CN114432832A - 一种钢铁厂余热驱动空气捕集co2的系统及co2的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于碳减排技术领域，具体涉及一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统及CO2的使用方法，包括：钢铁厂余热回收模块、预处理模块、循环吸附热脱附模块、CO2储存模块和CO2利用模块；钢铁厂余热回收模块，用于对熔融钢渣进行余热回收；预处理模块，用于捕集和预处理吸入的空气；循环吸附热脱附模块，用于通过二回程或三回程的空气吸附回路吸附空气中的CO2，并对吸附后的CO2进行热脱附；CO2储存模块，用于储存热脱附后的CO2；CO2利用模块，用于对储存的CO2进行利用。本发明通过钢铁厂余热回收模块、预处理模块、循环吸附热脱附模块、CO2储存模块和CO2利用模块，不仅利用了钢铁厂的余热进行碳捕获，还将捕获得到的CO2参与到钢铁厂生产过程中，避免了传输成本。

Description

一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统及CO2的使用方法
技术领域
本发明属于碳减排技术领域，具体涉及一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统及CO2的使用方法。
背景技术
钢铁工业在生产过程中，不仅需要投入大量的物质资源和能量资源，还排放了大量的二氧化碳，一氧化碳，二氧化硫，硫化氢等废气进入大气，夹带的大量灰尘形成大气的颗粒污染物；钢铁厂外排的废水夹带大量的油污和有机物造成江河湖泊水体污染。
钢铁冶炼时，会产生大量高温钢渣，由于难以储存利用该热能，目前大多数钢厂都采用露天泼渣打水冷却，来对钢渣进行降温。或是采用浅盘热泼法、风淬法、闷罐法以及粒化轮水淬法等对钢渣进行处理，然而这些方法都未对钢渣中的热能做到充分利用，造成大量能源的浪费。因此，迫切需要一种新的节能减排技术应用到钢铁企业的生产中，以遏制越来越严重的钢铁污染。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统及CO2的使用方法，以解决钢铁冶炼时产生的大量高温钢渣中的余热未能进行充分利用，造成能源浪费的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一方面，本发明提供一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，包括：钢铁厂余热回收模块、预处理模块、循环吸附热脱附模块、CO2储存模块和CO2利用模块；
钢铁厂余热回收模块，用于对熔融钢渣进行余热回收；
预处理模块，用于捕集和预处理吸入的空气；
循环吸附热脱附模块，用于通过二回程或三回程的空气吸附回路吸附空气中的CO2，并对吸附后的CO2进行热脱附；
CO2储存模块，用于储存热脱附后的CO2；
CO2利用模块，用于对储存的CO2进行利用。
进一步的，所述钢铁厂余热回收模块包括：液态钢渣缓存罐、液态钢渣离心粒化装置、换热移动床和游离氧化钙消解设备；液态钢渣缓存罐、液态钢渣离心粒化装置、换热移动床和游离氧化钙消解设备依次连接；换热移动床上设有水入口、水蒸气出口、冷空气入口和热空气出口；游离氧化钙消解设备上设有富集的二氧化碳物流入口。
进一步的，所述预处理模块包括第一通风装置和预处理装置；第一通风装置中设置有多组文丘里管；文丘里管的一端通向大气，另一端连接预处理装置。
进一步的，所述第一通风装置为自动追风装置，随着风向进行转动，保证第一通风装置的进气口-出气口方向与风的流向平行一致或与风的流向夹角小于10°。
进一步的，所述循环吸附热脱附模块包括第二通风装置、吸附再生室、圆形钢板门、吸附剂负载模块、换热管道、CO2浓度检测器，吸附再生室一端连接预处理装置；另一端连接第二通风装置；吸附再生室的进气口和出气口处各设有一个圆形钢板门；吸附再生室的进气口和出气口之间设有多个吸附剂负载模块；吸附再生室内设置有多个固体吸附单元，每个固体吸附单元间由吸附剂负载模块隔开；吸附剂负载模块与换热管道耦合；吸附再生室内设有CO2浓度检测器；吸附再生室与真空泵相连。
进一步的，所述CO2储存模块包括空气泵、CO2储罐、管道和管道阀门；所述吸附再生室通过管道与空气泵相连，空气泵与CO2储罐相连；管道上设有管道阀门。
进一步的，所述CO2利用模块包括：冶炼炉，冶炼炉顶部设有冶炼炉的顶部出气口，冶炼炉底部设有冶炼炉的底部出气口。
进一步的，所述吸附剂负载模块与换热管道耦合方式为两种：
第一种：换热管道为U型结构，若干U型结构换热管道相互垂直布置并依次串联，形成若干矩形盘管交错孔，U型换热管道管外加铆钉，吸附剂固定于管道铆钉上，形成固体吸附剂块，每一个矩形盘管交错孔内的四边均有被固定的固体吸附剂块，矩形孔的吸附剂块内形成孔道，此孔道一维方向上贯通形成流体流动通道；换热管道构成的网格横截面积为0.03～0.06m2，换热管道中插入的单个柱状固体吸附剂的横截面积为0.02～0.04m2，吸附剂厚度为20～100cm；
第二种：吸附剂负载模块与换热管道等间距贴合布置，吸附剂负载模块安装在两个换热管道中间，换热管道为U型盘管。
另一方面，本发明提供一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2中CO2的使用方法，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐排出，进入液态钢渣离心粒化装置进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床；从冷空气入口进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口排出，同时冷水由水入口进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置，通过预处理装置后吸入吸附再生室，在吸附再生室内吸附区间上的吸附剂负载模块上进行吸附，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室的出气口从第二通风装置排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室内的CO2浓度检测器检测吸附再生室内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，第一通风装置停止引风工作，第一通风装置与第二通风装置断开与吸附再生室的连接，通过两个圆形钢板门封闭吸附再生室以产生封闭环境，通过真空泵抽取封闭的吸附再生室内的空气，向固体吸附单元中的换热管道中通入热空气出口或水蒸气出口排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室通向CO2储罐的管道阀门，热脱附所得的CO2用空气泵吸入CO2储罐进行储存，以备下一步的利用，储存完毕后，管道阀门关闭；储存完毕后，管道阀门关闭；第一通风装置、第二通风装置与吸附再生室重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐联通冶炼炉顶部出气口和冶炼炉底部出气口，冶炼炉顶部出气口的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口在游离氧化钙消解设备内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
进一步的，所述热脱附阶段时两个圆形钢板门自动关闭，两个圆形钢板门与吸附再生室的外壁紧贴，形成封闭环境。
本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明通过钢铁厂余热回收模块、预处理模块、循环吸附热脱附模块、CO2储存模块和CO2利用模块，不仅利用了钢铁厂余热这些较难收集的热能进行碳捕获，还将捕获得到的CO2参与到钢铁厂的生产过程中，避免了传输成本。
2、本发明通过在钢铁厂的环境空气中进行碳捕集，其杂质和有害气体成分相对于烟道气大大降低，CO2浓度相对于其他地区的环境空气也较高，因而捕集所得的CO2纯度相对较高，可利用性大大提高，碳捕集装置使用寿命也较长。
3、本发明将捕集所得的CO2充分利用，用作脱尘、脱磷、脱气和保护气的用途，降低了工厂的粉尘和磷等有害物质的排放，且由于用CO2代替了相对较贵的稀有气体作为保护气，节约了工厂的运营成本，同时，CO2作为一种优良的钢渣改性剂，对钢铁厂的副产物钢渣进行游离氧化钙的消解，提高了钢渣的建筑性能。
4、本发明中吸附剂负载模块分级布置在捕集装置中，在吸附剂使用寿命到期后，可较为方便的进行拆卸、更换。
5、本发明中采用多吸附回程的方式进行吸附，若空气流通过胺吸附模块仅经过一次回程，则装置工作时吸附的CO2分子较少，剩余未被吸附的CO2分子直接从出气口排出，造成能源、装置占地面积的大量浪费。多吸附回程方式能避免这种浪费现象，节约了成本。
6、本发明提出了两种固体吸附剂与管道的布置方式。通过管道的盘绕，在较小的截面积上与固体吸收剂进行充分的接触，做到了热能的充分利用，同时也节省了装置占用的空间截面积。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统示意图；
图2为本发明一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统部分装置连接示意图；
图3为本发明一种吸附剂负载模块与换热管道耦合布置的示意图；
图4为本发明吸附剂负载模块通过铆钉固定在换热管道上的示意图；
图5为本发明一种吸附剂负载模块与换热管道等间距贴合布置的示意图；
图6为本发明二/三回程吸附CO2的回路截面图；
图7为本发明一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统及CO2的使用方法流程图；
图8为本发明第一种二回程吸附CO2的吸附再生室立体图；
图9为本发明第二种二回程吸附CO2的吸附再生室立体图；
图10为本发明第三种二回程吸附CO2的吸附再生室立体图；
图11为本发明一种三回程吸附CO2的吸附再生室立体图。
附图标记：1、液态钢渣缓存罐；2、液态钢渣离心粒化装置；3、换热移动床；31、水入口；32、水蒸气出口；33、冷空气入口；34、热空气出口；4、游离氧化钙消解设备；41、二氧化碳入口；51、第一通风装置；52、第二通风装置；6、空气泵；7、预处理装置；8、吸附再生室；801、第一空气吸附回程；802、第二空气吸附回程；803、第三空气吸附回程；9、圆形钢板门；10、吸附剂负载模块；11、换热管道；110、盘管交错孔；111、铆钉；12、CO2浓度检测器；13、真空泵；14、CO2储罐；15、管道；16、管道阀门；17、冶炼炉顶部出气口；18、冶炼炉底部出气口；19、外护层；20、膜式壁；21、吸附区间；22、冶炼炉。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，包括：钢铁厂余热回收模块、预处理模块、循环吸附热脱附模块、CO2储存模块和CO2利用模块；
钢铁厂余热回收模块，用于对熔融钢渣进行余热回收；
预处理模块，用于捕集和预处理吸入的空气；
循环吸附热脱附模块，用于通过二回程或三回程的空气吸附回路吸附空气中的CO2，并对吸附后的CO2进行热脱附；
CO2储存模块，用于储存热脱附后的CO2；
CO2利用模块，用于对储存的CO2进行利用。
钢铁厂余热回收模块包括：液态钢渣缓存罐1、液态钢渣离心粒化装置2、换热移动床3和游离氧化钙消解设备4；液态钢渣缓存罐1、液态钢渣离心粒化装置2、换热移动床3和游离氧化钙消解设备4依次连接；换热移动床3上设有水入口31、水蒸气出口32、冷空气入口33和热空气出口34；游离氧化钙消解设备4上设有富集的二氧化碳物流入口41。
预处理模块包括第一通风装置51和预处理装置7；第一通风装置51中设置有多组文丘里管；文丘里管的一端通向大气，另一端连接预处理装置7。
循环吸附热脱附模块包括第二通风装置52、吸附再生室8、圆形钢板门9、吸附剂负载模块10、换热管道11、CO2浓度检测器12，吸附再生室8一端连接预处理装置7；另一端连接第二通风装置52；用于将吸附后的空气通往大气。吸附再生室8的进气口和出气口处各设有一个圆形钢板门9；吸附再生室8内设有圆形管道，吸附再生室8的进气口和出气口之间，即圆形管道上设有多个吸附剂负载模块10；吸附再生室8内设置有多个固体吸附单元，每个固体吸附单元间由吸附剂负载模块10隔开；吸附再生室8内设有CO2浓度检测器12；吸附再生室8与真空泵13相连。
CO2储存模块包括空气泵6、CO2储罐14、管道15和管道阀门16；吸附再生室8通过管道15与空气泵6相连，空气泵6与CO2储罐14相连；管道15上设有管道阀门16。
CO2利用模块包括：冶炼炉22，冶炼炉22顶部设有冶炼炉的顶部出气口17，冶炼炉22底部设有冶炼炉的底部出气口18；捕集所得的CO2作为冶炼反应过程的反应物，参与钢铁冶炼，同时也作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质。
第一通风装置51为自动追风装置，随着风向进行转动，保证第一通风装置51的进气口-出气口方向与风的流向平行一致或与风的流向夹角小于10°，以节省第一通风装置51耗能。
第一通风装置51与吸附再生室8间设有的预处理装置7；在沙尘暴天气普遍的地区该预处理装置为不锈钢滤网，用于对空气中的微粒进行过滤，以提高装置使用寿命。该不锈钢滤网可自动定期进行清洗，也可人工拆卸下进行清洗。在空气中水含量较高的地区该预处理装置7为预热器，用于降低空气湿度，提升CO2吸附效果，蒸发掉空气中的水分来避免过多水蒸气进入装置影响装置使用寿命。
吸附再生室8内设有的圆形管道的形状便于在日常维护中进行清洗；昼夜温差较大地区可在吸附再生室8外加装80～110mm的石棉网，用于避免昼夜温差过大造成热损失。
吸附再生室8的外壁采用四块长度为1～1.5m的方形材料焊接在一起形成。吸附再生室8的外壁和吸附再生室8两侧的圆形钢板门9均由不锈钢材料制成。吸附再生室8的外壁的厚度为8～15mm，能够在热脱附阶段承受大气压，不产生形变。吸附再生室8的外壁及圆形钢板门9也可由其他金属材料在其外层涂漆制成，以耐受长期工作于酸性气体的环境。两个圆形钢板门9的均直径为0.8～1.2m。
吸附再生室8内的吸附负载模块10分级布置在吸附再生室8中以便于拆卸；固体胺吸附剂通过将PEI(聚乙烯亚胺)溶液通过浸渍负载在结构式二氧化硅/活性炭/树脂上，制得固体胺吸附剂；吸附剂负载模块10上设有多个直径为100μm～300μm的孔径，保证空气流以较小阻力通过该装置且与吸附剂充分接触；吸附剂负载模块10为圆形，直径为0.4～0.8m；各吸附剂负载模块10均通过6～8颗螺钉固定在吸附再生室8中的圆形管道内。吸附剂负载模块10耐受温度为-25～120℃，且在真空泵13抽真空时能保持材料结构的稳定性。
吸附剂负载模块10与换热管道11耦合；通过换热管道11进行非直接接触式加热胺吸附剂，避免蒸汽直接加热脱附CO2时对胺吸附材料寿命和稳定性产生影响，同时也避免了收集阶段CO2和热介质混合物的分离步骤。
吸附剂负载模块10与换热管道11有两种耦合方式：
第一种：如图3和图4所示，换热管道11为U型结构，若干U型结构换热管道11相互垂直布置并依次串联，形成若干矩形盘管交错孔110，U型换热管道11管外加铆钉111，吸附剂固定于管道铆钉111上，形成固体吸附剂块，每一个矩形盘管交错孔110内的四边均有被固定的固体吸附剂块，矩形孔的吸附剂块内形成一定的孔道，此孔道一维方向上贯通形成流体流动通道，此种布置使吸附剂块与换热管道11在平面上分布更合理，换热效果较好，吸附剂再生效率高。换热管道11构成的网格横截面积在0.03～0.06m2之间，换热管道11中插入的单个固体柱状吸附剂的横截面积在0.02～0.04m2之间，吸附剂厚度在20～100cm之间。
第二种，如图5所示，吸附剂负载模块10与换热管道11等间距贴合布置，吸附剂负载模块10安装在两个换热管道11中间，换热管道11为U型盘管，相邻吸附剂负载模块10间的间隙为孔隙间距Hp，管间距Ht与吸附剂负载模块10孔隙间距Hp相等，此布置方式可使吸附剂负载模块10与换热管道11紧密布置，加强吸附剂热脱附效率。吸附剂负载模块10为圆形或方形，横截面积在0.8～1.5m2之间，管间距Ht在10cm～15cm之间。
吸附再生室8内设置有多个固体吸附单元，每个固体吸附单元间由吸附剂负载模块10隔开；每个固体吸附单元上均设有一个吸附剂负载模块10和换热管道11；且每个固体吸附单元内部都有圆形管道，圆形管道贯穿于所有吸附再生单元中，每个固体吸附单元中的圆形管道均通过管道15和管道阀门16与CO2储罐14相连；管道15上设有的空气泵6，用于将热脱附后CO2送入CO2储罐14储存。
吸附再生室8包括第一空气吸附回程801、第二空气吸附回程802和第三空气吸附回程803。
如图6所示，循环吸附热脱附模块包括外护层19和膜式壁20，外护层19和膜式壁20的截面均为矩形，膜式壁20置于外护层19中，膜式壁20的外侧面和外护层19的内侧面所包绕的吸附区间21通过隔板分割为2个或3个空气吸附回程，包括第一空气吸附回程801、第二空气吸附回程802和第三空气吸附回程803。其中膜式壁20包围的矩形通道为吸附再生室8。2个或3个空气吸附回程通过串联或并联的方式组合后形成一个空气吸附回路。
膜式壁20通过两个中轴向钢板固定在外护层19上。
实施例2
如图7所示，一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2中CO2的使用方法，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐1；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐1排出，进入液态钢渣离心粒化装置2进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床3；从冷空气入口33进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口34排出，同时冷水由水入口31进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口32排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备4；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置51内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置51后通过可选择布置的预处理装置7，然后吸入吸附再生室8，在吸附再生室8内吸附区间21上的吸附剂负载模块10上进行吸附，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室8的出气口从第二通风装置52排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室8内的CO2浓度检测器12检测吸附再生室8内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，则认为固体吸附单元达到吸附饱和，第一通风装置51停止引风工作，第一通风装置51与第二通风装置52断开与吸附再生室8的连接，随后两个圆形钢板门9封闭吸附再生室8以产生封闭环境，通过真空泵13抽取封闭的吸附再生室8内的空气，向固体吸附单元中的换热管道11中通入热空气出口34或水蒸气出口32排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室8通向CO2储罐14的管道阀门16，热脱附所得的CO2用空气泵6吸入CO2储罐14进行储存，以备下一步的利用，储存完毕后，管道阀门16关闭；第一通风装置51、第二通风装置52与吸附再生室8重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐14联通冶炼炉顶部出气口17和冶炼炉底部出气口18，冶炼炉顶部出气口17的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口18的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口18，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口41在游离氧化钙消解设备4内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
热脱附阶段时两个圆形钢板门9自动关闭，两个圆形钢板门9与吸附再生室8的外壁紧贴，形成封闭环境，该封闭环境应具有良好的气密性，避免因CO2泄露对净捕集效率产生影响。
实施例3
如图8所示的回程结构中，为第一种二回程吸附CO2的方法，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐1；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐1排出，进入液态钢渣离心粒化装置2进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床3；从冷空气入口33进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口34排出，同时冷水由水入口31进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口32排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备4；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置51内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置51后通过可选择布置的预处理装置7，然后吸入吸附再生室8，空气从第一空气吸附回程801的头部到达第一空气吸附回程801的尾部后，从第一空气吸附回程801的尾部调转方向进入两条第二空气吸附回程802尾部，经过两回程后，低浓度的CO2从第二空气吸附回程802头部出气口排出，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室8的出气口从第二通风装置52排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室8内的CO2浓度检测器12检测吸附再生室8内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，则认为固体吸附单元达到吸附饱和，第一通风装置51停止引风工作，第一通风装置51与第二通风装置52断开与吸附再生室8的连接，随后两个圆形钢板门9封闭吸附再生室8以产生封闭环境，通过真空泵13抽取封闭的吸附再生室8内的空气，向固体吸附单元中的换热管道11中通入热空气出口34或水蒸气出口32排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室8通向CO2储罐14的管道阀门16，热脱附所得的CO2用空气泵6吸入CO2储罐14进行储存，以备下一步的利用，储存完毕后，管道阀门16关闭；第一通风装置51、第二通风装置52与吸附再生室8重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐14联通冶炼炉顶部出气口17和冶炼炉底部出气口18，冶炼炉顶部出气口17的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口18的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口18，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口41在游离氧化钙消解设备4内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
实施例4
如图9所示的回路结构中，为第二种二回程吸附CO2的方法，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐1；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐1排出，进入液态钢渣离心粒化装置2进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床3；从冷空气入口33进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口34排出，同时冷水由水入口31进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口32排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备4；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置51内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置51后通过可选择布置的预处理装置7，然后吸入吸附再生室8，空气从第一空气吸附回程801的头部到达第一空气吸附回程801的尾部后，从第一空气吸附回程801的尾部调转方向进入两条第二空气吸附回程802尾部，经过两回程后，低浓度的CO2从第二空气吸附回程802头部出气口排出，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室8的出气口从第二通风装置52排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室8内的CO2浓度检测器12检测吸附再生室8内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，则认为固体吸附单元达到吸附饱和，第一通风装置51停止引风工作，第一通风装置51与第二通风装置52断开与吸附再生室8的连接，随后两个圆形钢板门9封闭吸附再生室8以产生封闭环境，通过真空泵13抽取封闭的吸附再生室8内的空气，向固体吸附单元中的换热管道11中通入热空气出口34或水蒸气出口32排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室8通向CO2储罐14的管道阀门16，热脱附所得的CO2用空气泵6吸入CO2储罐14进行储存，以备下一步的利用，储存完毕后，管道阀门16关闭；第一通风装置51、第二通风装置52与吸附再生室8重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐14联通冶炼炉顶部出气口17和冶炼炉底部出气口18，冶炼炉顶部出气口17的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口18的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口18，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口41在游离氧化钙消解设备4内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
实施例5
如图10所示的回路结构中，为第三种二回程吸附CO2的方法，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐1；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐1排出，进入液态钢渣离心粒化装置2进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床3；从冷空气入口33进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口34排出，同时冷水由水入口31进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口32排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备4；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置51内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置51后通过可选择布置的预处理装置7，然后吸入吸附再生室8，空气从第一空气吸附回程801的头部到达第一空气吸附回程801的尾部后，从第一空气吸附回程801的尾部调转方向进入两条第二空气吸附回程802尾部，经过两回程后，低浓度的CO2从第二空气吸附回程802头部出气口排出，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室8的出气口从第二通风装置52排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室8内的CO2浓度检测器12检测吸附再生室8内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，则认为固体吸附单元达到吸附饱和，，第一通风装置51停止引风工作，第一通风装置51与第二通风装置52断开与吸附再生室8的连接，随后两个圆形钢板门9封闭吸附再生室8以产生封闭环境，通过真空泵13抽取封闭的吸附再生室8内的空气，向固体吸附单元中的换热管道11中通入热空气出口34或水蒸气出口32排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室8通向CO2储罐14的管道阀门16，热脱附所得的CO2用空气泵6吸入CO2储罐14进行储存，以备下一步的利用，储存完毕后，管道阀门16关闭；第一通风装置51、第二通风装置52与吸附再生室8重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐14联通冶炼炉顶部出气口17和冶炼炉底部出气口18，冶炼炉顶部出气口17的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口18的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口18，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口41在游离氧化钙消解设备4内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
实施例6
如图11所示回路结构中，为一种三回程吸附CO2的方法，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐1；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐1排出，进入液态钢渣离心粒化装置2进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床3；从冷空气入口33进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口34排出，同时冷水由水入口31进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口32排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备4；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置51内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置51后通过可选择布置的预处理装置7，然后吸入吸附再生室8，空气从第一空气吸附回程801的头部到达第一空气吸附回程801的尾部后，从第一空气吸附回程801的尾部调转方向进入三条第二空气吸附回程802尾部，空气从三条第一空气吸附回程801尾部走到第一空气吸附回程801头部后汇总为一条通向第三空气吸附回程803头部的通道，最后，空气由第三空气吸附回程803头部经过管道，到达第三空气吸附回程803尾部，低浓度的CO2从第二吸附再生回程802头部出气口排出，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室8的出气口从第二通风装置52排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室8内的CO2浓度检测器12检测吸附再生室8内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，则认为固体吸附单元达到吸附饱和，第一通风装置51停止引风工作，第一通风装置51与第二通风装置52断开与吸附再生室8的连接，随后两个圆形钢板门9封闭吸附再生室8以产生封闭环境，通过真空泵13抽取封闭的吸附再生室8内的空气，向固体吸附单元中的换热管道11中通入热空气出口34或水蒸气出口32排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室8通向CO2储罐14的管道阀门16，热脱附所得的CO2用空气泵6吸入CO2储罐14进行储存，以备下一步的利用，储存完毕后，管道阀门16关闭；第一通风装置51、第二通风装置52与吸附再生室8重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐14联通冶炼炉顶部出气口17和冶炼炉底部出气口18，冶炼炉顶部出气口17的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口18的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口18，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口41在游离氧化钙消解设备4内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，包括：钢铁厂余热回收模块、预处理模块、循环吸附热脱附模块、CO2储存模块和CO2利用模块；
钢铁厂余热回收模块，用于对熔融钢渣进行余热回收；
预处理模块，用于捕集和预处理吸入的空气；
循环吸附热脱附模块，用于通过二回程或三回程的空气吸附回路吸附空气中的CO2，并对吸附后的CO2进行热脱附；
CO2储存模块，用于储存热脱附后的CO2；
CO2利用模块，用于对储存的CO2进行利用。
2.根据权利要求1所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述钢铁厂余热回收模块包括：液态钢渣缓存罐(1)、液态钢渣离心粒化装置(2)、换热移动床(3)和游离氧化钙消解设备(4)；液态钢渣缓存罐(1)、液态钢渣离心粒化装置(2)、换热移动床(3)和游离氧化钙消解设备(4)依次连接；换热移动床(3)上设有水入口(31)、水蒸气出口(32)、冷空气入口(33)和热空气出口(34)；游离氧化钙消解设备(4)上设有富集的二氧化碳物流入口(41)。
3.根据权利要求1所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述预处理模块包括第一通风装置(51)和预处理装置(7)；第一通风装置(51)中设置有多组文丘里管；文丘里管的一端通向大气，另一端连接预处理装置(7)。
4.根据权利要求3所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述第一通风装置(51)为自动追风装置，随着风向进行转动，保证第一通风装置(51)的进气口-出气口方向与风的流向平行一致或与风的流向夹角小于10°。
5.根据权利要求1所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述循环吸附热脱附模块包括第二通风装置(52)、吸附再生室(8)、圆形钢板门(9)、吸附剂负载模块(10)、换热管道(11)、CO2浓度检测器(12)，吸附再生室(8)一端连接预处理装置(7)；另一端连接第二通风装置(52)；吸附再生室(8)的进气口和出气口处各设有一个圆形钢板门(9)；吸附再生室(8)的进气口和出气口之间设有多个吸附剂负载模块(10)；吸附再生室(8)内设置有多个固体吸附单元，每个固体吸附单元间由吸附剂负载模块(10)隔开；吸附剂负载模块(10)与换热管道(11)耦合；吸附再生室(8)内设有CO2浓度检测器(12)；吸附再生室(8)与真空泵(13)相连。
6.根据权利要求1所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述CO2储存模块包括空气泵(6)、CO2储罐(14)、管道(15)和管道阀门(16)；所述吸附再生室(8)通过管道(15)与空气泵(6)相连，空气泵(6)与CO2储罐(14)相连；管道(15)上设有管道阀门(16)。
7.根据权利要求1所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述CO2利用模块包括：冶炼炉(22)，冶炼炉(22)顶部设有冶炼炉的顶部出气口(17)，冶炼炉(22)底部设有冶炼炉的底部出气口(18)。
8.根据权利要求5所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2的系统，其特征在于，所述吸附剂负载模块(10)与换热管道(11)耦合方式为两种：
第一种：换热管道(11)为U型结构，若干U型结构换热管道(11)相互垂直布置并依次串联，形成若干矩形盘管交错孔(110)，U型换热管道(11)管外加铆钉(111)，吸附剂固定于管道铆钉(111)上，形成固体吸附剂块，每一个矩形盘管交错孔(110)内的四边均有被固定的固体吸附剂块，矩形孔的吸附剂块内形成孔道，此孔道一维方向上贯通形成流体流动通道；换热管道(11)构成的网格横截面积为0.03～0.06m2，换热管道(11)中插入的单个柱状固体吸附剂的横截面积为0.02～0.04m2，吸附剂厚度为20～100cm；
第二种：吸附剂负载模块(10)与换热管道(11)等间距贴合布置，吸附剂负载模块(10)安装在两个换热管道(11)中间，换热管道(11)为U型盘管。
9.一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2中CO2的使用方法，其特征在于，包括：
步骤1：钢铁余热的收集
熔融钢渣从熔融钢渣缓存系统中倾倒入液态钢渣缓存罐(1)；熔融钢渣从液态钢渣缓存罐(1)排出，进入液态钢渣离心粒化装置(2)进行破碎和离心粒化；经离心粒化后的钢渣进入换热移动床(3)；从冷空气入口(33)进入的冷空气被钢渣加热成热空气从热空气出口(34)排出，同时冷水由水入口(31)进入，被钢渣加热为水蒸气从水蒸气出口(32)排出，经过两种换热介质换热后，产生100-140℃的蒸汽和100-150℃的热空气，两者一起作为CO2吸热脱附的换热介质；余热回收后的钢渣输送至游离氧化钙消解设备(4)；
步骤2：CO2的捕集与吸附
第一通风装置(51)内设置的文丘里管产生持续的低压使得空气进入第一通风装置(51)，通过预处理装置(7)后吸入吸附再生室(8)，在吸附再生室(8)内吸附区间(21)上的吸附剂负载模块(10)上进行吸附，吸附完成后，含低浓度CO2的空气经吸附再生室(8)的出气口从第二通风装置(52)排向大气；
步骤3：CO2热脱附
空气流持续通入0.3～0.5小时后，吸附再生室(8)内的CO2浓度检测器(12)检测吸附再生室(8)内的CO2浓度，CO2浓度与室外CO2差距小于20ppm时，第一通风装置(51)停止引风工作，第一通风装置(51)与第二通风装置(52)断开与吸附再生室(8)的连接，通过两个圆形钢板门(9)封闭吸附再生室(8)以产生封闭环境，通过真空泵(13)抽取封闭的吸附再生室(8)内的空气，向固体吸附单元中的换热管道(11)中通入热空气出口(34)或水蒸气出口(32)排出的热空气或水蒸气，使得被固体吸附单元吸附的CO2吸热脱附；
步骤4：CO2储存
打开吸附再生室(8)通向CO2储罐(14)的管道阀门(16)，热脱附所得的CO2用空气泵(6)吸入CO2储罐(14)进行储存；储存完毕后，管道阀门(16)关闭；第一通风装置(51)、第二通风装置(52)与吸附再生室(8)重新连接；
步骤5：CO2利用
捕集所得的一部分CO2作为一种反应原料参与钢铁厂的冶炼反应：冶炼反应开始时，将CO2储罐(14)联通冶炼炉顶部出气口(17)和冶炼炉底部出气口(18)，冶炼炉顶部出气口(17)的CO2先与O2进行混合后加热，冶炼炉底部出气口(18)的CO2经过预热后通向冶炼炉底部出气口(18)，在冶炼反应中进行喷吹，作为反应物参与冶炼反应；另一部分CO2作为消除钢渣中游离氧化钙的反应介质，经二氧化碳入口(41)在游离氧化钙消解设备(4)内与钢渣反应，以消解掉其中的游离氧化钙。
10.根据权利要求9所述的一种钢铁厂余热驱动空气捕集CO2中CO2的使用方法，其特征在于，所述热脱附阶段时两个圆形钢板门(9)自动关闭，两个圆形钢板门(9)与吸附再生室(8)的外壁紧贴，形成封闭环境。
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