二氧化碳分离材料和方法技术

本发明专利技术提供了分离和/或减少存在于含有二氧化碳的工业废物流中的二氧化碳的方法和系统。包括第一组分、第二组分(不同于第一组分)和优选还包括水的洗涤材料与所述废物流相接触。第一组份包含氧化钙源和碱金属离子源。第二组份包含具有一种或多种反应性硅酸盐化合物的矿渣。本发明专利技术提供了从燃烧源、石灰和/或水泥窑、炼铁和/或炼钢炉等产生的废气中减少二氧化碳的方法。还公开了一种二氧化碳排放减少系统。本发明专利技术进一步提供了重复利用工业副产物的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及排放物消除方法，具体涉及从含二氧化碳的流体流中分离二氧化碳的方法。
技术介绍
本部分的记述仅仅提供与本专利技术有关的背景信息，而不构成现有技术。相信是温室气体的人为排放引起了全球气候变化(即全球变暖)。全球变暖效应的模型预见了温度和海平面的全球性上涨、气候模式的改变、和更极端的天气现象，包括洪水和干旱。温室气体包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、水蒸汽、臭氧和全氟化碳/含氯氟烃。据估计二氧化碳构成美国2000年温室气体排放的大约84%。二氧化碳(CO2)和其他有害气体污染物的排放率与经济和工业增长高度相关，并且自从19世纪中叶起有显著的增高。通常CO2由烃、矿物燃料的燃烧，和/或各种产生二氧化碳副产物的工业过程产生， 所述工业过程包括水泥、石灰、铁和钢的生产。美国环境保护局(EPA)和联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)根据燃料燃烧(主要包括机动车和发电厂)和其他工业来源对排放物进行了分类。美国97 %的人为二氧化碳排放来自矿物燃料燃烧源，例如发电厂、焚化炉和机动车。二氧化碳排放的其他重要点源包括水泥、石灰和铁/钢生产厂，所有这些厂都在生产过程中产生大量的二氧化碳，既是反应副产物也是通过烃类燃料的燃烧的产物。除了是一种不希望有的温室气体外，二氧化碳还有产生操作和经济问题的可能， 因为它是没有任何燃烧价值的稀释剂。它是一种酸性气体而且会在水存在下引起腐蚀问题，产生对一些合金非常有腐蚀性的碳酸。通过国际条约，例如京都议定书，许多国家已经答应负责减少包括二氧化碳在内的各种温室气体的排放。在美国，已经有将很大注意力集中在开发可有效减少规定的空气污染物的排放的装置上的传统，其中空气污染物例如微粒物质、硫氧化物和氮氧化物。但是，对于减少未规定的二氧化碳排放技术的发展滞后于其他控制技术。然而，由于各个国家实施了限制各种温室气体尤其是二氧化碳产生的规章和交易程序，所以急需更加有效且廉价的减少二氧化碳的技术。从气流中去除二氧化碳的现有方法包括用特有的溶剂系统的化学吸收/吸附(胺洗涤)、膜分离、低温分馏和/或用分子筛吸附。在一次性的系统中，活性材料进行一次性通过反应器/洗涤器，然后就被丢弃。由于与处置大量用过的活性材料相关的增加的费用和维护，一次性使用的系统不太理想。再生系统被设计用来再生活性材料，使其适于随后生产性通过所述反应器。分子筛，例如沸石和活性炭，被用于再生的变压吸附(PSA)或变温吸附系统中，这些系统通过在高压和/或低温下选择性吸附一种或多种所述气体分离气体混合物来从气流中除去不想要的成分。然后这些俘获的杂质通过降低吸附系统的压力或升高吸附系统的温度来脱附(所以系统从高压到低压或从低温到高温间“摆动”)。脱附步骤使吸附材料再生，来重复利用于后面的吸附步骤中。PSA系统通常包括若干吸附床，气体通过这些吸附床，分离所选择的气体种类。上述方法中的每一个都有缺点，包括高资本投资和运行费用，以及某些情况下的相对小的吞吐容量和低去除效率。这些系统对于各种应用是潜在的受成本限制的系统，特别对于那些产生大量二氧化碳和其他排放物的高生产量的生产工厂。所以，需要那种以有效且成本节约的方式减少固定来源的废气中的二氧化碳排放的方法。并且，优选CO2排放减少装置在获得所需的去除效率的同时，能处理与工业应用相关的高流量。优选的，这样的去除方法是可再生的，并且采用再循环来体现可承担的发展主动性。
技术实现思路
在各个方面，本专利技术提供了从含有二氧化碳的工业废物流体流中分离作为污染物存在的二氧化碳的方法。在一个方面，本专利技术提供的方法包括通过将所述流体流与洗涤材料相接触来减少流体流中的二氧化碳的量。所述洗涤材料包括第一组分和第二组分。在某些方面中，反应在水存在下进行(例如，在浆料中或在半干形式下进行)。第一组分不同于第二组分。进一步地，第一组分含有氧化钙源和碱金属离子源，且第二组分含有具有一种或多种反应性硅酸盐化合物的矿渣。在某些实施方式中，第一组分含有选自由水泥窑粉尘(CKD)、石灰窑粉尘(LKD)、 甜菜石灰、熟料粉尘、熟石灰、生石灰及其混合物所组成的组中的材料。在一些实施方式中， 第二组分含有选自由高炉矿渣、钢渣及其混合物所组成的组中的材料。合适的矿渣材料的例子包括空气冷却的高炉矿渣、颗粒状高炉矿渣、研磨的颗粒状高炉矿渣、膨胀的和/或成丸状的高炉矿渣、顶吹氧转炉钢渣、平炉钢渣、电弧炉钢渣及其任何混合物。第二组分可以可选择地含有源自熔炉生产和/或加工不锈钢的不锈钢钢渣。在某些实施方式中，第一组分包含水泥窑粉尘(CKD)且第二组分包含不锈钢钢渣。在各个方面，所述方法产生包括碳酸钙和用过的洗涤材料的产物。在某些实施方式中，碳酸钙产物作为原料在工业过程中被重复利用。这种重复利用的一个例子是使用所述碳酸钙产物作为水泥生产或石灰生产的原料。所述碳酸钙产物可以可选择地用作在铁和/或钢加工中的助熔剂。 在各个方面，提供二氧化碳分离材料的浆料用于从含二氧化碳的流体流中洗涤二氧化碳。所述浆料包括第一组分、第二组分和水。第一组分包括选自由水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、甜菜石灰、熟料粉尘、熟石灰、生石灰及其混合物所组成的组中的一种或多种材料。第二组分包括具有反应性硅酸盐化合物的矿渣。所述浆料含有具有最大平均粒径小于或等于约500 μ m且平均表面积大于或等于约1000cm2/g的微粒。在又一个实施方式中，二氧化碳分离材料以浆料的形式提供，以用于从含二氧化碳的流体流中洗涤二氧化碳。所述浆料包括含有水泥窑粉尘(CKD)的第一组分和含有具有反应性硅酸盐源的矿渣的第二组分。所述浆料还含有水。所述浆料包含具有最大平均粒径小于或等于约500 μ m且平均表面积大于或等于约1000cm2/g的微粒。在另一方面，本专利技术提供一种二氧化碳排放减少系统。该系统包括反应腔室。所述反应腔室具有流体入口、浆料入口、混合区、流体出口和浆料出口。含有二氧化碳的废物流与所述反应腔室流体联通，且通过流体入口引入所述反应腔室。并且，浆料源与所述反应腔室流体联通。来自浆料源的浆料通过浆料入口引入所述反应腔室。此外，所述混合区使所述浆料和所述废物流进行湍流混合。所述反应腔室具有的体积可提供足够的停留时间来处理所述废物流以减少至少约30%的二氧化碳量。所述浆料包括含有氧化钙源和碱金属离子源的第一组分，含有具有反应性硅酸盐源的矿渣的第二组分，和水。用过的浆料和/或碳酸钙产物通过浆料出口从所述反应腔室中除去。在其他实施方式中，提供了一种重复利用工业副产物的方法。通过掺混第一制造组分与第二制造组分形成二氧化碳洗涤材料。第一组分含有氧化钙源和碱金属离子源。第二组分含有具有一种或多种反应性硅酸盐化合物的矿渣。然后使工业过程中产生的含有二氧化碳的废物流与所述洗涤材料进行接触。产生能够在诸如工业过程中有益地再利用的包含碳酸钙的产物。在某些实施方式中，在所述接触步骤之后和所述产生步骤之后，所述洗涤材料被用过，且至少部分用过的洗涤材料与新鲜的第一制造组分和第二制造组分掺混。在各个其他方面中，本专利技术提供了减少来自废物流的二氧化碳排放的方法，所述废物流从固定燃烧源(例如锅炉、焚化炉)、水泥窑、石灰窑、炼铁炉和炼钢炉产生。以这种方式，本专利技术的各方面提供了去除二氧化碳排放物的有效手段，从而控制了温室气体的排放，还进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·C·科姆里，
申请(专利权)人：C广思技术国际有限公司，
类型：发明
国别省市：