CN115096102B - 一种水泥窑烟气中co2的捕集方法与碳捕集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳捕集技术领域，具体涉及一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法与碳捕集系统。该捕集方法包括如下步骤：将预分解窑系统中的物料分出一部分进入离线脱碳炉，在850～950℃进行碳酸盐分解，并循环利用脱碳烟气，循环加热物料，物料反应后经分离器进行气料分离，获得高纯CO2和碳酸盐分解后的物料；经分解后物料送至水泥窑中煅烧熟料，未完全分解的物料返回脱碳炉继续加热分解。本发明的碳捕集方法能耗较低、工艺简单且经济节约。本发明的碳捕集系统能耗低、建设投资和运行成本也较低，有利于其在工业中的推广应用。

Description

一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法与碳捕集系统
技术领域
本发明涉及碳捕集技术领域，具体涉及一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法与碳捕集系统。
背景技术
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳(CO2)是导致气候变暖的最主要原因。二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集(Pre-combustion)、富氧燃烧(Oxy-fuel combustion)和燃烧后捕集(Post-combustion)。二氧化碳的捕集即二氧化碳的分离和提纯过程，已实现工业化的方法包括溶剂吸收法、吸附法、膜法和低温分离法等，这些方法大多能采用的是间隙式捕集。
为了解决二氧化碳的捕集成本偏高，对系统效率影响较大的问题，研究人员提出了钙循环技术。采用该技术能够有效简化系统流程，而且在一定程度上降低了二氧化碳捕集成本，实现二氧化碳的分离和提纯。但是，钙循环技需要钙基吸收剂和蒸汽，其仍然具有能耗高、设备复杂、投资大、流程长、运行成本高等缺陷。
如何提供一种能耗较低、工艺简单且经济节约的碳捕集方法，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种协同捕集水泥窑烟气中CO2的方法，包括如下步骤：
将预分解窑系统中的物料以及水泥窑烟气在离线脱碳炉内 850～950℃温度下进行分解反应后，经过气料分离获得CO2和碳酸盐分解后的物料；分解后的物料返送至水泥窑中煅烧熟料。
本发明发现，通过上述步骤，能够高效的将预分解窑系统中的部分物料进行单独脱碳处理，从而在水泥的制备过程中就能实现协同捕集高纯CO2。通过将水泥窑预分解系统中的部分物料与水泥窑烟气在 850～950℃下进行气、料双循环反应，提取物料和水泥窑烟气中的CO2，而后将剩余物料返送至水泥窑中煅烧熟料，整个过程中没有物料损失，且不影响水泥的后续制备过程，对后续制备的水泥品质没有影响。本发明的CO2捕集方法能耗较低、工艺简单且经济节约。
作为本发明的一种优选的实施方案，将部分或全部分离获得的剩余物料与水泥窑烟气再进行一次以上所述反应。
通过物料的多次循环反应，能够延长物料的脱碳时间，进一步促进物料中碳酸盐的分解，提高脱碳效率，同时能够获得更高纯度的 CO2。
作为本发明的一种优选的实施方案，将含有CO2的部分或全部烟气与脱碳炉内的物料再进行一次以上所述分解反应，再次增加烟气中 CO2含量。
通过气体的多次循环反应，能够逐步提高烟气中CO2的纯度。
作为本发明的一种优选的实施方案，通过天然气在富氧或纯氧气环境中燃烧提供热源，控制所述反应温度在850～950℃。
利用天然气作为清洁能源，代替传统的燃煤提供热源，用纯氧气或富氧代替传统的空气支持燃烧，减少氮气等其它气体成份，从而获得更高纯度的CO2。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述预分解窑系统中的物料的温度为700℃以上。
预分解窑系统中的物料温度越接近850～950℃的反应温度，越有利于减少反应所需的热量，能够进一步减少协同提取CO2能源消耗。
具体实施过程中，包括但不限于选择预分解窑系统中C3或C4的物料进行上述反应。
作为本发明的一种更优选的实施方案，包括如下步骤：
将水泥窑预分解系统中的物料以及水泥窑烟气在850～950℃下进行反分解应后，分离获得CO2和剩余物料；将部分或全部分离获得的剩余物料与水泥窑烟气以及部分或全部分离获得的CO2再进行一次以上所述反应；而后将碳酸盐完全分解后的物料返送至水泥窑系统中煅烧熟料；通过天然气在富氧或纯氧气环境中燃烧提供热源，控制所述反应温度在850～950℃；所述预分解窑系统中的物料的温度为700℃以上。
进一步地，本发明还提供了一种实现上述任一种捕集方法的碳捕集系统。
作为本发明的一种优选的实施方案，碳捕集系统包括：脱碳炉和分离器；所述脱碳炉的第一入口与水泥窑的预分解窑系统的C3或C4 下料管连接，所述脱碳炉的第二入口用于通入水泥窑烟气，所述脱碳炉的出口与所述分离器的入口连接，所述分离器的第一出口与水泥窑的回转窑烟室连接；所述分离器的第四出口用于收集CO2。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述分离器上还设有第二出口，所述脱碳炉上还设有第三入口；所述分离器的第二出口用于输出剩余物料，且与所述脱碳炉的第三入口连接。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述分离器上还设有第三出口，所述分离器的第三出口与所述脱碳炉的第二入口连接。
作为本发明的一种优选的实施方案，碳捕集系统还包括：锅炉；所述锅炉的入口用于通入水泥窑烟气，和/或，所述锅炉的入口与所述分离器的第三出口连接，所述锅炉的出口与所述脱碳炉的第二入口连接。
作为本发明的一种更优选的实施方案，碳捕集系统包括：
脱碳炉、分离器和锅炉；
所述脱碳炉的第一入口与水泥窑的预分解窑系统的下料管连接，所述脱碳炉的出口与所述分离器的入口连接；所述分离器的第一出口与水泥窑的回转窑烟室连接，所述分离器的第二出口与所述脱碳炉的第三入口连接，所述分离器的第三出口与所述锅炉的第一入口连接；所述锅炉的第二入口用于通入水泥窑烟气，所述锅炉的出口与所述脱碳炉的第二入口连接。
本领域技术人员应当理解，碳捕集系统还可以包括其它辅助装置，例如除尘器、循环风机、排风机、传送带等。
本发明的有益效果在于：提供一种能耗较低、工艺简单且经济节约的碳捕集方法。本发明的碳捕集方法不改变原水泥窑系统的生产工艺，物料经过脱碳处理后不影响原水泥窑系统所制备的水泥的品质。本发明的碳捕集系统能耗低、建设投资和运行成本也较低，有利于其在工业中的推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例6和实施例7的碳捕集系统结构示意图。图中： 1、预分解窑系统；2、脱碳炉；3、分离器；4、水泥窑的回转窑烟室； 5、锅炉；6、循环风机。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，均为常规方法或者按照本领域的文献所描述的技术或条件进行，或者按照产品说明书进行。所用试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法，具体步骤如下：
将预分解窑系统中C4的物料以及水泥窑烟气引入离线脱碳炉在 850℃下进行反应后，分离获得CO2和剩余物料；而后将剩余物料返送至水泥窑中煅烧熟料。
实施例2
本实施例提供了一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法，具体步骤如下：
将预分解窑系统中C4的物料以及水泥窑烟气引入离线脱碳炉在在950℃下进行反应后，分离获得CO2和剩余物料；而后将剩余物料返送至水泥窑中煅烧熟料。
实施例3
本实施例提供了一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法，具体步骤如下：
将预分解窑系统中C4的物料以及水泥窑烟气在850℃下进行反应后，分离获得CO2和剩余物料；将部分分离获得的剩余物料与水泥窑烟气以及部分分离获得的CO2再进行多次所述反应；而后将剩余物料返送至水泥窑中煅烧；通过天然气在富氧环境中燃烧提供热源；所述预分解窑系统中C4的物料的温度为700℃以上。
实施例4
本实施例提供了一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法，具体步骤仅与实施例3不同的是：反应温度为900℃。
实施例5
本实施例提供了一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法，具体步骤仅与实施例3不同的是：反应温度为950℃。
实施例6
本实施例提供了实现上述实施例的碳捕集系统，其结构示意图如图1所示。图中：1、预分解窑系统；2、脱碳炉；3、分离器；4、水泥窑的回转窑烟室；5、锅炉；6、循环风机。
具体地，碳捕集系统包括：预分解窑系统、水泥窑的回转窑烟室、脱碳炉、分离器、锅炉和循环风机；
所述脱碳炉的第一入口与水泥窑的预分解窑系统的C4下料管连接，所述脱碳炉的出口与所述分离器的入口连接；所述分离器的第一出口与水泥窑的回转窑烟室连接，所述分离器的第二出口与所述脱碳炉的第三入口连接，所述分离器的第三出口与所述锅炉的第一入口连接；所述锅炉的第二入口用于通入水泥窑烟气，所述锅炉的出口与所述循环风机的入口连接，所述循环风机的出口与所述脱碳炉的第二入口连接。当烟气通过锅炉后，锅炉可充分利用烟气的热量，烟气经锅炉降温之后进行二氧化碳捕集。
实施例7
本实施例提供了实现上述实施例的碳捕集系统，其结构示意图如图1所示。图中：1、预分解窑系统；2、脱碳炉；3、分离器；4、水泥窑的回转窑烟室；5、锅炉；6、循环风机。
具体地，碳捕集系统包括：预分解窑系统、水泥窑的回转窑烟室、脱碳炉、分离器、锅炉和循环风机；
所述脱碳炉的第一入口与水泥窑的预分解窑系统的C3下料管连接，所述脱碳炉的出口与所述分离器的入口连接；所述分离器的第一出口与水泥窑的回转窑烟室连接，所述分离器的第二出口与所述脱碳炉的第三入口连接，所述分离器的第三出口与所述锅炉的第一入口连接；所述锅炉的第二入口用于通入水泥窑烟气，所述锅炉的出口与所述循环风机的入口连接，所述循环风机的出口与所述脱碳炉的第二入口连接。当烟气通过锅炉后，锅炉可充分利用烟气的热量，烟气经锅炉降温之后进行二氧化碳捕集。
对比例
本对比例提供了一种水泥窑烟气中CO2的捕集方法，具体步骤仅与实施例1不同的是：在大于950℃下进行反应。
结果发现，高于950℃时物料会出现液相导致结皮、堵塞。
试验例
本试验例对实施例和对比例中的脱碳率、CO2纯度以及脱碳能耗进行测试。测试方法均采用行业常规检测方法进行。
经测试，上述实施例中物料的脱碳率均在90％以上，收集的CO2纯度均在90％以上。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种碳捕集系统，其特征在于，其包括：脱碳炉和分离器；
所述脱碳炉的第一入口与水泥窑的预分解窑系统的C3或C4下料管连接，所述脱碳炉的第二入口用于通入水泥窑烟气，所述脱碳炉的出口与所述分离器的入口连接，所述分离器的第一出口与水泥窑的回转窑烟室连接；所述分离器的第四出口用于收集CO2；
所述分离器上还设有第二出口，所述脱碳炉上还设有第三入口；
所述分离器的第二出口用于输出剩余物料，且与所述脱碳炉的第三入口连接；
所述分离器上还设有第三出口，所述分离器的第三出口与所述脱碳炉的第二入口连接；
所述碳捕集系统还包括：锅炉；所述锅炉的入口用于通入水泥窑烟气，所述锅炉的入口与所述分离器的第三出口连接，所述锅炉的出口与所述脱碳炉的第二入口连接。
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