CN215842470U - 利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于碳中和与烟气治理、建筑材料技术领域，具体为一种利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统，该生产系统包括制浆系统、吸收塔系统、固液分离系统，所述制浆系统与所述吸收塔系统上部连接，将所述制浆系统的吸收剂送入所述吸收塔，所述吸收塔系统底部与所述固液分离系统连接，所述固液分离系统与所述制浆系统连接，将分离得到的溶液通过所述制浆系统重新回到所述吸收塔系统。本实用新型的有益效果是：通过本实用新型的技术可以通过碱性固废来捕捉固化工业烟气中的CO2，将CO2转换为无机高效胶凝材料，可用于建材制造，实现了对二氧化碳和固废的再处理和利用，工艺和反应简单易实现，具有较高的经济价值。

Description

利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统

技术领域

本实用新型属于碳中和与烟气治理、建筑材料技术领域，具体为一种利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统。

背景技术

碳捕捉(CCS)为将工业生产中的二氧化碳用各种手段捕捉然后储存或者利用的过程。目前的碳捕捉技术很难资源化，成本昂贵。现有技术使用碳捕捉技术进行CO2处理时，一般通过外加剂捕捉工业烟气中的CO2到溶液中，并通过高能耗的方式将溶液中的CO2以气体形式释放并浓缩提纯。提纯后的CO2，进行固化填埋，或作为其他食品及化工工业用品的原材料。由于食品及化工工业对原材料的纯度要求极高，其中浓缩和提纯的成本昂贵。而固体填埋的处理费用较高，并且可能有二次逃逸的风险。

碳酸钙是使用范围非常广泛的一种无机填料，其可以广泛应用于造纸、橡胶、建材、涂料等工业领域中，尤其在建筑行业有广泛的应用，只是普通的无机材料，需要与粘土等材料混合制备成水泥才具有胶结的特性。

目前，仍然没有对烟气中二氧化碳及固废进行回收并直接得到可以代替水泥的胶凝建筑原材料的生产系统。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统，通过本实用新型的技术可以通过碱性固废来捕捉固化工业烟气中的CO2，将CO2转换为无机高效胶凝材料，可用于建材制造，实现了对二氧化碳和固废的再处理和利用，工系统简单，反应易实现，具有较高的经济价值。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统，其特征在于：包括制浆系统、吸收塔系统、固液分离系统，所述制浆系统与所述吸收塔系统上部连接，将所述制浆系统的吸收剂送入所述吸收塔，所述吸收塔系统底部与所述固液分离系统连接，将吸收塔的浆液送入固液分离系统进行反应并分离，所述固液分离系统与所述制浆系统连接，将分离得到的溶液通过所述制浆系统重新回到所述吸收塔系统；

所述吸收塔系统包括吸收塔，所述吸收塔上设有烟气入口，所述吸收塔内上方设有与所述制浆系统连接的喷淋层，所述喷淋层上方设有位于所述吸收塔内的除雾器，所述吸收塔顶部设有吸收塔烟囱；

所述固液分离系统包括结晶装置，所述结晶装置与所述吸收塔底部连接，将所述吸收塔底部吸收二氧化碳后的浆液送入所述结晶装置，所述结晶装置结晶得到的液体通过所述制浆系统重新送入所述吸收塔。

所述结晶装置包括冷却结晶系统、蒸发结晶系统和废水处理池，所述冷却结晶系统的入口与所述吸收塔底连接，将塔底液体泵送至所述冷却结晶系统，所述冷却结晶系统的液体出口与所述蒸发结晶系统入口连接，所述蒸发结晶系统的气体出口与所述废水处理池连接，所述废水处理池与所述制浆系统连接，通过所述制浆系统将吸收剂送入所述吸收塔。

所述固液分离系统还包括板框压滤装置，所述板框压滤装置位于所述结晶装置与所述吸收塔之间，所述板框压滤装置包括板框压滤机和清液水箱，所述板框压滤机的进液端与所述吸收塔下部连接，出液端与所述清液水箱连接，所述清液水箱与所述结晶装置的冷却结晶系统连接。

所述制浆系统包括制浆地坑、设置在制浆地坑内的地坑搅拌器、位于制浆地坑上方的计量系统，所述制浆地坑通过供浆泵将吸收剂送至所述吸收塔。

所述吸收塔底部通过自循环管路、设置在自循环管路上的吸收塔循环泵与所述喷淋层连接；与所述吸收塔烟气入口连接的管路上设有分支烟气管路，所述分支烟气管路上设有备用烟囱。在吸收系统故障时，烟气从备用烟囱排出。

所述吸收塔内设有吸收塔搅拌器。

还包括工艺水系统，所述工艺水系统分别通过管路与所述制浆系统、所述吸收塔系统、所述固液分离系统连接，所述工艺水系统包括工艺水箱以及与工艺水箱连接的工艺水管路、除雾器冲洗水管路、冷却水管路、工艺水回水管路、冷却回水管路，所述工艺水管路、工艺水回水管路与制浆系统连接，所述除雾器冲洗水管路与吸收塔的除雾器连接，所述冷却水管路、冷却回水管路与所述结晶系统连接。

本实用新型的有益效果为：

吸收塔的喷淋层用于二氧化碳的喷淋捕捉，除雾器用于捕捉收集喷淋过程挥发出来的雾气，使二氧化碳能被最大限度的捕捉，从而使排出吸收塔烟囱的烟气较为纯净；通过自循环管路可以将吸收塔内的吸收剂反复使用，结晶分离的吸收剂回收后重新用于吸收剂制备，实现了吸收的重复利用；吸收塔内的搅拌器可以加速塔底液体中游离的二氧化碳被吸收剂捕捉。冷却结晶系统既用于二氧化碳进一步的碳固化反应，也用于产品固液分离的初步结晶。同时设置冷却结晶系统和蒸发结晶系统，进行两次结晶可以使得到的产品较纯净。

本实用新型的整个生产系统可以使用碳捕捉技术将工业烟气的二氧化碳捕捉下来，并利用固体废弃物的碱性原材料与之进行反应生成胶凝剂，在进行烟气和固体废弃物处理的同时，生成了副产物球霰石CaCO3 （V型）颗粒；使资源得到了最大限度的利用，在治理环境的同时节能减排，解决了二氧化碳在捕捉后容易逃逸的难题，符合国家绿色环保的要求。

本实用新型的生产系统各部分结构简单，对生产设备要求低，系统中允许水的存在，反应条件简单不严苛。由于进行废气和固废作为原料，生产成本低，并具有极高的经济价值和社会价值，是一个可持续、资源化和有实际功能并可大规模推广的装置，有助于碳达峰、碳中和的推广及实施。

用本实用新型的系统得到的球霰石为水性胶凝材料，具有使胶乳逐渐转变成均匀的半刚性固体凝胶、并保持原有形状的特性，用于建筑材料可代替水泥直接使用，又由于其在结晶脱水过程获得了较大的比表面积、较高的分散性能以及较小的比重，使其可以应用在轻质建筑材料上，从而可以有效减少建材中水泥的使用量，这样就可以减少水泥制造带来的能源及环境消耗。同时使用球霰石CaCO3 （V型）颗粒制造的建材可以有效减小建材的重量，减少整体能耗。

附图说明

图1为本实用新型生产系统的流程示意图。

图中：烟气入口1、主抽风机2、分支烟气管路3、烟囱旁路挡门板4、备用烟囱5、主烟道挡门板6、供浆泵7、吸收塔8、喷淋层9、除雾器10、吸收塔烟囱11、吸收塔搅拌器12、自循环管路13、吸收塔循环泵14、浆液排出泵15、板框压滤机16、清液水箱17、冷却结晶系统18、蒸发结晶系统19、废水处理池20、工艺水箱21、工艺水泵22、除雾器冲洗水泵23、冷却水水泵24、制浆间25、自动拆包机26、上料粉仓27、螺旋给料机28、制浆地坑29、地坑搅拌器30。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统，参照图1所示的结构示意图，该生产系统包括吸收塔系统、固液分离系统、制浆系统、工艺水系统，其中制浆系统用于二氧化碳吸收剂的制备，吸收塔系统用于完成工业烟气中二氧化碳的捕捉、收集，将二氧化碳转化为二氧化碳储集材料CO2SM，固液分离系统一方面用于将二氧化碳储集材料CO2SM转化为球霰石CaCO3胶凝建筑原材料，另一方面完成对该材料与吸收剂的分离。工艺水系统为各设备使用过程中提供工艺用水和冷却用水。

其中，制浆系统与吸收塔系统上部连接，将制浆系统的吸收剂送入吸收塔8，吸收塔系统底部与固液分离系统连接，从吸收塔8底部出来的浆液进入固液分离系统，在固液分离系统进行反应并通过结晶完成固液分离，固液分离系统与制浆系统连接，将固液分离得到的溶液通过制浆系统重新回到吸收塔系统进行喷淋。

本实用新型的吸收塔系统可以为湿法喷淋气液收集系统，还可以为曝气法等气液收集系统，本实施例以湿法喷淋气液收集系统为例，该吸收塔系统包括吸收塔8，在吸收塔8中部设有烟气入口1，烟气通过主抽风机2从烟气入口1进入吸收塔8，在该管路上设置主烟道挡门板6作为开关，控制烟气是否通入；为防止吸收塔系统发生故障，与吸收塔8的烟气入口1连接的管路上还设置了分支烟气管路3，在分支烟气管路3上设置了备用烟囱5，分支烟气管路3上安装烟囱旁路挡门板4作为开关，当吸收塔系统发生故障时，烟气从备用烟囱5出去。

吸收塔8内上方设置多层喷淋层9，喷淋层9可以满覆盖烟气的全部区域，烟气入口1设置在喷淋层9以下。喷淋层9用于喷洒吸收剂，在制浆系统与喷淋层9的连接管道上安装供浆泵7，可以将吸收剂泵送至喷淋层9，吸收剂从喷淋层9喷下，进行烟气中二氧化碳的吸收。喷淋吸收剂的流量和烟气流量的气液比一般在0.5-2之间。喷淋层9上方安装有位于吸收塔8内的除雾器10，一些由于溶液较高温度挥发的雾气，通过除雾器10捕捉收集，并定期用水对除雾器10进行清洗，水通过除雾器清洗泵23从工艺水系统的工艺水箱21输送至除雾器10，清洗液与喷淋液均落入塔底。在吸收塔8顶部还设有吸收塔烟囱11，吸收二氧化碳后的净化气体从塔顶的吸收塔烟囱11排出；吸收塔8底部通过浆液排出泵15与固液分离系统连接，已经吸收完成的液体（PH值降低至6-7时）通过浆液排出泵15被送入固液分离系统。在固液分离系统完成球霰石CaCO3胶凝建筑原材料的生产及固废分离，并对固液分离的液体进行重新利用。

为了节约成本和提高吸收剂的吸收率，在吸收塔8底部到喷淋层9之间安装自循环管路13，在自循环管路13上设置吸收塔循环泵14，通过吸收塔循环泵14和自循环管路13，实现吸收剂的循环利用；还可在吸收塔8内安装吸收塔搅拌器12，以使塔底气体和液体充分混合，加速吸收。

固液分离系统包括结晶装置，结晶装置与吸收塔8连接，使吸收塔8底部的溶液进入结晶装置，结晶装置结晶得到的液体通过制浆系统重新进入吸收塔8用于喷淋。

结晶装置可以使用蒸发结晶或冷却结晶、板框结晶的方式。本实施例的结晶装置包括蒸发结晶系统19、冷却结晶系统18和废水处理池20，冷却结晶系统18的入口与吸收塔8底连接，通过浆液排出泵15将塔底液体泵送至冷却结晶系统18，冷却结晶系统18的液体出口与蒸发结晶系统19入口连接，蒸发结晶系统19的冷凝液出口与废水处理池20连接，废水处理池20与制浆系统连接，废水处理池20的溶液进入制浆系统，并通过制浆系统将吸收剂送入吸收塔8，实现了吸收剂的回收利用。在冷却结晶系统18内加入含CaO或Ca（OH）2碱性矿物材料的固体废弃物，如熟石灰、石灰、电石渣等，优选为电石，进行反应和常温冷却结晶，对二氧化碳进行碳固化。冷却结晶时用冷却水水泵24为其提供冷却水。然后通过蒸发结晶系统19再次进行结晶，得到球霰石CaCO3 （V型）颗粒，球霰石胶凝材料可作为建筑原材料用于建筑行业。

如果需要较为纯净的球霰石胶凝材料，滤掉液体中的一些不溶的颗粒，可以选配通过板框压滤装置进行分离，脱除的少量固体，存放在渣库，进行清运。此时，本实用新型的固液分离系统还应包括板框压滤装置，板框压滤装置应该设置在结晶装置前方，位于结晶装置与吸收塔8之间，图中板框压滤装置包括板框压滤机16和清液水箱17，板框压滤机16的进液端通过浆液排出泵15与吸收塔8底部连接，吸收塔8的浆液从底部出来后先进入板框压滤机16压滤，板框压滤机16的出液端与清液水箱17连接，清液水箱17再与结晶装置的冷却结晶系统18连接，将板框压滤得到的滤液送入冷却结晶系统18进行蒸发结晶，在常温冷却结晶。同样在冷却结晶系统18投入含CaO或Ca（OH）2的碱性矿物材料进行碳捕捉固化。结晶后的溶液经制浆系统再次回到进行碳收集的吸收塔8系统。

如果将球霰石用于一般建材的原材料，则不需选配板框压滤装置，精简系统并减少运营成本。

本实施例的制浆系统设置在制浆间25内，用于完成吸收剂的制备，包括制浆地坑29、设置在制浆地坑29内的地坑搅拌器30、位于制浆地坑29上方的计量系统，如计量泵（图中未标出）、螺旋给料机28。吸收剂经通过计量系统定量加入制浆地坑29，并加入水用地坑搅拌器30搅拌均匀。当使用液体制剂时，直接通过计量系统如计量泵将捕捉剂按照比例进行添加混匀，并加水进行稀释；当使用粉末制剂时，通过自动拆包机26拆除包装，然后经过上料粉仓27进入计量系统如螺旋给料机28，通过螺旋给料机28将碳捕捉剂按照比例混合，并用计量泵加水在制浆地坑29内搅拌，使固体碳捕捉剂混合均匀，制得的吸收剂利用供浆泵7泵送给吸收塔8。

该生产系统还包括工艺水系统，工艺水系统分别通过管路与制浆系统、吸收塔系统、固液分离系统连接，工艺水系统包括工艺水箱21以及与工艺水箱21连接的工艺水管路、除雾器冲洗水管路、冷却水管路、工艺水回水管路、冷却回水管路，工艺水管路、工艺水回水管路与制浆系统连接，除雾器冲洗水管路与吸收塔8的除雾器10连接，冷却水管路、冷却回水管路与所述结晶系统连接。为各工艺路线提供用水和接收回水。

本实用新型可以用于工业烟气的处理，如发酵、化工、电厂、钢厂等烟气。其中对于CO2含量高、其他废气源少的烟气可以直接使用此系统处理。对于SO2、NOx 较高者，可在本系统前端首先使用脱硫、脱销系统来预处理烟气，达到目前大气排放要求。然后使用此系统来进行烟气中的碳收集。

利用上述生产系统生产球霰石凝胶建筑原材料的工艺过程为：

用制浆系统制备二氧化碳吸收剂，并使用工艺水泵22从工艺水箱21为制浆系统供水；将含有二氧化碳的工业烟气从烟气入口1利用主抽风机2通入吸收塔8内，将制浆系统的吸收剂利用供浆泵7泵送至吸收塔8的喷淋层9进行喷淋，喷淋吸收剂的流量和烟气流量的气液比控制在0.5-2之间；挥发出来的雾气由吸收塔8内的除雾器10捕捉收集；经过除雾器10的净烟气从吸收塔8的塔上烟囱出去，在此期间除雾器10用水进行清洗，水通过除雾器清洗泵23从工艺水系统的工艺水箱21输送至除雾器10，清洗液进入塔底，反应完成后（浆液PH值降低至6-7）与吸收剂、二氧化碳储集材料CO2SM一起进入固液分离系统；吸收塔8内喷淋后的浆液从塔底泵送回吸收塔8重新进行喷淋。

从吸收塔8底部出来的浆液，利用浆液排除泵15泵送入固液分离系统进行反应结晶。具体为：为了得到纯度较高的球霰石胶凝材料，在反应之前先进行过滤，将吸收塔8塔底的液体先泵送至板框压滤机16，经压滤后脱除存在的少量固体后，滤液进入清液水箱17。将滤液通入冷却结晶系统18，加入含CaO或Ca（OH）2碱性矿物材料的固体废弃物进行反应和结晶。然后将反应后的体系在冷却结晶系统18进行常温冷却结晶，并用冷却水水泵24从工艺水箱21提供冷却使用水。分离的液体进入蒸发结晶系统19，在120-180℃下进行蒸发结晶。得到球霰石CaCO3 （V型）颗粒，即球霰石胶凝建筑原材料；结晶后的溶液回收，进入废水处理池20缓存，重新进入制浆系统用于二氧化碳的捕捉。

相较硅酸盐水泥（制备时复杂的多晶相反应，硅酸盐水泥呈碱性、对纤维有腐蚀，且在反应时有收缩，并且会持续），通过本实用新型的生产系统得到的球霰石胶凝材料，反应简单，养护周期短，PH呈中性，适用于各种纤维，使其在制备轻质板材时可选择较便宜材料；且尺寸稳定性好，可代替5%-100%的水泥直接添加到建材材料中使用。

以上对本实用新型的实例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种利用碳捕捉技术制备球霰石胶凝建筑原材料的生产系统，其特征在于：包括制浆系统、吸收塔系统、固液分离系统，所述制浆系统与所述吸收塔系统上部连接，将所述制浆系统的吸收剂送入所述吸收塔，所述吸收塔系统底部与所述固液分离系统连接，将吸收塔系统的浆液送入固液分离系统进行反应并分离，所述固液分离系统与所述制浆系统连接，将分离得到的溶液通过所述制浆系统重新回到所述吸收塔系统；

所述吸收塔系统包括吸收塔，所述吸收塔上设有烟气入口，所述吸收塔内上方设有与所述制浆系统连接的喷淋层，所述喷淋层上方设有位于所述吸收塔内的除雾器，所述吸收塔顶部设有吸收塔烟囱；

所述固液分离系统包括结晶装置，所述结晶装置与所述吸收塔底部连接，将所述吸收塔底部吸收二氧化碳后的浆液送入所述结晶装置，所述结晶装置结晶后的液体通过所述制浆系统重新送入所述吸收塔。

2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述结晶装置包括冷却结晶系统、蒸发结晶系统和废水处理池，所述冷却结晶系统的入口与所述吸收塔底连接，将塔底液体泵送至所述冷却结晶系统，所述冷却结晶系统的液体出口与所述蒸发结晶系统入口连接，所述蒸发结晶系统的气体出口与所述废水处理池连接，所述废水处理池与所述制浆系统连接，通过所述制浆系统将吸收剂送入所述吸收塔。

3.根据权利要求2所述的生产系统，其特征在于：所述固液分离系统还包括板框压滤装置，所述板框压滤装置位于所述结晶装置与所述吸收塔之间，所述板框压滤装置包括板框压滤机和清液水箱，所述板框压滤机的进液端与所述吸收塔下部连接，出液端与所述清液水箱连接，所述清液水箱与所述结晶装置的冷却结晶系统连接。

4.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述制浆系统包括制浆地坑、设置在制浆地坑内的地坑搅拌器、位于制浆地坑上方的计量系统，所述制浆地坑通过供浆泵将吸收剂送至所述吸收塔。

5.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述吸收塔底部通过自循环管路、设置在自循环管路上的吸收塔循环泵与所述喷淋层连接。

6.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：与所述吸收塔烟气入口连接的管路上设有分支烟气管路，所述分支烟气管路上设有备用烟囱。

7.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述吸收塔内设有吸收塔搅拌器。

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