CN114768501B - 烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统 - Google Patents

烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，包括：吸附反应装置，烟气输入吸附反应装置中并与内置于吸附反应装置中的吸附剂发生吸附反应，并生成第一碳酸盐产品；热分解装置，第一碳酸盐产品经热分解装置热分解处理后生成氧化物及二氧化碳；氧化物重新返回至吸附反应装置中循环反应；失活报废的氧化物被输送至工业固废矿化系统中参与反应；二氧化碳被输送至工业固废矿化系统中参与反应。本申请能够将烟气中CO2捕集和工业固废矿化系统耦合，将两种工艺耦合即实现了二氧化碳的捕集和利用，又实现了废物再利用，又能生产出高质量的化工产品，同时烟气CO2捕集产线也易与工业固废矿化系统的产线有机结合，降低了工艺成本。

Description

烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合 系统
技术领域
本申请属于湿法冶金技术、二氧化碳捕集、利用和封存(Carbon Capture,Utilization and Storage)、固废资源化利用领域，具体涉及烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统。
背景技术
常见的烟气中二氧化碳捕集方法，以钙循环法为例，是目前非常有行业前景的二氧化碳捕集的工艺流程，其优点在于既可以作为工厂烟气管道末端的二氧化碳捕集的解决方案，也可以和钢厂、电厂、水泥厂或石灰厂等集成建设；同时回收的CO2纯度较高，便于收集储存运输。钙循环法吸收CO2的核心原理是利用CaO和CO2反应的可逆性实现碳酸化/煅烧的持续循环，实现CO2的捕集。
CaO+CO2→CaCO3 ΔH＝-178kJ/mol
CaCO3→CaO+CO2 ΔH＝+178kJ/mol
目前，基于钙循环原理的CO2捕集技术多集中于水泥或石灰厂等的烟气中二氧化碳捕集，但是，针对钢厂烟气中二氧化碳捕集以及与如钢厂等相关产线的耦合仍然属于空白领域。同时，天然钙基吸附剂(如，石灰石等)在多次循环之后，氧化钙(CaO)的吸收能力会急剧下降，循环次数达到一定程度后的失活CaO无法继续作为高效CO2吸附剂。另外，失活CaO的处置方式也是比较棘手的问题，以水泥行业为例，失活CaO可以添加入原料进行水泥烧制；但是，在其他行业应用场景，就缺乏较好的失活CaO的利用方式。所以，通常的钙循环法如果为了维持较高的CO2捕集效率又不造成二次污染，就需要一种具有较高吸收能力和循环效率且产废不对环境造成二次污染的钙基吸附剂，此类高性能钙基吸附剂的价格通常是企业普遍难以接受的。如果考虑吸附剂成本而使用传统吸附剂，则会导致捕集效率较低，产废量大且难以处理等问题。所以，钙循环法进行烟气中二氧化碳捕集的效率和成本一直是行业所面临的挑战。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，包括：
吸附反应装置，烟气输入所述吸附反应装置中并与内置于所述吸附反应装置中的吸附剂发生吸附反应，并生成第一碳酸盐产品；
热分解装置，所述第一碳酸盐产品经所述热分解装置热分解处理后生成氧化物以及二氧化碳；
工业固废矿化系统，所述氧化物重新返回至所述吸附反应装置中循环反应；循环反应多次后，失活报废的所述氧化物被输送至所述工业固废矿化系统中参与反应；所述二氧化碳被输送至所述工业固废矿化系统中参与反应。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述工业固废矿化系统制备的第二碳酸盐产品可部分循环至所述热分解装置继续进行热分解处理形成新的吸附剂，以补充失活报废的氧化物。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，还包括：匹配所述吸附反应装置设置的导热水装置，所述导热水装置用于收集所述吸附反应装置的热量。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述导热水装置中的导热水与报废的所述氧化物反应生成氢氧化物，所述氢氧化物以及经所述热分解装置分解产生的二氧化碳参与所述工业固废矿化系统的矿化反应。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述热分解装置的热源采用传统化石燃料、太阳能、风能等可持续能源、核能或者钢渣回收余热。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，采用传统化石燃料燃烧产生的二氧化碳被收集并输入所述吸附反应装置中参与吸附反应。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述吸附剂包括：第一碳酸盐产品经热分解产生的氧化物、第二碳酸盐产品经热分解产生的氧化物、天然钙基吸附剂、天然镁基吸附剂或碱性工业固废。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，还包括：脱硫装置，和/或，脱硝装置；所述烟气经所述脱硫装置和/或所述脱硝装置脱硫、脱硝处理后，被输送至所述吸附反应装置中。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述工业固废矿化系统包括：混合反应装置以及固液分离装置，其中，失活报废的所述氧化物以及经所述热分解装置分解产生的二氧化碳被输送至所述混合反应装置中参与反应；所述固液分离装置用于对所述混合反应装置反应的浆料进行固液分离，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环至下一阶段的反应和分离。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述工业固废矿化系统还包括：产物制备装置，基于经所述固液分离装置分离后的清液制备所述第二碳酸盐产品，所述第二碳酸盐产品部分循环至所述热分解装置，经热分解处理以补充失活报废的氧化物。
可选地，上述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其中，所述第一碳酸盐产品包括：碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁；和/或，所述第二碳酸盐产品包括：碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请能够将烟气中CO2捕集和基于工业固废的CO2矿化系统耦合，其中烟气中二氧化碳捕集过程中产生的提浓二氧化碳和失活报废的氧化物等可作为生产高质量碳酸盐所需要的原料，将两种工艺耦合既实现了二氧化碳的捕集和利用，又实现了废物再利用；生产出高质量的化工产品的同时，烟气中二氧化碳捕集产线也易与基于工业固废的二氧化碳矿化系统的产线进行有机地结合等，扩充了基于工业固废的二氧化碳矿化系统的二氧化碳来源的选择范围和获取方式，降低了二氧化碳提浓成本和工业固废二氧化碳矿化工艺成本。
本申请中的工业固废矿化系统制备的第二碳酸盐产品可部分循环至所述热分解装置中进行再次热分解，以补充失活报废的氧化物，从而形成双循环系统，相比于现有技术具有一定的优越性，该循环工艺能够充分利用现有工业固废中的钙镁元素，实现资源的重复利用；并且双循环工艺可保证反应过程的连续性，提高反应效率，优化二氧化碳捕集和利用的综合成本。
本申请中的导热水装置可吸收吸附反应装置的余热以作为工业固废矿化系统的部分热源，不浪费导热水，节能且经济。
本申请可实现固废和二氧化碳资源化循环利用，能够实现绿色再生，能够控制额外投入的物耗和能耗，几乎不产生二次污染，能够实现碳减排和利用，绿色环保。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请一实施例烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统的流程图；
图2：本申请另一实施例烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统的流程图；
图3：本申请一实施例中工业固废矿化系统的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，在本申请的其中一个实施例中，烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，包括：
吸附反应装置20，烟气10输入所述吸附反应装置20中并与内置于所述吸附反应装置20中的吸附剂发生吸附反应，并生成第一碳酸盐产品；
热分解装置30，所述第一碳酸盐产品经所述热分解装置30热分解处理后生成氧化物以及二氧化碳；
工业固废矿化系统40，所述氧化物重新返回至所述吸附反应装置20中循环反应；循环反应多次后，失活报废的所述氧化物被输送至所述工业固废矿化系统40中参与反应；所述二氧化碳被输送至所述工业固废矿化系统40中参与反应。
本实施例通过配置上述吸附反应装置20以及热分解装置30，能够将烟气中二氧化碳捕集法与工业固废矿化系统40进行耦合，即实现了二氧化碳的捕集和利用，同时又能生产出高质量的化工产品，同时烟气中二氧化碳捕集的产线也易与所述工业固废矿化系统40的产线进行结合等，工业化程度更高。
可选地，本实施例涉及的工业固废包括但不限于：钢渣、矿石原料或尾矿、其他工业废弃物等，其中，所述矿石原料包括钙镁类矿石；其他工业废物包括：铁渣、粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾/废旧水泥、尾矿等。
其中，在本实施例中，所述吸附剂可采用第一碳酸盐产品经热分解产生的氧化物、第二碳酸盐产品经热分解产生的氧化物、天然钙基吸附剂、天然镁基吸附剂或碱性工业固废，其中，所述天然钙基吸附剂包括但不限于：石灰石、白云石等。
进一步地，如图2所示，在申请的另一实施例中，所述工业固废矿化系统40制备的第二碳酸盐产品可部分循环至所述热分解装置30继续进行热分解处理，经热分解处理以补充失活报废的氧化物。本实施例是在上述实施例一的基础上增加了另一内循环工艺，该循环工艺能够充分利用现有工业固废中的钙镁元素，实现资源的重复利用；并且双循环工艺可保证反应过程的连续性，提高反应效率，优化二氧化碳捕集和利用的综合成本。
其中，上述涉及的第一碳酸盐产品包括：碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁；所述第二碳酸盐产品包括：碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁。
在本实施例中，当所述吸附剂以氧化钙为主时，钙循环法吸收CO2的核心原理是利用CaO和CO2反应的可逆性实现碳酸/煅烧的持续循环，循环反应式为：
CaO+CO2→CaCO3 ΔH＝-178kJ/mol
CaCO3→CaO+CO2 ΔH＝+178kJ/mol
上述CaO和CO2的反应是强放热的反应过程。
其中，当所述吸附剂以氧化镁为主时，还涉及以下循环反应式：
MgO+CO2→MgCO3 ΔH＝-1012kJ/mol
MgCO3→MgO+CO2 ΔH＝+1012kJ/mol
当所述吸附剂同时含有氧化钙和氧化镁时，则同时具有以上循环反应过程。
其中，上述MgO和CO2的反应是强放热的反应过程。
进一步可选地，还包括：脱硫装置(图中未示意)，所述烟气10经所述脱硫装置脱硫处理后，被输送至所述吸附反应装置20中。
进一步地，本实施例还包括：脱硝装置(图中未示意)，所述烟气10经所述脱硝装置脱硝处理后，被输送至所述吸附反应装置20中。
进一步优选地，本实施例同时配置脱硫装置和脱硝装置，所述烟气10经所述脱硫装置以及脱硝装置分别处理后，被输送至所述吸附反应装置20中，其中，所述脱硫装置以及所述脱硝装置的先后顺序并不做限定。
所述吸附反应装置20优选地采用吸附塔，进一步优选地，所述吸附反应装置20采用流化床反应器。
其中，所述烟气10将所述脱硫装置和/或所述脱硝装置进入所述吸附反应装置20与CaO进行碳酸化反应生成CaCO3产品，所述CaCO3产品被输送至所述热分解装置30进行热分解处理。或者，所述烟气10将所述脱硫装置和/或所述脱硝装置进入所述吸附反应装置20与MgO进行碳酸化反应生成MgCO3产品，所述MgCO3产品被输送至所述热分解装置30进行热分解处理。或者，所述烟气10将所述脱硫装置和/或所述脱硝装置进入所述吸附反应装置20与氧化钙镁进行碳酸化反应生成碳酸钙镁产品，所述碳酸钙镁产品被输送至所述热分解装置30进行热分解处理。
在本实施例中，所述烟气10来自于电厂烟气、钢铁厂高炉、转炉、精炼炉、石灰窑炉烟气、煤化工尾气或石油化工尾气。
所述热分解装置30优选地采用高温煅烧炉，在本实施例中，优选地煅烧温度为400-900℃。所述第一碳酸盐产品于所述高温煅烧炉中进行高温煅烧处理，生成氧化物和CO2。其中，反应生成的氧化物可以重新回到所述吸附反应装置20中循环反应，而在反应实际的排烟温度和压力下能够高效的吸收高纯度CO2，便于冷却液化压缩之后转运和存储。而当氧化物的吸附下降至报废后，失活报废的氧化物可被输送至所述工业固废矿化系统40中参与矿化反应。
其中，上述涉及的具体反应过程以所述第一碳酸盐产品的不同而不同。具体地，当所述第一碳酸盐产品为CaCO3产品时，所述CaCO3产品于所述高温煅烧炉中进行高温煅烧处理，生成CaO和CO2。其中，反应生成的CaO可以重新回到所述吸附反应装置20中循环反应，而在反应实际的排烟温度和压力下能够高效的吸收高纯度CO2，便于冷却液化压缩之后转运和存储。而当CaO的吸附下降至报废后，失活报废的CaO可被输送至所述工业固废矿化系统40中参与钢渣的矿化反应。
同样地，当所述第一碳酸盐产品为MgCO3产品时，所述MgCO3产品于所述高温煅烧炉中进行高温煅烧处理，生成MgO和CO2。其中，反应生成的MgO可以重新回到所述吸附反应装置20中循环反应，而在反应实际的排烟温度和压力下能够高效的吸收高纯度CO2，便于冷却液化压缩之后转运和存储。而当MgO的吸附下降至报废后，失活报废的MgO可被输送至所述工业固废矿化系统40中参与钢渣的矿化反应。
同理，当所述第一碳酸盐产品为碳酸钙镁时，所述碳酸钙镁产品于所述高温煅烧炉中进行高温煅烧处理，生成氧化钙镁和CO2。其中，反应生成的氧化钙镁可以重新回到所述吸附反应装置20中循环反应，而在反应实际的排烟温度和压力下能够高效的吸收高纯度CO2，便于冷却液化压缩之后转运和存储。而当氧化钙镁的吸附下降至报废后，失活报废的氧化钙镁可被输送至所述工业固废矿化系统40中参与钢渣的矿化反应。
天然钙基吸附剂/镁基吸附剂在多次循环之后，其吸收能力会急剧下降。下面以天然钙基吸附剂为例对其原理进行解释说明：CaO碳酸化时首先CO2首先扩散到颗粒表面进行快速反应，同时经过颗粒表面的孔渗透，与较大的孔表面发生反应，上述过程即化学反应控制的快速反应阶段。随后，颗粒表面及孔内表面形成的CaCO3产物层阻碍内部CaO和CO2的反应，当产物层超过一临界厚度时反应就进入产物层扩散控制的慢速反应阶段。吸附剂颗粒在高温下反复煅烧，颗粒内部的晶粒溶合长大，吸附剂的表面积和孔容积不断变小，发生烧结。随着循环次数增多，烧结现象加剧，小孔减少，大孔增多，晶粒和晶粒之间融合，吸附剂颗粒坍缩，导致吸收能力持续下降。所以循环次数过多的失活的CaO无法继续作为高效CO2吸附剂。通常的钙循环法为了维持较高的CO2捕集效率，需要一种具有较高吸收能力和循环效率，价格低廉且产废不对环境造成二次污染的钙基吸附剂。但是，在本实施例中，该部分失效或报废的CaO可被输送至所述工业固废矿化系统40中参与钢渣的矿化反应，即，该部分失效或报废的CaO可以加以完美利用；并且避免了现有技术中，需要额外使用例如改性CaO等高性能吸附剂等技术缺陷。
在本实施例中，所述热分解装置30的热源50可采用传统化石燃料、太阳能、风能等可持续能源、核能或者钢渣回收余热。如若采用钢渣回收余热，则可充分利用所述工业固废矿化系统40的有用资源，更大程度地实现资源化重复利用。
为进一步实现资源化重复利用，并且可以有效地将产生的二氧化碳进行固定，可选地，本实施例采用传统化石燃料燃烧产生的二氧化碳可被收集并输入所述吸附反应装置20中参与吸附反应，其中，所述传统燃料包括但不限于：天然气、煤炭、石油等。
本实施例还包括：匹配所述吸附反应装置20设置的导热水装置(图中未示意)，所述导热水装置用于收集所述吸附反应装置20的热量。由于CaO和CO2的反应、MgO和CO2的反应均是一个强放热反应过程，其反应放出的热量可以用所述导热水装置加以利用作为后续所述热分解装置30的部分热源50，减少能耗。
进一步优选地，所述导热水装置中的导热水与失活报废的氧化物反应生成氢氧化物，所述氢氧化物以及经所述热分解装置30分解产生的二氧化碳参与所述工业固废矿化系统40的矿化反应。可选地，当所述第一碳酸盐产品为碳酸钙时，所述导热水装置中的导热水与失活报废的氧化钙反应生成氢氧化钙，所述氢氧化钙以及经所述热分解装置30分解产生的二氧化碳参与所述工业固废矿化系统40的矿化反应；可选地，当所述第一碳酸盐产品为碳酸镁时，所述导热水装置中的导热水与失活报废的氧化镁反应生成氢氧化镁，所述氢氧化镁以及经所述热分解装置30分解产生的二氧化碳参与所述工业固废矿化系统40的矿化反应；可选地，当所述第一碳酸盐产品为碳酸钙镁时，所述导热水装置中的导热水与失活报废的氧化钙镁反应生成氢氧化钙镁，所述氢氧化钙镁以及经所述热分解装置30分解产生的二氧化碳参与所述工业固废矿化系统40的矿化反应。
其中，所述第一碳酸盐的具体类型以所述吸附反应装置20的吸附剂的改变而改变，同样地，所述第二碳酸盐的具体类型以所述工业固废矿化系统40中工业固废的成分不同而不同。
如图3所示，所述工业固废矿化系统40包括：混合反应装置41以及固液分离装置42，其中，失活报废的所述氧化物以及经所述热分解装置30分解产生的二氧化碳被输送至所述混合反应装置41中参与反应；所述固液分离装置42用于对所述混合反应装置41反应的浆料进行固液分离，其中，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环至下一阶段的反应和分离。其中，所述工业固废矿化系统40能够充分利用上述失活报废的氧化物以及所述热分解装置30分解产生的二氧化碳以及工业固废等，经过一系列的反应、分离等过程，可获得目标产物-如，碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁，其中，所述目标产物是基于钢渣中所含有的元素而改变的。
进一步优选地，所述工业固废矿化系统40还包括：产物制备装置43，基于经所述固液分离装置42分离后的清液制备目标产品，其中，上述分离后的清液中含有目标离子-钙离子、镁离子或钙镁离子混合物，所述目标产品为碳酸钙镁、碳酸钙或碳酸镁等。
本实施例还包括：回收水循环装置44，上述分离后的清液生成产品后的回收水经所述回收水循环装置44循环至所述混合反应装置41，其中，所述回收水的循环次数m≥2。
进一步地，所述混合反应装置41中还添加有钢渣、辅助试剂以及水，按照有一定配比连续投入其中并充分混合，充分混合后获得浆料；将二氧化碳在一定压力下连续打入所述混合反应装置41并与所述浆料进行反应，所述混合反应装置41连续排出经过反应的浆料。其中，所述钢渣还可替换为其他工业废弃物，如，铁渣、粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾/废旧水泥、尾矿等；所述钢渣还可替换为矿石原料或尾矿，所述矿石原料包括钙镁类矿石。
所述辅助试剂包括至少一种有机酸根的酸或者盐或组合物，其中，上述有机酸根的酸包括但不限于：草酸、柠檬酸、吡啶甲酸、葡萄糖酸、谷氨酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、琥珀酸、磷酸、焦磷酸、抗坏血酸或酞酸。本实施例通过调节二氧化碳的压力、辅助试剂的配比和反应温度，免除了强酸或高腐蚀性酸(硝酸、盐酸、硫酸、氢氟酸)的使用，实现了对目标成分的连续浸取。
将所述混合反应装置41反应后的浆料经所述固液分离装置42经过至少一级固液分离处理，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环用作原料进行下一阶段的反应和分离。
其中，所述固液分离装置42优选地采用两级固液分离，具体地，所述固液分离装置42包括：一级粗分离单元以及二级细分离单元，其中，所述一级粗分离单元用于去除粒径≥5-10μm的固体颗粒，所述二级细分离单元40用于去除粒径≤1-5μm的固体颗粒。通过上述多级分离，针对不同粒径区间的颗粒进行优化的分离方案，保证了分离设备能够稳定、持久地在最佳负荷条件下进行连续固液分离，有效地缩短了整体分离时间的缩短且延长了分离系统连续稳定运行时间，有效避免了单级分离所带来的技术问题。
进一步优选地，所述固液分离装置42在上述两级固液分离的基础上还设置有三级固液分离单元，采用碟片式离心机、板框压滤机或过滤器等进行不间断分离以连续获得含有目标离子的清液。
其中，当经所述三级固液分离单元分离后清液含有较高的铁元素时，通过富集收集氢氧化铁沉淀，从而对上述较高的铁元素进行合理有效地回收和利用。
本申请能够将烟气中CO2捕集和基于工业固废的CO2矿化系统耦合，其中烟气中二氧化碳捕集过程中产生的提浓二氧化碳和失活报废的氧化物等可作为生产高质量碳酸盐所需要的原料，将两种工艺耦合既实现了二氧化碳的捕集和利用，又实现了废物再利用；生产出高质量的化工产品的同时，烟气中二氧化碳捕集产线也易与基于工业固废的二氧化碳矿化系统的产线进行有机地结合等，扩充了基于工业固废的二氧化碳矿化系统的二氧化碳来源的选择范围和获取方式，降低了二氧化碳提浓成本和工业固废二氧化碳矿化工艺成本。综上，本申请具有良好的市场应用前景。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
包括：
吸附反应装置，烟气输入所述吸附反应装置中并与内置于所述吸附反应装置中的吸附剂发生吸附反应，并生成第一碳酸盐产品；
热分解装置，所述第一碳酸盐产品经所述热分解装置热分解处理后生成氧化物以及二氧化碳；
工业固废矿化系统，所述氧化物重新返回至所述吸附反应装置中循环反应；循环反应多次后，失活报废的所述氧化物被输送至所述工业固废矿化系统中参与反应；所述二氧化碳被输送至所述工业固废矿化系统中参与反应；
所述工业固废矿化系统包括：混合反应装置以及固液分离装置，其中，失活报废的所述氧化物以及经所述热分解装置分解产生的二氧化碳被输送至所述混合反应装置中参与反应；所述固液分离装置用于对所述混合反应装置反应的浆料进行固液分离，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环至下一阶段的反应和分离；
所述工业固废矿化系统还包括：产物制备装置，基于经所述固液分离装置分离后的清液制备第二碳酸盐产品，所述第二碳酸盐产品至少部分循环至所述热分解装置，经热分解处理以补充失活报废的氧化物。
2.根据权利要求1所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
所述工业固废矿化系统制备的第二碳酸盐产品可部分循环至所述热分解装置继续进行热分解处理，以补充失活报废的所述氧化物。
3.根据权利要求1所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
还包括：
匹配所述吸附反应装置设置的导热水装置，所述导热水装置用于收集所述吸附反应装置的热量。
4.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
所述导热水装置中的导热水与报废的所述氧化物反应生成氢氧化物，所述氢氧化物以及经所述热分解装置分解产生的二氧化碳参与所述工业固废矿化系统的矿化反应。
5.根据权利要求1所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
所述热分解装置的热源采用传统化石燃料、太阳能、风能、核能或者钢渣回收余热。
6.根据权利要求5所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
采用传统化石燃料燃烧产生的二氧化碳被收集并输入所述吸附反应装置中参与吸附反应。
7.根据权利要求1所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
所述吸附剂包括：第一碳酸盐产品经热分解产生的氧化物、第二碳酸盐产品经热分解产生的氧化物、天然钙基吸附剂、天然镁基吸附剂或碱性工业固废。
8.根据权利要求1所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
还包括：
脱硫装置，和/或，脱硝装置；
所述烟气经所述脱硫装置和/或所述脱硝装置脱硫、脱硝处理后，被输送至所述吸附反应装置中。
9.根据权利要求1至8任一项所述的烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统，其特征在于，
所述第一碳酸盐产品包括：碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁；和/或，所述第二碳酸盐产品包括：碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙镁。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114768501B (zh) * 2022-04-22 2024-04-30 瀜矿环保科技(上海)有限公司 烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101972599A (zh) * 2010-10-28 2011-02-16 绍兴文理学院 钙基co2吸收与再生装置
CN102307646A (zh) * 2008-11-19 2012-01-04 俄亥俄州立大学研究基金会 使用高可再生的吸附剂进行co2捕获的碳酸化煅烧反应方法
CN102527225A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 中国科学院过程工程研究所 一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法
CN102794093A (zh) * 2012-08-14 2012-11-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种二氧化碳捕集与矿化一体化工艺
CN111606346A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 瀜矿环保科技(上海)有限公司 基于二氧化碳浸取的钙镁离子溶液制备碳酸钙镁的系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1682263A1 (en) * 2003-11-14 2006-07-26 Her Majesty the Queen in Right of Canada as Represented by The Minister of Natural Resources Reactivation of lime-based sorbents by co2
EP1682264B1 (en) * 2003-11-14 2011-04-20 Her Majesty the Queen in Right of Canada as Represented by The Minister of Natural Resources Pre-treatment of lime-based sorbents using hydration
EP2070578A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-17 Université Joseph Fourier Process for the sequestration of CO2 by reaction with alkaline solid wastes
KR101242690B1 (ko) * 2010-10-26 2013-03-12 주식회사 포스코 슬래그를 이용한 이산화탄소 저감 장치
EP2532624A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-12 Lafarge Process for the mineralization of carbon dioxide
TWI466824B (zh) * 2011-12-06 2015-01-01 Ind Tech Res Inst 捕獲ｃｏ系統之失活吸附劑再利用及封存ｃｏ的方法
EP2722094B1 (en) * 2012-10-17 2020-06-17 General Electric Technology GmbH Capturing of co2 from a process gas
KR102216205B1 (ko) * 2018-11-29 2021-02-18 (주)평화엔지니어링 시멘트산업에서의 이산화탄소 포집 및 탄산광물의 전환을 위한 일체형 시스템
EP4208281A2 (en) * 2020-09-03 2023-07-12 Cornell University Methods and systems for producing solid inorganic carbonate and bicarbonate compounds
CN114768501B (zh) * 2022-04-22 2024-04-30 瀜矿环保科技(上海)有限公司 烟气中二氧化碳捕集与基于工业固废的二氧化碳矿化耦合系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102307646A (zh) * 2008-11-19 2012-01-04 俄亥俄州立大学研究基金会 使用高可再生的吸附剂进行co2捕获的碳酸化煅烧反应方法
CN101972599A (zh) * 2010-10-28 2011-02-16 绍兴文理学院 钙基co2吸收与再生装置
CN102527225A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 中国科学院过程工程研究所 一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法
CN102794093A (zh) * 2012-08-14 2012-11-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种二氧化碳捕集与矿化一体化工艺
CN111606346A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 瀜矿环保科技(上海)有限公司 基于二氧化碳浸取的钙镁离子溶液制备碳酸钙镁的系统

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