发明内容
针对现有技术的不足,本发明公开了一种钢渣捕碳资源化处理装置及处理方法。
本发明所采用的技术方案如下:
一种钢渣捕碳资源化处理装置,包括:
上料机构,用于提升输送钢渣微粉;
活性改性机构,和上料机构的出口连接,用于对钢渣微粉进行表面活化及活性组分负载;
固碳反应机构,和活性改性机构的出口连接,用于使活化的钢渣微粉发生固碳反应;固碳反应机构包括外壁设有震动锤的反应器,反应器设有卸料口和回收口,且反应器设有引入含CO2的烟气的第一风道和第二风道,第一风道设置于反应器的一侧,第二风道设置于反应器的底部;反应器的一侧设有至少一个细料出口和至少一个团料出口,细料出口位于团料出口306之上,细料出口连通卸料口,团料出口连通回收口;第一风道引入含CO2的烟气用于使位于反应器内上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应并推动悬浮态活化钢渣微粉向卸料口移动并从细料出口排出至卸料口,第二风道引入含CO2的烟气用于使位于反应器内下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化并发生固碳反应,向回收口移动并从团料出口排出至回收口;
回收输送机构,其进口和固碳反应机构的回收口连接,其出口和上料机构的进口连接;
其中,发生固碳反应和未发生固碳反应的混合物的目数大于预设目数进入卸料口,发生固碳反应和未发生固碳反应的混合物的目数小于预设目数通过回收口经回收输送机构进入上料机构,继续循环固碳;
还包括第一除尘机构,分别与活性改性机构和固碳反应机构连接,用于收集固碳反应机构排出的气体,并对气体进行除尘,除尘后,从第一除尘机构的固体出口进入活性改性机构,继续循环固碳。
在本发明的一个实施例中,所述回收口有多个,多个所述回收口沿所述反应器的长度方向设置在所述反应器的底部,且每个所述回收口设有卸料阀。
在本发明的一个实施例中,所述反应器的顶部设有至少一个第二喷枪,所述第二喷枪向所述反应器内喷入活化助剂。
在本发明的一个实施例中,还包括第二除尘机构,和所述第一除尘机构连接,用于收集所述第一除尘机构的出口烟气,并对所述出口烟气进行除尘。
在本发明的一个实施例中,所述第二除尘机构包括布袋除尘器、旋风除尘出风管、除尘器出风管和离心风机,所述旋风除尘出风管的一端和所述旋风除尘器的气体出口连通,所述旋风除尘出风管的另一端和所述布袋除尘器的进口连通;所述除尘器出风管的一端和所述布袋除尘器的进风口连通,所述除尘器出风管的另一端和所述离心风机的出风口连通。
在本发明的一个实施例中,所述活性改性机构包括双轴螺旋混料送料机和至少一个第一喷枪,所述第一喷枪安装于所述双轴螺旋混料送料机的内腔顶部,所述第一喷枪向所述双轴螺旋混料送料机内喷入活化助剂。
在本发明的一个实施例中,所述上料机构包括提升机和进料管,所述进料管的一端连通所述提升机的出口,所述进料管的另一端连通所述活性改性机构的进口。
在本发明的一个实施例中,所述进料管的末端设有破碎阀。
本发明还提供一种钢渣捕碳资源化处理方法,包括以下步骤,
S1、钢渣微粉进行表面活化及活性组分负载;
S2、将步骤S1中活化后的钢渣微粉输送至反应器内,利用一次送风引入含CO2的烟气使位于反应器内上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应并推动悬浮态活化钢渣微粉移动,利用二次送风引入含CO2的烟气使位于所述反应器内下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化并发生固碳反应;
S3、收集目数大于预设目数的颗粒。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明所述的钢渣捕碳资源化处理装置利用冶金固废钢渣和水泥分解窑尾气中的CO2作为主要原料,在处理装置中,与烟气中CO2进行反应,将烟气中的CO2固定在钢渣中。
本发明所述的钢渣捕碳资源化处理装置促使钢渣中游离CaO、MgO及硅酸钙等矿物相与CO2快速反应形成碳酸盐产物,在利用钢渣捕集CO2的同时,改进了钢渣本身的活性,且提高钢渣的反应效率,提高钢渣反应活性,并将预处理的钢渣用作混合材,部分取代水泥熟料,制备低碳水泥或用作混凝土掺合料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考附图对实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语,例如:上、下、左、右、前或后等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明,此外,在全部实施例中,相同的附图标号表示相同的元件。
实施例
结合图1-图4,一种钢渣捕碳资源化处理装置,包括:
上料机构100,用于提升输送钢渣;
活性改性机构200,和上料机构100的出口连接,用于对钢渣进行表面活化及活性组分负载;
固碳反应机构300,和活性改性机构200的出口连接,用于使活化的钢渣微粉发生固碳反应;固碳反应机构300包括外壁设有震动锤307的反应器301,反应器301设有卸料口303和回收口304,且反应器301设有引入含CO2的烟气的第一风道400和第二风道500,第一风道400设置于反应器301的一侧,第二风道500设置于反应器301的底部;反应器301的一侧设有至少一个细料出口305和至少一个团料出口306,细料出口305位于团料出口306之上,细料出口305连通卸料口303,团料出口306连通回收口304;第一风道400引入含CO2的烟气用于使位于反应器301内上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应并推动悬浮态活化钢渣微粉向卸料口303移动并从细料出口305排出至卸料口303,第二风道500引入含CO2的烟气用于使位于反应器301内下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化并发生固碳反应,向回收口304移动并从团料出口306排出至回收口304;
回收输送机构600,其进口和固碳反应机构300的回收口304连接,其出口和上料机构100的进口连接;
其中,发生固碳反应和未发生固碳反应的混合物的目数大于预设目数进入卸料口303,发生固碳反应和未发生固碳反应的混合物的目数小于预设目数通过回收口304经回收输送机构600进入上料机构100,继续循环固碳。
本实施例提供一种钢渣捕碳资源化处理装置,利用冶金固废钢渣和水泥分解窑尾气中的CO2作为主要原料,在处理装置中,通过优化捕碳工艺,促使钢渣中游离CaO、MgO及硅酸钙等矿物相与CO2快速反应形成碳酸盐产物,且提高钢渣的反应效率,提高钢渣反应活性,并将预处理的钢渣用作混合材,部分取代水泥熟料,制备低碳水泥或用作混凝土掺合料。
在本实施例中,上料机构100包括提升机101和进料管102,进料管102的一端连通提升机101的出口,进料管102的另一端连通活性改性机构200的进口。进一步地,进料管102的末端设有破碎阀,对钢渣进行破碎,得到钢渣微粉。
在本实施例中,活性改性机构200包括双轴螺旋混料送料机201和至少一个第一喷枪202,第一喷枪202安装于双轴螺旋混料送料机201的内腔顶部,第一喷枪202向双轴螺旋混料送料机201内喷入活化助剂,其中,活化助剂组成为:水、乙酸、市售离子液体(包括咪唑类1-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐、季膦类乙基三丁基氯化膦、胺功能化离子液体1-胺丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐),水占质量分数为90%-95%,乙酸占质量分数为3%-6%,市售的咪唑类1-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐占质量分数为2%-4%;活化助剂混合液喷入量与钢渣处理量的质量比为1:80-1:100。
其中,发生的化学吸附吸收反应大致为:
此外,活化钢渣微粉丰富的孔道结构同时也为CO2高效物理吸附提供有利条件。
如图5所示,反应器301的一侧设有至少一个细料出口305和至少一个团料出口306,细料出口305位于团料出口306之上,即细料出口305所在位置的高度高于团料出口306所在位置的高度,且细料出口305用于排出目数大于预设目数的颗粒,细料出口305连通卸料口303,团料出口306连通回收口304,且团料出口306用于排出目数小于预设目数的颗粒。
其中,第二风道500先将含CO2的烟气引入反应器301内,同时,双轴螺旋混料送料机201向反应器301输送活化的钢渣微粉,第二风道500引入的烟气分离悬浮态活化钢渣微粉(即质量较轻的活化钢渣微粉)和沉降态活化钢渣微粉(即质量较重的活化钢渣微粉),随后第一风道400将含CO2的烟气引入反应器301内,第一风道400引入的烟气推动悬浮态活化钢渣微粉向卸料口303移动并从细料出口305排出至卸料口303,也推动沉降态活化钢渣微粉向回收口304移动并从团料出口306排出至回收口304。
需要说明的是,由于第一风道400和第二风道500启动的间隔时间较短,在实际工况中可认为第一风道400和第二风道500为同时启动,即满足第一风道400引入含CO2的烟气用于使位于反应器301内上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应并推动悬浮态活化钢渣微粉向卸料口303移动并从细料出口305排出至卸料口303,第二风道500引入含CO2的烟气用于使位于反应器301内下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化并发生固碳反应,向回收口304移动并从团料出口306排出至回收口304。
在此过程中,由于悬浮态活化钢渣微粉的质量较轻,易贴附于反应器301的内壁,而无法排出反应器301,因此启动震动锤307,将贴附于反应器301的内壁的悬浮态活化钢渣微粉震落,随第一风道400引入的烟气向卸料口303移动并从细料出口305排出至卸料口303。
在本实施例中,回收口304有多个,多个回收口304沿反应器301的长度方向均布设置在反应器301的底部,且每个回收口304设有卸料阀。
进一步地,反应器301的顶部设有至少一个第二喷枪,第二喷枪向反应器301内喷入活化助剂,对钢渣微粉进一步表面活化及活性组分负载,其中,活化助剂混合液喷入量与钢渣处理量的质量比为1:50-1:80。
最后发生固碳反应和未发生固碳反应的混合物分别进入细料出口305和团料出口306,其中,目数>200目的细粉进入细料出口305,通过卸料口303进入成品库。目数<200目的团粉进入团料出口306,然后经回收口304和回收输送装置600,进入提升机101,继续循环固碳流程。
在本实施例中,回收输送装置600可采用拉链机,其工作原理如下:由于物料具有内摩擦力和侧压力等特性,输送链的运动使机槽内的物料之内部压力和颗粒间的内摩擦力增加,当料层之间的内摩擦力大于物料与槽壁间的外摩擦力时,物料就随着输送链一起象水一样地向前流动,料层高度与机槽宽度的比值满足一定条件时,可形成稳定的物料流。
在本实施例中,第一除尘机构700包括第二连接管702和至少一个旋风除尘器701,旋风除尘器701的进口通过第一连接管302和反应器301连通,旋风除尘器701的出口通过第二连接管702和活性改性机构200连通,旋风除尘器701将含有粉尘的气体通过旋风器进入旋风管道,在旋风管道内形成旋涡,由于粉尘颗粒的离心作用,粉尘颗粒沿着旋涡方向向外运动,最终被分离出来,而干净的气体则从管道的中央部分流出。
如图1所示,旋风除尘器701有两个,两个旋风除尘器701并联,为方便描述,两个旋风除尘器701分别定义为第一旋风除尘器和第二旋风除尘器,则第二连接管702设计为第一连接支管、第二连接支管和连接主管,第一连接支管的一端和第一旋风除尘器连通,第一连接支管的另一端和连接主管连通,第二连接支管的一端和第二旋风除尘器连通,第二连接支管的另一端和连接主管连通,连接主管和双轴螺旋混料送料机201连通。
在本实施例中,处理装置还包括第二除尘机构800,和第一除尘机构700连接,用于收集第一除尘机构700的出口烟气,并对出口烟气进行除尘。具体地,第二除尘机构800包括布袋除尘器801、旋风除尘出风管802、除尘器出风管803和离心风机804,旋风除尘出风管802的一端和旋风除尘器701的出口连通,旋风除尘出风管802的另一端和布袋除尘器801的进口连通;除尘器出风管803的一端和布袋除尘器801的进风口连通,除尘器出风管803的另一端和离心风机804的出风口连通。第二除尘机构800的工作原理如下:含尘气体进入布袋除尘器801,颗粒大、比重大的粉尘,由于重力的作用沉降下来,落入灰斗,含有较细小粉尘的气体在通过滤料时,粉尘被阻留,使气体得到净化。
布袋除尘器801的下端收集的细料进入成品库,成品库中的固碳钢渣微粉不存在钢渣的安定性问题,活性高,易磨性高,可作为水泥生产的新型固碳优质混合材料,也可其他低价工业固废协同制备固碳高效复合掺合料,在水泥生产中替代矿粉并减少熟料用量;在混凝土生产中替代矿粉,提高混凝土性能品质,并减少水泥用量。
如图6所示,一种钢渣捕碳资源化处理方法,采用的钢渣微粉为某钢铁公司加工的磨细钢渣,钢渣微粉目数为200目-250目,比表面积190m2/kg-210m2/kg,利用上述的钢渣捕碳资源化处理装置进行固碳,包括以下步骤:
10t/d钢渣微粉(微粉目数为200目-250目)从原料库、中间仓(图中未示出)进入上料机构100,上料机构100将钢渣微粉输送至活化改性机构200,活化助剂由第一喷枪202喷入双轴螺旋混料送料机201中,对钢渣进行表面活化及活性组分负载,其中活化助剂组成为:水、乙酸、市售咪唑类离子液体,水占质量分数为90%,乙酸占质量分数为6%,市售咪唑类离子液体占质量分数为4%,活化助剂混合液喷入量为0.12t/d。
进一步破碎及活化后的钢渣微粉(微粉目数为220目-260目)被送至固碳反应机构300,反应器301上部均有分布着多个第二喷枪,同样配方的活化助剂由第二喷枪喷入反应器301中,对钢渣进一步表面活化及活性组分负载,活化助剂混合液喷入量为0.15t/d。同时工业烟气(烟气温度约130℃-140℃,CO2浓度约20%-25%)从尾排风机出口引出,引入至反应器301内,其中,含CO2的烟气分别从两个方向进入反应器301内,一个方向是由反应器301一侧平行于反应器301的第一风道400引入,此侧进风风量较小,进气风量设定为0.25m3/h,引入的含CO2的烟气一方面与反应器301上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应,另一方面推动悬浮态活化钢渣微粉前移。另一个方向是由反应器301底部垂直于反应器301的第二风道500引入,此侧进风风量较大,进气风量设定为2.0m3/h,引入的含CO2的烟气推动着反应器301下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化,同时与其发生固碳反应。如此在反应器301中,通过优化固碳工艺及设计,烟气中的CO2与活化钢渣及钢渣表面负载的活性组分发生复杂的化学吸附吸收反应及物理吸附反应,实现高效固碳。
最后已经发生固碳反应的活化钢渣微粉分别进入细料出口305和团料出口306,其中,目数>200目的细粉进入细料出口305,然后进入成品库。目数<200目的团粉进入团料出口306,依次经回收口304和回收输送机构600,进入提升机101,由提升机101通过进料管道102进入活化改性机构200,继续循环固碳流程。由此可知,预设目数为200目。
发生固碳反应后的烟气进入旋风除尘器701,经过旋风除尘后,大目数的团料(目数<200目)经旋风除尘器701的下端进入双轴螺旋混料送料机201,继续循环固碳流程。旋风除尘器701的出口烟气进入布袋除尘器801,经布袋除尘后,烟尘排放浓度≤10mg/m³,进入烟囱,布袋除尘器801下端收集的细料进入成品库。
对比例一
本对比例提供一种钢渣捕碳资源化处理方法,与实施例一不同之处在于,活化助剂的组成不同。具体过程如下:
采用的钢渣微粉为某钢铁公司加工的磨细钢渣,钢渣微粉目数为200目-250目,比表面积190m2/kg-210m2/kg。
10t/d钢渣微粉(微粉目数200目-250目)从原料库、中间仓进入上料机构100,上料机构100将钢渣微粉输送至活化改性机构200,活化助剂由第一喷枪202喷入双轴螺旋混料送料机201中,对钢渣进行表面活化及活性组分负载,其中活化助剂组成为:水、乙酸,水占质量分数为90%,乙酸占质量分数为10%,活化助剂混合液喷入量为0.12t/d。
进一步破碎及活化后的钢渣微粉(微粉目数220目-260目)被送至固碳反应机构300,反应器301上部均有分布着多个第二喷枪,同样配方的活化助剂由第二喷枪喷入反应器301中,对钢渣进一步表面活化及活性组分负载,活化助剂混合液喷入量为0.15t/d。同时工业烟气(烟气温度约130℃-140℃、CO2浓度约20~25%)从尾排风机出口引出,引入到固碳反应器,其中含CO2的烟气分别从两个方向进入反应器301内,一个方向是由反应器301一侧平行于反应器301的第一风道400引入,此侧进风风量较小,进气风量设定为0.25m3/h,引入的含CO2的烟气一方面与反应器301上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应,另一方面推动悬浮态活化钢渣微粉前移。另一个方向是由反应器301底部垂直于反应器301的第二风道500引入,此侧进风风量较大,进气风量设定为2.0m3/h,引入的含CO2的烟气推动着反应器301下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化,同时与其发生固碳反应。如此在反应器301中,通过优化固碳工艺及设计,烟气中的CO2与活化钢渣及钢渣表面负载的活性组分发生复杂的化学吸附吸收反应及物理吸附反应,实现高效固碳。
最后已经发生固碳反应的活化钢渣微粉分别进入细料出口305和团料出口306,其中,目数>200目的细粉进入细料出口305,然后进入成品库。目数<200目的团粉进入团料出口306,依次经回收口304和回收输送机构600,进入提升机101,由提升机101通过进料管道102进入活化改性机构200,继续循环固碳流程。
发生固碳反应后的烟气进入旋风除尘器701,经过旋风除尘后,大目数的团料(目数<200目)经旋风除尘器701的下端进入双轴螺旋混料送料机201,继续循环固碳流程。旋风除尘器701的出口烟气进入布袋除尘器801,经布袋除尘后,烟尘排放浓度≤10mg/m³,进入烟囱,布袋除尘器801下端收集的细料进入成品库。
成品库中的固碳钢渣微粉不存在钢渣的安定性问题,活性高,易磨性高,可作为水泥生产的新型固碳优质混合材料,也可其他低价工业固废协同制备固碳高效复合掺合料,在水泥生产中替代矿粉并减少熟料用量;在混凝土生产中替代矿粉,提高混凝土性能品质,并减少水泥用量。
对比例二
本对比例提供一种钢渣捕碳资源化处理方法,与实施例一不同之处在于,活化助剂的组成不同。具体过程如下:
采用的钢渣微粉为某钢铁公司加工的磨细钢渣,钢渣微粉目数为200目-250目,比表面积190m2/kg-210m2/kg。
10t/d钢渣微粉(微粉目数200目-250目)从原料库、中间仓进入上料机构100,上料机构100将钢渣微粉输送至活化改性机构200,活化助剂由第一喷枪202喷入双轴螺旋混料送料机201中,对钢渣进行表面活化及活性组分负载,其中活化助剂组成为:水、市售咪唑类离子液体,水占质量分数为90%,市售咪唑类1-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐占质量分数为10%,活化助剂混合液喷入量为0.12t/d。
进一步破碎及活化后的钢渣微粉(微粉目数220目-260目)被送至固碳反应机构300,反应器301上部均有分布着多个第二喷枪,同样配方的活化助剂由第二喷枪喷入反应器301中,对钢渣进一步表面活化及活性组分负载,活化助剂混合液喷入量为0.15t/d。同时工业烟气(烟气温度约130℃-140℃,CO2浓度约20%-25%)从尾排风机出口引出,引入至反应器301内,其中,含CO2的烟气分别从两个方向进入反应器301内,一个方向是由反应器301一侧平行于反应器301的第一风道400引入,此侧进风风量较小,进气风量设定为0.25m3/h,引入的含CO2的烟气一方面与反应器301上部的悬浮态活化钢渣微粉发生固碳反应,另一方面推动悬浮态活化钢渣微粉前移。另一个方向是由反应器301底部垂直于反应器301的第二风道500引入,此侧进风风量较大,进气风量设定为2.0m3/h,引入的含CO2的烟气推动着反应器301下部的沉降态活化钢渣微粉悬浮流体化,同时与其发生固碳反应。如此在反应器301中,通过优化固碳工艺及设计,烟气中的CO2与活化钢渣及钢渣表面负载的活性组分发生复杂的化学吸附吸收反应及物理吸附反应,实现高效固碳。
最后已经发生固碳反应的活化钢渣微粉分别进入细料出口305和团料出口306,其中,目数>200目的细粉进入细料出口305,然后进入成品库。目数<200目的团粉进入团料出口306,依次经回收口304和回收输送机构600,进入提升机101,由提升机101通过进料管道102进入活化改性机构200,继续循环固碳流程。
发生固碳反应后的烟气进入旋风除尘器701,经过旋风除尘后,大目数的团料(目数<200目)经旋风除尘器701的下端进入双轴螺旋混料送料机201,继续循环固碳流程。旋风除尘器701的出口烟气进入布袋除尘器801,经布袋除尘后,烟尘排放浓度≤10mg/m³,进入烟囱,布袋除尘器801下端收集的细料进入成品库。
钢渣捕碳资源化装置连续运行30天后,工业烟气中CO2浓度变化如图7所示,经核算可知系统每天捕集CO2量约11.88kg,CO2捕集成本约30元/吨。
综上所述,本发明提出的一种钢渣捕碳资源化处理方法是在50℃-200℃的温度范围内,在钢渣捕碳资源化处理装置中钢渣微粉与烟气中CO2进行反应,将烟气中的CO2固定在钢渣中。
该处理方法在利用钢渣捕集CO2的同时,改进了钢渣本身的活性,解决了安定性问题,使得捕碳后的固碳辅助性胶凝材料可大量生产低碳建材产品。该处理方法利用排风机出口含有CO2烟气进行捕碳,然后经过除尘处理达标排放,没有二次污染。本发明提供的钢渣捕碳资源化处理装置具有结构简单,捕碳效率高,固碳辅助性胶凝材料稳定,投资成本低的优点。
本发明利用钢渣等非碳原料低成本原位捕集烟气CO2,捕碳后的固碳辅助性胶凝材料可与水泥熟料、石膏以及其他混合材制备低碳水泥,该材料可应用于水泥、混凝土及其他相关产业。
本发明提出的一种高效钢渣捕碳资源化技术可以高值、无害、资源化利用钢渣和水泥窑尾气CO2制备低碳水泥,促进水泥工业CO2减排、固体废物经济利用,为水泥工业碳达峰碳中和提供新路径,具有显著的经济社会效益以及环保优势。利用钢渣捕集和固化钢铁、水泥、电力行业烟气中CO2,解决钢渣的安定性问题,提高活性,提高易磨性。制备成固碳辅助性胶凝材料,作为水泥生产的新型固碳优质混合材。与其他低价工业固废协同制备固碳高效复合掺合料,在水泥生产中替代矿粉并减少熟料用量;在混凝土生产中替代矿粉,提高混凝土性能品质,并减少水泥用量。
在本发明实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申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。