可以避免烟气与外部的接触，使得烟气自产生至收集均处于相对独立的环境中，保证了二氧化碳的初始纯度；
其次，通过控制烟气回收的时间节点，使烟气回收的起始时间与白云石中碳酸镁的初始分解时间一致，为白云石的预热干燥提供了缓冲时间，避免了回收的二氧化碳中夹杂大量水汽。
此外，通过设置所述二氧化碳水汽回收管、所述气液分离器和所述第一回收管道，构建了热解工段中二氧化碳的净化回收通路；通过设置所述第二回收管道，并将所述第二回收管道与所述除尘组件连通，构建了二次煅烧工段中二氧化碳的净化回收通路；通过设置同时与所述碳化系统和所述压缩缓存气罐组件连通的所述输气管道，构建了二氧化碳的资源利用通路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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方式，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中净化与循环利用装置的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例中净化与循环利用装置的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中白云石煅烧炉与回收腔组件组合的结构示意图；
图4为本发明一个实施例中回收腔组件的结构示意图。
附图标号说明：白云石煅烧炉100；落料仓110；落料斗111；挡板112；排气管113；隔板114；封板115；连通口116；煅烧区117；加热棒118；加热板119；保温层120；出料仓121；循环水冷组件122；
环集收尘罩101；环集布袋除尘器102、厂区烟囱103；除尘组件104、压缩缓存气罐组件105、二氧化碳净化回收子系统106；排气通路10；排气腔室11；工艺布袋除尘器12；螺杆压缩机13；换热器14；缓存气罐15；第一压缩机16；第一冷凝器17；第一气液分离器18；第二压缩机19；第二冷凝器20；第二气液分离器21；第一加压泵22；第一冷却贮罐23；精馏塔24；第二冷却贮罐25；第二加压泵26；液化二氧化碳贮罐27；
一次煅烧工段201；消化工段202；碳化工段203；热解工段204；二次煅烧工段205；回收腔室组件206；气液分离组件207；第一出气口208；第二出气口209；输气管道210；二氧化碳水汽回收管211；第一回收管道212；第二回收管道213。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示（诸如上、下……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
基于白云石的加工工艺，本发明提供了一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，需明确的是，白云石的加工工艺通常包括：一次煅烧工段201；消化工段202；碳化工段203；热解工段204；二次煅烧工段205等；其中，一次煅烧工段201、热解工段204、以及二次煅烧工段205等在运行时均会产生二氧化碳，而碳化工段203在运行时需要持续消耗二氧化碳；此外，一次煅烧工段201和二次煅烧工段205中产生的二氧化碳气体会夹杂有粉尘，热解工段204产生的二氧化碳气体会夹杂有水汽。
参照图1-4所示，所述白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置包括：回收腔组件、除尘组件104、压缩缓存气罐组件10515、二氧化碳净化回收子系统106以及二氧化碳循环子系统。
其中申请人需要说明的是，本申请中的“间接处理”、“间接煅烧处理”和“间接加热处理”均指的是区别于现有的对白云石采用明火的直接煅烧，例如对白云石通过添加焦炭、煤粉的点火直接烧结煅烧加热的方式，或者通过通入燃气等直接在明火中直接煅烧的方式；本申请中的“间接处理”、“间接煅烧处理”和“间接加热处理”指的是通过对炉膛内的物料或者炉壁采用电加热、又或者对炉壁进行加热，使热量直接传导至物料或者经由炉壁传导至物料从而对物料进行煅烧的方式。
作为对所述回收腔组件的说明：所述回收腔组件包括多块隔板114，所述隔板114与间接加热式的白云石煅烧炉10的顶部以及落料仓110的外壁的之间围绕形成排气腔室11，所述白云石煅烧炉的进料口、落料仓110的落料口以及所述白云石煅烧炉的排气口均与所述排气腔室11连通，所述排气腔室11通过排气管113与所述除尘组件104连通，以将所述炉体的煅烧区117内产生的气体通过所述排气腔室11和所述排气管113排放至所述除尘组件104中。具体的，由于隔板114将白云石煅烧炉10以及落料仓110的外壁的之间的空间进行封堵和围绕，形成有排气腔室11，在白云石煅烧过程中，白云石煅烧炉10内由于二氧化碳的分解呈现的是正压状态因此，外部空气不会从煅烧炉的出料口以及进料口进入到炉体内部，也就是说可以避免烟气与外部的接触，使得烟气自产生至收集均处于相对独立的环境中，保证了二氧化碳的初始纯度。另外，所述落料仓110内的堆积物料将外界与所述白云石煅烧炉内部分隔，可以进一步确保烟气自产生至收集均处于相对独立的环境中，保证了二氧化碳的初始纯度。
其中，所述白云石煅烧炉的进料口与所述白云石煅烧炉的排气口可以为同一个开口，在此情况下，统称为连通口116。另外，所述排气腔室11可参照排气通路10中示出的结构进行理解。
所述回收腔组件可以搭配用于对白云石进行间接处理的白云石煅烧炉100（即一次煅烧工段201）一起使用，两者可以是一体成型的，也可采用可拆卸式法人连接方式进行固定。具体地：所述白云石煅烧炉100可以包括自上至下依次设置的落料仓110、炉膛、及出料仓121。
所述炉膛的外壁上覆设有保温层120，所述炉膛的内部形成有至少一个由加热板119围绕而成的煅烧区117，所述炉膛的顶部设置有用于封闭所述炉膛的炉口的且具有至少一个所述连通口116的封板115；所述封板115上固定有至少一个伸入所述煅烧区117内的加热棒118；一般情况下，每个所述煅烧区117内均均匀布置有多个所述加热棒118，以对所述煅烧区117内的白云石进行均匀煅烧。其中。所述加热板119和所述加热棒118可以以电能作为加热的能源。
所述落料仓110设置于所述封板115的上方，所述落料仓110的至少一个落料口通过所述连通口116与所述煅烧区117连通，所述落料口的尺寸小于所述连通口116的尺寸；所述落料仓110的外壁与所述封板115之间通过隔板114围绕形成有密闭的排气腔室11，所述排气腔室11通过至少一个所述连通口116与所述煅烧区117连通。其中，所述落料口可以与所述连通口116平齐，也可略微伸入所述煅烧区117内，以避免所述连通口116被白云石完全堵塞。
其中，所述落料仓110可以包括多个开设有所述落料口的落料斗111，所述落料斗111呈漏斗状，具体地，所述落料仓110可以全部由多个所述落料斗111组成，也可以使所述落料仓110的下部由多个所述落料斗111组成，所述落料仓110的上部由挡板112围绕而成。且，每个所述落料斗111均开设一个所述落料口，相邻两个所述落料斗111的侧壁顶端之间、及所述落料斗111与所述隔板114之间均需密封连接，以确保所述排气腔室11的密封性。
所述出料仓121设置于所述炉膛的下方，至少一个所述出料仓121与所述煅烧区117连通设置，以使所述煅烧区117内的白云石物料穿过所述出料仓121后出料至所述传送机构上。所述出料仓121的外壁上可以设有循环水冷组件122，以用于对煅烧后生成的煅白进行降温。进一步地，所述循环水冷组件122可以设置于所述出料仓121的中下部，且所述循环水冷组件122可以为水冷夹壁，所述水冷夹壁与所述出料仓121的外壁之间可以围绕形成水冷室，以供冷却水的进入及升温后排出。所述出料仓121的外壁上还可以设置震动器，以保持白云石的进出料顺畅。
所述排气管113同时与所述排气腔室11和所述除尘组件104连通设置，以将所述煅烧区117内产生的气体依次通过所述连通口116、所述排气腔室11及所述排气管113排放至所述除尘组件104中。当所述白云石中的碳酸镁开始分解时，开启所述除尘组件104中的引风机，以将所述煅烧区117内产生的气体输送至所述除尘组件104中。所述排气管113与所述排气腔室11的连通处可以设置阀门，以避免前期产生的水分进入所述排气管113中，所述阀门可以与位于外部的控制器通信连接。需了解的是，由于白云石中含有水分，当碳酸镁开始分解时，物料温度在700℃左右，此时白云石中的水分基本被蒸发，因此，回收的二氧化碳中所含水分会较少，后续由于所述落料仓110中会存在预热，因此后续所产生的二氧化碳所含水分也较少。
应明确的是，通过采用回收腔组件，并搭配所述白云石煅烧炉100的间接煅烧，使得煅烧加工无需添加粉煤、焦炭等化石燃料，也无需助燃风。因此，煅烧至一定温度时分解的CO2纯度高，不含SO2、CO、H2S等气体，煅烧过程中分解的大量CO2通过所述回收腔组件中的排气腔室11排出，因煅烧过程中无助燃风的鼓入和外部物质的参与，在所述封闭式回收腔室组件206的封闭作用下，从所述排气腔室11排出进入所述除尘组件104的CO2烟气浓度高达85%左右，其余为11.85%N2及3.15%O2，回收更有价值，工艺更简洁，能耗更低。
生产时，白云石矿通过炉顶的落料仓110落入炉膛自然堆积，并逐渐在所述连通口116处形成沙堆状堆积，堆积的白云石矿锥部周边的连通口116和所述排气腔室11形成完整的所述密闭烟道。加热分解的CO2烟气在引风机的作用下通过密闭烟道进入收尘和CO2回收系统。
在白云石煅烧至温度600~700℃左右时可以开启除尘组件104中的引风机，分解的CO2烟气通过引风机负压抽力从所述排气腔室11和所述排气管113进入所述除尘组件104。期间所述白云石煅烧炉100不断给料，新给料的白云石可以与上升的CO2烟气连续热交换，因此，不但利用了高温CO2烟气对新加入电炉的物料进行了预热，起到合理利用余热之作用，且使得排出的CO2烟气温度低于100℃，使之不因高温烧损除尘组件104，且不造成过多热量的损失，达到一定的节能效果。
作为对所述除尘组件104的说明：所述除尘组件104用于对所述二氧化碳气体进行除尘处理；所述除尘组件104包括工艺布袋除尘器12，所述工艺布袋除尘器12上设有引风机，所述工艺布袋除尘器12通过所述引风机将所述白云石煅烧炉100中产生的二氧化碳气体引入所述工艺布袋除尘器12内。
此外，由于白云石在进料过程中会产生矿粉扬尘，因此，所述二氧化碳的净化与循环利用装置的除尘装置还包括环集除尘机构，所述环集除尘机构用于收集煅烧进料过程中产生的矿粉扬尘气体，并对收集的矿粉扬尘气体进行除尘处理。所述环集除尘机构包括环集收尘罩101、以及与所述环集收尘罩101连通的环集布袋除尘器102；所述环集收尘罩101设置于所述白云石煅烧炉100的上方，用于收集进料过程中产生的矿粉扬尘气体；所述环集布袋除尘器102接收所述环集收尘罩101收集的矿粉扬尘气体，并在对接收的矿粉扬尘气体进行除尘处理后，通过厂区烟囱103将经所述环集布袋除尘器102处理后的气体排出。
应明确的是，本发明设置有环集除尘与工艺除尘两套除尘装置，所述环集布袋除尘器102与炉顶料仓处环集收尘罩101连通，同时用于处理白云石矿运输、装卸及电炉进料时产生的矿粉扬尘；所述工艺布袋除尘器12与所述排气腔室11连通，生产时，所述除尘组件104在物料温度达到600~700℃左右时开启，此时的炉内物料已不含水分，开始大量分解CO2气体，分解的CO2气体在引风机的抽力下经过所述排气腔室11，并与所述落料仓110中的冷料连续热交换，因此排出所述密闭烟道的CO2烟气温度低于100℃，所述排气腔室11与所述排气管113的连通处可以设有CO2气体浓度检测仪，通过烟气中CO2溶度的检测和炉膛内物料温度的实时状态控制所述管路阀门的开闭和所述引风机的启停。经工艺除尘后的烟气CO2浓度可达85%左右，因此可直接用于白云石后续的加工过程，从而制备碳酸镁、碳酸钙等产品。
作为对所述压缩缓存气罐组件105的说明：所述压缩缓存气罐组件10515的进气口与所述除尘组件104的出口连通，并对CO2气体进行压缩和存贮，所述压缩缓存气罐组件10515包括第一出气口208和第二出气口209；其中，所述压缩缓存气罐组件105用于接收经所述除尘组件104处理后的所述二氧化碳气体，并对所述二氧化碳气体依次进行压缩和存贮。
为方便直接用于碳化使用的CO2气体贮存，所述压缩缓存气罐组件105包括螺杆压缩机13、换热器14、以及缓存气罐15；所述除尘组件104处理后的所述二氧化碳气体经所述螺杆压缩机13压缩，所述螺杆压缩机13压缩后的二氧化碳气体经所述换热器14加热至常温后输送至所述缓存气罐15存贮。贮存后的CO2混合气一部分经减压阀排出进入碳化工段203供碳化制备碳酸钙、碳酸镁使用，其余进入二氧化碳净化回收子系统106，当然，两者之间可根据实际情况进行选择。其中，所述螺杆压缩机13设置在引风机后方。
所述螺杆压缩机13将除尘后的低压CO2混合气加压至0.8MPa左右，并经所述换热器14使之保持常温后进入所述缓存气罐15贮存，缓存气罐15内贮存的CO2混合气浓度在85%左右，即可直接减压释放用于煅烧后的煅白碳化过程。
作为对所述二氧化碳净化回收子系统106的说明：所述二氧化碳净化回收子系统106与所述压缩缓存气罐组件105连通，具体地，所述二氧化碳净化回收子系统106与所述第一出气口208连通，用于对所述压缩缓存气罐组件105中存储的部分二氧化碳进行净化和压缩后，生产液化二氧化碳。
所述二氧化碳净化回收子系统106包括一次净化组件、二次净化组件、暂存组件、以及精馏组件。
所述一次净化组件用于对所述压缩缓存气罐组件105中存贮的二氧化碳气体依次进行压缩、冷凝和气液分离的处理，得首次分离后的二氧化碳液体和待净化气体；所述一次净化组件包括第一压缩机16、第一冷凝器17、第一气液分离器18；所述第一压缩机16对所述压缩缓存气罐组件105中存贮的二氧化碳气体进行压缩处理；所述第一冷凝器17对所述第一压缩机16压缩后的二氧化碳气体进行冷凝处理，得二氧化碳液体和待分离气体；所述第一气液分离器18对所述第一冷凝器17中的待分离气体进行气液分离处理，得二氧化碳液体和待净化气体；所述第一冷凝器17和所述第一气液分离器18中的二氧化碳液体排至所述暂存组件。
所述二次净化组件用于接收所述首次分离后得到的待净化气体，并对所述首次分离后得到的待净化气体依次压缩、冷凝和气液分离的处理，得二次分离后的二氧化碳液体、待净化气体和待排气体；所述二次净化组件的待净化气体排出口与所述一次净化组件的进气口连通，以对所述二次分离后得到的待净化气体经所述一次净化组件进行再次处理；所述二次净化组件的废气排气口与外部连通，以将所述二次分离后得到的待排气体排出；所述二次净化组件包括第二压缩机19、第二冷凝器20、第二气液分离器21；所述第二压缩机19对所述第一气液分离器18中的待净化气体进行压缩处理；所述第二冷凝器20对所述第二压缩机19压缩后的二氧化碳气体进行冷凝处理，得二氧化碳液体、待排放气体和待分离气体；所述第二气液分离器21对所述第二冷凝器20中的待分离气体进行气液分离，得二氧化碳液体和待净化气体。
其中，所述第二冷凝器20中的待排放气体排至厂区烟囱103，所述第二冷凝器20和所述第二气液分离器21中的二氧化碳液体排至所述暂存组件，所述第二气液分离器21中的待净化气体排至所述第一冷凝器17。
在净化过程中，二氧化碳气体首先进入一次净化组件，所述一次净化组件将之加压至2.45MPa，冷凝至-12.5℃，析出CO2混合气中约70%质量的CO2液体，其余进入二次净化组件继续加压至2.45MPa左右，并冷凝至-25℃，剩余混合气基本全部液化，不凝气从二次净化组件中的第二冷凝器2020顶部排出至烟囱外排，第二气液分离器21最终分离的少量气体携部分余冷返回所述一次净化系统，以再利用冷能达到节能之效果。所述两次净化系统液化后的CO2纯度约为98%。
经所述第一气液分离器18排出的CO2进入所述第二压缩机19，再次加压至2.45MPa左右后进入所述第二冷凝器20，二次加压后的CO2在所述第二冷凝器20的作用下降至-25℃左右，CO2基本全部液化，不凝气从顶部通往烟囱排出。少量水汽化CO2进入所述第二气液分离器21，分离出的CO2液体与所述第二冷凝器20析出的CO2液体一同泵入暂存组件中，分离出的气体夹带部分冷能返回至所述一次冷凝器入口，以降低能耗和提高回收率。
应明确的是，所述缓存气罐15内CO2混合气进入所述一次净化系统时，所述第一压缩机16将缓存气罐15内0.8MPa来气增压至2.45MPa后输至所述第一冷凝器17内降温至-12.5℃形成气液两相区，此时液化的CO2质量约为70%，液化后的CO2经第一冷凝器17底流排出，其余汽态混合气进入所述第一气液分离器18分离；分离排气仍还有约30%质量的CO2气体，因经所述第一气液分离器18及输送阀门、管道后压力有所损失，所以经所述第一气液分离器18排出的CO2混合气需经所述第二压缩机19再次压缩至2.45MPa，并再经所述第二冷凝器20降温至-25℃后全部液化。经所述一、二次净化系统液化后的CO2纯度可达98%左右，已具备一定的商用价值，但为满足更高的CO2产品质量需求，需进入所述精馏组件中再次提纯至更高纯度。
所述暂存组件包括第一冷却贮罐23和调压阀，所述第一冷却贮罐23用于暂存所述首次分离和所述二次分离后得到的二氧化碳液体，所述调压阀用于调节所述第一冷却贮罐23的压力；具体地，所述第一冷却贮罐23贮存来自加压泵泵入的一、二级净化系统液化后的浓度约为98%CO2，经所述调压阀调压后的CO2进入所述精馏组件再次提纯。
所述精馏组件包括精馏塔24和第二冷却贮罐25，所述精馏塔24用于接收所述第一冷却贮罐23中经调压处理的二氧化碳液体，并对接收的二氧化碳液体进行精馏处理，得纯化后的二氧化碳，所述第二冷却贮罐25用于对纯化后的二氧化碳进行冷却暂存。
因本系统的气体主要源自所述白云石煅烧炉100中白云石的煅烧，而采用所述白云石煅烧炉100煅烧白云石矿所分解的CO2烟气，不含SO2、CO、H2S等杂质气体，因此精馏塔24不需考虑脱硫、除醛等功能，只需调节精馏塔24工作温度，控制CO2沸点使其纯化析出即可，经精馏提纯后的CO2纯度可达99.99%，各项指标均可达食品级二氧化碳GB10621-2006标准。为满足常态贮存及外售运输，精馏后的高纯CO2需再经冷却至-25℃左右，并经再次加压至2.45MPa左右后进入液化CO2贮罐中贮存待用。
此外，所述二氧化碳净化回收子系统106还包括第一加压泵22、第二加压泵26和液化二氧化碳贮罐27。
所述第一冷凝器17、所述第一气液分离器18、所述第二冷凝器20、及所述第二气液分离器21中的二氧化碳液体均经所述第一加压泵22加压后排至所述第一冷却贮罐23中。
所述第二冷却贮罐25中的所述纯化后的二氧化碳经所述第二加压泵26加压后输送至所述液化二氧化碳贮罐27中存贮待用。
应明确的是，经所述一、二次净化组件液化后的CO2液体在所述第一加压泵22的作用下泵入所述第一冷却贮罐23缓存后，经减压进入所述精馏塔24再次提纯。经所述精馏塔24提纯后的CO2进入所述第二冷却贮罐25再次冷却至-25℃缓存，因过程中压力有所损失，需再经所述第二加压泵26加压后2.45MPa后进入所述液化CO2贮罐贮存待售。
作为对所述二氧化碳循环子系统的说明：为了将白云石加工中所产生及消耗的二氧化碳构成循环回路，以实现资源的最大利用，所述二氧化碳循环子系统包括输气管道210、二氧化碳水汽回收管211、气液分离器、第一回收管道212以及第二回收管道213；其中，所述输气管道210连通所述第二出气口209以及白云石煅烧钙镁分离工艺的碳化系统（即碳化工段203），以将所述压缩缓存气罐组件105中部分的二氧化碳传输至所述碳化系统；所述二氧化碳水汽回收管211连通所述白云石煅烧钙镁分离工艺的重镁水热解反应器（即热解工段204）的烟气出口和所述气液分离器的进气口，所述第一回收管道212连通所述气液分离器的出气口和所述压缩缓存气罐组件105的进气口，以将所述重镁水热解反应器中产生的二氧化碳气体回收后传输至所述压缩缓存气罐组件105；所述第二回收管道213连通所述白云石煅烧钙镁分离工艺的碳酸镁煅烧炉（即二次煅烧工段205）的烟气出口和所述除尘组件104的进气口，以将所述碳酸镁煅烧炉产生的二氧化碳在除尘后回收至所述压缩缓存气罐组件105中。
本发明还提供了一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法，采用如上述任意实施方式所述的净化与循环利用装置对二氧化碳进行分离回收。
所述净化与循环利用方法的具体一个实施例为：经过预处理的白云石矿通过进料系统进入所述白云石煅烧炉100的落料仓110中，并规律落入炉膛的煅烧区117内开始升温煅烧，进料过程会产生矿粉扬尘，扬尘经环集收尘罩101捕集进入环集布袋除尘器102中除尘，除尘达标后经厂区烟囱103排放。
所述白云石煅烧炉100持续升温，当升温至物料温度约600~700℃时，炉内白云石矿开始分解出大量CO2烟气，此时所述引风机和所述排气管113开启，分解的CO2烟气在工艺布袋除尘器12配套引风机的负压下进入工艺布袋除尘器12中除尘，分解的高温CO2烟气在炉膛内上升至排气腔室11排出的过程中，不断与所述落料仓110中的冷料进行热交换，因此，排出的CO2烟气温度实测在100℃以内。经工艺除尘达标后的CO2混合气进入螺杆压缩机13加压至0.8MPa，加压过程CO2混合气温度会升高，因此配备换热器14使之保持在常温下0.8MPa，以缩小CO2混合气体积后进入缓存气罐15贮存。需注意的是，白云石热解过程中所用的重镁水热解反应器和二次煅烧过程中所用的碳酸镁煅烧炉中均会产生CO2，因此，需将其分别进行气液分离或除尘后经加压引入所述缓存气罐15中。
根据实际工艺要求，缓存气罐15中贮存的CO2混合气一部分直接减压引入碳化工段203制备碳酸镁、钙等产品；其余进入第一压缩机16加压至约2.45MPa，加压后的CO2混合气进入第一冷凝器17降温至约-12.5℃，此时会析出约70%左右质量的CO2液体，析出的液体CO2从第一冷凝器17底部排出；其余混合气进入第一气液分离器18分离，分离出的液态CO2与第一冷凝器17液化的CO2底流一同经第一加压泵22泵入第一冷却贮罐23；第一气液分离器18分离出的气体进入至第二压缩机19。
实际过程中一次冷凝及一次气液分离过程压力会有所损失，因此第一气液分离器18分离出的气体需经第二压缩机19再次压缩至2.45MPa，再次加压后的气体进入第二冷凝器20降温至-25℃左右，此时剩余30%质量的CO2基本全部液化，液化后的CO2同样从第二冷凝器20底部排出，其余不凝气从第二冷凝器20顶部排出至厂区烟囱103排放。高压低温下会仍有少量汽化气体需进入第二气液分离器21再次分离，分离出的液态CO2汇同第二冷凝器20液化的CO2一同泵入暂存组件的第一冷却贮罐23中。
经过两次压缩冷凝及气液分离得到的液化CO2统一经第一加压泵22泵入暂存组件的冷却贮罐中后，此时的液化CO2纯度实测只有98%左右纯度，并不能满足大多数产品级CO2的纯度要求，因此，液化CO2需再经调压后进入精馏塔24低温精馏，精馏后获得纯度99.99%CO2再进行缓存。因精馏及管道运输过程压力及温度有所损失，因此精馏后的CO2需经再次冷却至约-25℃，并经再次加压至2.45MPa左右后贮存待用。
本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，包括：回收腔组件、除尘组件、压缩缓存气罐组件、二氧化碳净化回收子系统以及二氧化碳循环子系统；
所述回收腔组件包括多块隔板，所述隔板与间接加热式的白云石煅烧炉的顶部以及落料仓的外壁的之间围绕形成排气腔室，所述白云石煅烧炉的进料口、落料仓的落料口以及所述白云石煅烧炉的排气口均与所述排气腔室连通；所述排气腔室通过排气管与所述除尘组件连通；
所述压缩缓存气罐组件的进气口与所述除尘组件的出口连通，并对CO2气体进行压缩和存贮，所述压缩缓存气罐组件包括第一出气口和第二出气口；
所述二氧化碳净化回收子系统与所述第一出气口连通；
所述二氧化碳循环子系统包括输气管道、二氧化碳水汽回收管、气液分离器、第一回收管道以及第二回收管道；其中，所述输气管道连通所述第二出气口以及白云石煅烧钙镁分离工艺的碳化系统；
所述二氧化碳水汽回收管连通所述白云石煅烧钙镁分离工艺的重镁水热解反应器的烟气出口和所述气液分离器的进气口，所述第一回收管道连通所述气液分离器的出气口和所述压缩缓存气罐组件的进气口；
所述第二回收管道连通所述白云石煅烧钙镁分离工艺的碳酸镁煅烧炉的烟气出口和所述除尘组件的进气口。
2.根据权利要求1所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述除尘组件包括工艺布袋除尘器，所述工艺布袋除尘器上设有引风机，所述工艺布袋除尘器通过所述引风机将所述白云石煅烧炉中产生的二氧化碳气体引入所述工艺布袋除尘器内。
3.根据权利要求1所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述压缩缓存气罐组件包括螺杆压缩机、换热器、以及缓存气罐；所述除尘组件处理后的所述二氧化碳气体经所述螺杆压缩机压缩，所述螺杆压缩机压缩后的二氧化碳气体经所述换热器加热至常温后输送至所述缓存气罐存贮。
4.根据权利要求1所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述二氧化碳净化回收子系统包括一次净化组件、二次净化组件、暂存组件、以及精馏组件；其中，
所述一次净化组件用于对所述压缩缓存气罐组件中存贮的二氧化碳气体依次进行压缩、冷凝和气液分离的处理，得首次分离后的二氧化碳液体和待净化气体；
所述二次净化组件用于接收所述首次分离后得到的待净化气体，并对所述首次分离后得到的待净化气体依次压缩、冷凝和气液分离的处理，得二次分离后的二氧化碳液体、待净化气体和待排气体；所述二次净化组件的待净化气体排出口与所述一次净化组件的进气口连通，以对所述二次分离后得到的待净化气体经所述一次净化组件进行再次处理；所述二次净化组件的废气排气口与外部连通，以将所述二次分离后得到的待排气体排出；
所述暂存组件包括第一冷却贮罐和调压阀，所述第一冷却贮罐用于暂存所述首次分离和所述二次分离后得到的二氧化碳液体，所述调压阀用于调节所述第一冷却贮罐的压力；
所述精馏组件包括精馏塔和第二冷却贮罐，所述精馏塔用于接收所述第一冷却贮罐中经调压处理的二氧化碳液体，并对接收的二氧化碳液体进行精馏处理，得纯化后的二氧化碳，所述第二冷却贮罐用于对纯化后的二氧化碳进行冷却暂存。
5.根据权利要求4所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述一次净化组件包括第一压缩机、第一冷凝器、第一气液分离器；所述二次净化组件包括第二压缩机、第二冷凝器、第二气液分离器；
所述第一压缩机对所述压缩缓存气罐组件中存贮的二氧化碳气体进行压缩处理；所述第一冷凝器对所述第一压缩机压缩后的二氧化碳气体进行冷凝处理，得二氧化碳液体和待分离气体；所述第一气液分离器对所述第一冷凝器中的待分离气体进行气液分离处理，得二氧化碳液体和待净化气体；所述第一冷凝器和所述第一气液分离器中的二氧化碳液体排至所述暂存组件；
所述第二压缩机对所述第一气液分离器中的待净化气体进行压缩处理；所述第二冷凝器对所述第二压缩机压缩后的二氧化碳气体进行冷凝处理，得二氧化碳液体、待排放气体和待分离气体；所述第二气液分离器对所述第二冷凝器中的待分离气体进行气液分离，得二氧化碳液体和待净化气体；
其中，所述第二冷凝器中的待排放气体排至厂区烟囱，所述第二冷凝器和所述第二气液分离器中的二氧化碳液体排至所述暂存组件，所述第二气液分离器中的待净化气体排至所述第一冷凝器。
6.根据权利要求5所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述二氧化碳净化回收子系统还包括第一加压泵、第二加压泵和液化二氧化碳贮罐；
所述第一冷凝器、所述第一气液分离器、所述第二冷凝器、及所述第二气液分离器中的二氧化碳液体均经所述第一加压泵加压后排至所述第一冷却贮罐中；
所述第二冷却贮罐中的所述纯化后的二氧化碳经所述第二加压泵加压后输送至所述液化二氧化碳贮罐中存贮待用。
7.根据权利要求1所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述二氧化碳的净化与循环利用装置还包括环集除尘机构，所述环集除尘机构用于收集煅烧进料过程中产生的矿粉扬尘气体，并对收集的矿粉扬尘气体进行除尘处理。
8.根据权利要求1所述的白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用装置，其特征在于，所述白云石煅烧炉的进料口与所述白云石煅烧炉的排气口为同一个开口。
9.一种白云石煅烧二氧化碳的净化与循环利用方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的净化与循环利用装置对二氧化碳进行净化与分离回收。
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