二氧化碳资源化利用的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种二氧化碳资源化利用的系统，该系统包括CO2处理单元，水洗单元、水洗液净化单元、干燥单元和蒸发制盐单元。方法主要包括烟气经烟气净化装置净化后收集于CO2收集装置，并通过CO2收集装置输送至制浆装置和各级水洗反应器，解决飞灰难溶性氯脱除问题，并提高飞灰料渣钙含量；飞灰经多级逆向水洗处理后，得到飞灰料渣和各级水洗液；飞灰料渣经烘干后得到水洗飞灰成品，氯含量≤1％；一级水洗液进入水洗液净化系统，经软化、降低重金属及pH调节处理后进入蒸发制盐系统，得到氯化钾和氯化钠产品；水洗过程采用逆流洗脱方式，减少水洗用水量；全过程设置pH检测仪，精准控制各阶段进液量和二氧化碳气体通入量；水洗液净化单元中，以二氧化碳结合盐酸调节水液pH，不同于以往仅采用盐酸等试剂调节水液pH，降低了酸的消耗，节省处理成本。节省处理成本。节省处理成本。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳资源化利用的方法和系统


[0001]本专利技术属于飞灰处置及飞灰水洗液处理
，特别是涉及一种二氧化碳资源化利用的系统和方法。

技术介绍

[0002]近些年，全球气候变暖现象日益严重，为解决该问题，“碳达峰、碳中和”已成为全球议题。应对气候变暖问题，需要减少温室气体排放，其核心是要减少CO2排放。从全球来看，CO2排放占温室气体排放总量的75％，而我国CO2排放占温室气体排放总量的80％以上。二氧化碳是重要的碳资源，可以作为原料应用于有机物的合成，也可以在石油，天然气的开采过程中用作助采剂，还可以在超临界状态下作为萃取剂提取许多有机物，是世界各国非常关注的一项具有可持续发展战略意义的课题。
[0003]CO2排放主要来源于能源相关产业和工业过程，其中，我国水泥、钢铁、化工是工业中CO2排放量最大的三个行业，比重约为15.7％、16.2％、7％(2015年)。为响应国际、国家“碳达峰、碳中和”政策，本专利技术利用前端烟气系统收集捕捉的CO2气体，贯穿水洗系统及水洗液净化系统，使飞灰固体及水洗液满足后续处理要求。该技术可有效利用高温过程产生的CO2，有助于推动建材行业的“碳达峰、碳中和”，此外，该技术为危险废物资源化处置的环节之一，有助于推动国家“无废城市”的建设，符合国家对生活垃圾减量化、无害化、资源化处置的需求。
[0004]现有技术(一)：一种新型垃圾焚烧飞灰制浆水洗及碳中和耦合系统及方法。该系统包括CO2捕集装置、多相混合制浆水洗单元和固液分离单元。所述的CO2捕集装置包括吸附炉和高温焙烧炉。多相混合制浆水洗单元包括碳酸化反应釜、飞灰储罐、三通管道和水洗反应罐。碳酸化反应釜包括釜体、风车状单向管道、竖笛状管道和环绕式微孔管道。本专利技术将CO2气体充入水体中形成碳酸溶液，利用碳酸和氢氧化钙反应形成碳酸钙沉淀，相比于现有技术中直接充入CO2气体，本专利技术先在低温加压环境中制备碳酸溶液的方案，能够快速产生大量的碳酸根离子用于反应，能够显著提高飞灰水洗的效率和CO2的利用率。
[0005]1、本专利技术将CO2气体充入水体中形成碳酸溶液，利用碳酸和氢氧化钙反应形成碳酸钙沉淀，相比于现有技术中直接充入CO2气体，本专利技术先在低温加压环境中制备碳酸溶液的方案，能够快速产生大量的碳酸根离子用于反应，能够显著提高飞灰水洗的效率和CO2的利用率。由于碳酸溶液能反应产生碳酸钙沉淀，故避免氢氧化钙悬浊液的产生，提高浆液的固液分离效率，并省去了后续水洗滤液加药软化脱钙处理工艺，以及溶液进入蒸发结晶器制盐前调节pH的工序，使得固液分离后的液相pH值达到蒸发结晶所需的6～9。
[0006]2、本专利技术采用环绕式微孔管道、竖笛状管道和风车状单向管道共同向水体中充入CO2气体，实现水体中多向气流的对流扰动，使水、气两相充分混合，同时配合加压降温，实现CO2溶解度的最大化，而碳酸化反应釜中的温度通过对CO2气化时供热的幅度进行控制，省去了制冷设备的使用，降低了成本。
[0007]3、本专利技术在利用流速产生的负压自动吸取飞灰，并在三通管道内直接完成均质混
合制浆过程，使得进入水洗反应罐的浆料均量化稳定化，解决了常规水洗在反应罐中飞灰与水搅拌混合时易产生扬尘堵塞排气口的问题。
[0008]4、本专利技术采用氧化钙基沸石分子筛作为吸附剂，其在吸附CO2后形成碳酸钙基沸石分子筛，经高温解吸CO2后可循环使用。此外，钙基沸石分子筛能够通过飞灰水洗的固相残渣制备得到，钙基沸石分子筛又能吸附垃圾焚烧尾气中的CO2，实现了对尾气和飞灰这垃圾焚烧的两大副产物的联合处理，并实现了系统中耗材的自我产生，以废治废，资源再利用的效果。
[0009]但是，本专利技术未设置二氧化碳回流装置，水、气反应过程会有部分气体逸散至反应釜，一方面累积过多有一定危险，另一方面造成二氧化碳资源二次浪费；采用单次水洗，同时，水洗反应终点未设置；未考虑水洗液中重金属含量，对水洗液仅处理其钙镁含量及pH调节。
[0010]现有技术(二)：一种将飞灰进行水洗，然后向水洗后抽滤得到的高浓度水洗液中加1
‑
3％的螯合剂除去重金属，得到初级净化液，向初级净化液中加入NaOH，再通入CO2除去碳酸钙和氢氧化镁混合渣，得到二次净化液，将二次净化液通过MVR蒸发器蒸发结晶，回收钾盐，剩余的为混盐废液，电解混盐废液即得到氢氧化钠和氯气，氢氧化钠回用到对初级净化液调节pH值；同时对飞灰水洗后产生的固渣进行煅烧，生成生石灰，生石灰回用于垃圾焚烧厂中烟气净化，实现垃圾焚烧的烟气净化、飞灰水洗的整个系统形成闭环，而且电解时同步得到的氯气也可考虑与煅烧生成的生石灰反应生产漂白剂的主要成分，一方面提高经济性，另一方面降低危险性。
[0011]1、本专利技术采用氢氧化钠和二氧化碳除去高浓度水洗液中的钙、镁，只需在最初阶段加入少量氢氧化钠试剂，后续可利用从混盐废液中电解得到的氢氧化钠进行回用，降低了试剂使用成本；
[0012]2、在除去少量的重金属渣和钙镁后，采用MVR蒸发器蒸发结晶除掉钾盐，这种蒸发工艺较其他蒸发工艺节约能耗，蒸发后得到混盐废液中主要是钠盐，通过电解得到氢氧化钠和氯气，不需要多步进行结晶分盐，工艺简单；
[0013]3、采用多级逆向的飞灰水洗，飞灰水洗的水洗液脱盐率可达到95％以上，最后的低浓度水洗液经过DTRO膜浓缩，排出的浓水和淡水能够分别回用到多级逆向的飞灰水洗环节中去，有效的节约了飞灰水洗过程中的用水量。
[0014]但是，电解混盐废液成本高；且仅对飞灰水洗液进行二氧化碳资源化处理，资源化利用程度低；需增加氯气收集装置等，造价高；每升所述初级净化液中加入30
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50gNaOH，后续电解混合废液得到氢氧化钠虽然可二次利用，但仍需一定补充量，NaOH药剂费用较高。

技术实现思路

[0015]针对上述现有技术中这类含钙镁离子高的废水零排处理中的困难和问题，本专利技术的目的在于提供一种利用CO2资源化利用方法，该方法综合利用多种水处理先进技术，利用前端烟气系统收集捕捉的CO2气体，贯穿水洗系统及水洗液净化系统，结合多种处理工艺，一方面提高飞灰固体钙含量，另一方面降低了高钙、镁废水的处理成本，实现了飞灰水洗预处理过程废水的零排放，响应国家“碳达峰，碳中和”政策，具有良好的社会价值和市场价值。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述CO2资源化利用系统。
[0017]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
[0018]本申请提出了基于CO2资源化利用的系统，所述系统包括：CO2处理单元，水洗单元、水洗液净化单元、干燥单元和蒸发制盐单元。
[0019]所述CO2处理单元包括烟气处理装置1及CO2收集装置2。
[0020]所述水洗单元包括飞灰投加装置3、制浆水注入装置4、制浆装置5、一级水洗反应器6、一级固液分离装置7、二级水洗反应器8、二级固液分离装置9、三级水洗反应器10、三级固液分离装置11、CO2鼓吹装置23。
[0021]所述水洗液净化单元包括一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二氧化碳资源化利用的系统，其特征在于，该系统包括CO2处理单元，水洗单元；所述CO2处理单元包括烟气处理装置及CO2收集装置；所述烟气处理装置包括烟气净化、物理吸收、膜分离和化学吸附中的至少一种；所述水洗单元包括制浆反应器、飞灰投加装置、制浆水注入装置、一级水洗反应器、一级固液分离装置、二级水洗反应器、二级固液分离装置、三级水洗反应器、三级固液分离装置、CO2鼓吹装置；所述飞灰投加装置及制浆水注入装置出口均与制浆装置浆料进口相连；所述制浆装置浆料出口与一级水洗反应器浆料进口相连；所述一级水洗反应器浆料出口与一级固液分离装置进口相连；所述一级固液分离装置液体出口与一级软化装置液体进口连接；一级固液分离装置固体出口与二级水洗反应器浆料进口连接；所述二级水洗反应器浆料出口与二级固液分离装置浆料进口相连；所述二级固液分离装置液体出口与所述制浆水注入装置进口相连；所述二级固液分离装置固体出口与所述三级水洗反应器浆料进口相连；所述三级水洗反应器浆料出口与三级固液分离装置浆料进口相连；所述三级固液分离装置液体出口与所述二级水洗反应器浆料进口相连，所述三级固液分离装置固体出口与干燥单元进口连接；所述CO2收集装置气体出口与制浆装置气体进口、各级水洗反应器气体进口相连；制浆装置气体回流口、各级水洗反应器气体回流口均与烟气净化装置气体进口相连；所述制浆装置气体进口和各级水洗反应器气体进口连接CO2鼓吹装置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气处理装置包括依次连接脱硫水洗塔、吸收塔和解析塔；吸附塔内吸附剂吸附烟气中CO2气体后输送到解析塔，将CO2气体从烟气中分离出来，输送至CO2收集装置，用于后续水洗单元及水洗液净化单元使用。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三级水洗反应器设有补充工艺水进口，作补清水用。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CO2鼓吹装置位于制浆装置和各级水洗反应器内部底端，在制浆及飞灰水洗过程中通入CO2；所述CO2鼓吹装置气孔部安装过滤层；所述制浆装置气体进口、一级水洗反应器气体进口、二级水洗反应器气体进口和三级水洗反应器气体进口前端均设置加压泵流量控制阀，用于控制CO2输入量；所述制浆装置气体出口、一级水洗反应器气体回流口、二级水洗反应器气体回流口和三级水洗反应器气体回流口设置流量计及控制阀，保压状态下，控制未反应的CO2回流至烟气净化装置，循环利用；所述制浆装置浆料出口及各级水洗反应器浆料出口均设置pH检测仪，根据系统提供烟气量以及烟气中CO2量的变化，通过pH检测仪的测量信号，及时调整进入水洗反应器的浆料量；所述水洗液净化单元包括一级软化装置、二级软化装置、固液分离装置、硫酸钠投加装置、碳酸钠投加装置、重金属脱除药剂投加装置、重金属脱除装置、pH调节装置及软水储液装置；一级软化装置浆料出口与一级软化固液分离装置浆料进口相连接；一级软化固液分离装置液体出口与二级软化装置液体进口相连接，一级软化固液分离装置固体出口与一级水
洗反应器浆料进口相连接；二级软化装置浆料出口与重金属脱除装置浆料进口相连接，重金属脱除装置浆料出口与二级软化固液分离装置浆料进口相连接，二级软化固液分离装置固体出口与一级水洗反应器浆料进口相连接，二级软化固液分离装置液体出口与pH调节装置液体进口相连接；pH调节装置液体出口与软水储液装置液体进口相连接；软水储液装置液体出口与蒸发制盐单元进口相连接；硫酸钠投加装置与一级软化装置相连接，碳酸钠投加装置与二级软化装置相连接，金属脱除药剂投加装置与重金属脱除装置相连接，盐酸注入装置与pH调节装置相连接；CO2收集装置气体出口与pH调节装置气体进口相连接，pH调节装置气体回流口与烟气净化装置气体进口相连接。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括水洗液净化单元、干燥单元和蒸发制盐单元；所述干燥单元包括水洗飞灰干燥处理装置，水洗飞灰进行干燥处理后，得到水洗飞灰成品；所述一级软化装置设有硫酸钠投加装置，作软化剂用；所述二级软化装置设有碳酸钠投加装置，作软化剂用；所述CO2鼓吹装置位于pH调节设备内部底端，pH调节过程通入CO2气体；所述pH调节设备气体回流口设置流量计及控制阀，保压状态下，控制未反应的CO2回流至CO2收集装置，循环利用；所述pH调节设备气体出口设置pH检测仪，通过pH检测仪的测量信号，及时调整进入pH调节设备的进液量；所述制浆装置及各级水洗反应器内部液位不得超过罐体高度的4/5；所述重金属脱除装置通过投加重金属去除药剂Na2S2O3对飞灰水洗液中存在的重金属进行捕集；所述蒸发制盐单元用于产出氯化钠结晶单盐和氯化钾结晶单盐，所述蒸发分盐结晶装置与所述多级膜装置相连；回流的CO2气体最终通过负压收集至烟气净化装置；水洗反应器、制浆装置中的水汽采用负压收集处置至烟气净化装置。6.采用权利要求1至5中任一项所述系统的二氧化碳资源化利用的方法，其特征在于，包括:(1)利用烟气净化装置对烟气进行净化，并通入CO2收集装置，为后续工作提供充足CO2气体；(2)将垃圾焚烧飞灰、制浆水分别经称重后，按照设定的配比进行搅拌混合、水...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小楠，李忠锋，孔令然，冯月，马楠，刘璐璐，蔡佳龙，
申请(专利权)人：北京中科国润环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：