一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统及方法技术方案

本申请公开了一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统及方法，其中脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统包括：吸收塔、氨补充子系统和吸收子系统，吸收塔上设有烟气入口、脱硫石膏浆液入口和浆液排出口；氨补充子系统包括氨补充管路；吸收子系统包括文丘里管反应器、增压风机和浆液循环管路，文丘里管反应器设在吸收塔内，文丘里管反应器的喉部入口依次连通烟气入口和增压风机的出口，增压风机的入口连通湿法脱硫后烟气管线，文丘里管反应器顶部入口连通浆液循环管路的出口，浆液循环管路的入口伸入吸收塔内。本申请所述脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，可一步实现脱碳反应和矿化反应，工艺流程简单。工艺流程简单。工艺流程简单。

【技术实现步骤摘要】
一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统及方法


[0001]本申请属于气体污染防治
，尤其涉及一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统及方法。

技术介绍

[0002]利用氨水(NH3)和石膏(CaSO4)与烟气中的CO2反应，生产硫酸铵(化肥)和碳酸钙(见式(1))，从而可实现烟气脱碳并将其矿化。
[0003]CO2+2NH3+CaSO4·
2H2O
→
(NH4)2SO4+CaCO3↓
+2H2O
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(1)
[0004]该技术把CO2的捕集与利用两个环节合二为一，整个过程不涉及高温和有机溶剂，避免了高成本和次生污染的问题；矿化产物为碳酸钙，其形态稳定，不存在泄漏等环境风险，节省监测成本，可重新用于烟气脱硫或永久安全封存；反应产物硫酸铵为高附加值工业品(化肥)，用于农业生产。整套技术可使脱碳成本显著降低，同时获得收益，具有很高的技术经济性。该技术脱碳还涉及石膏这一工业垃圾的消纳问题，可有效再利用工业固废，可产生巨大的社会与经济效益。
[0005]现有的石膏矿化烟气CO2工艺分为捕集前矿化和捕集后矿化，捕集后矿化是捕集的高纯CO2再进行矿化利用，捕集加利用的成本高，而捕集前矿化是将捕集和利用合二为一，成本更低。但专利技术人发现，现有捕集前矿化仍存在以下问题：
[0006](1)矿化反应分为两步，工艺流程复杂
[0007]现有捕集前矿化技术分为两步，氨法脱碳反应和石膏复分解反应，氨法脱碳反应需要专门的脱碳塔，常见的是填料塔、喷淋塔、鼓泡塔等及其附属设备，石膏复分解反应是脱碳吸收液碳酸铵溶液和石膏浆液的复分解反应，需要在氨水或者氨气提供碱性条件，属于液固反应，反应的控制步骤是石膏的溶解，反应过程较慢，导致设备体积庞大，同时需要配套反应装置、结晶装置等，工艺流程复杂。
[0008](2)烟气CO2吸收率偏低，尾气氨浓度超标严重
[0009]现有捕集前矿化技术氨法脱碳是氨水与CO2反应生成碳酸铵或者碳酸氢铵的过程，通常吸收液的pH大于10，由于吸收液中氨浓度较高，导致气体携带氨逃逸量大，尾气中氨浓度超标严重，由此带来更严重的污染问题。
[0010](3)矿化反应速率低，反应时间长，设备体积庞大
[0011]矿化反应过程主要涉及二水硫酸钙的溶解和碳酸钙的结晶两个过程，溶解产生的钙离子和水溶液中的碳酸根离子结合，生成更加难容的碳酸钙，氨水的存在使得体系呈碱性，保持足够的碳酸根离子，推动石膏向碳酸钙反应，石膏的溶解速度是矿化反应的核心控制步骤，通常情况下石膏的溶解速率有限，导致矿化反应需要1～3h，这就要求反应器有足够的容量满足反应时间要求，因而导致矿化反应的设备体积庞大。
[0012](4)脱碳成本高，经济性差
[0013]由于现有的捕集前矿化技术工艺流程复杂导致需要的设备多，CO2吸收率低导致固碳产量低，氨逃逸严重导致需要增加酸洗或者水洗装置，矿化反应速率低导致设备体积
庞大。
[0014]综上现有技术初投资成本高、运行成本高，脱碳成本高，经济性较差。

技术实现思路

[0015]有鉴于此，本申请的一个目的在于提出一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，由于设置了含有文丘里管反应器的吸收子系统，可一步实现脱碳反应和矿化反应，工艺流程简单，同时烟气CO2吸收率高，矿化反应速度快，设备体积小，脱碳成本低，经济性好，有利于大规模应用。
[0016]本申请的另一个目的在于提出一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的方法。
[0017]为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，包括：
[0018]吸收塔，所述吸收塔上设有烟气入口、脱硫石膏浆液入口和浆液排出口；
[0019]氨补充子系统，所述氨补充子系统包括氨补充管路，所述氨补充管路的出口伸入所述吸收塔内；
[0020]吸收子系统，所述吸收子系统包括文丘里管反应器、增压风机和浆液循环管路，所述文丘里管反应器设在所述吸收塔内，所述文丘里管反应器的喉部入口依次连通所述烟气入口和所述增压风机的出口，所述增压风机的入口连通湿法脱硫后烟气管线，所述文丘里管反应器顶部入口连通所述浆液循环管路的出口，所述浆液循环管路的入口伸入所述吸收塔内。
[0021]另外，根据本申请上述实施例提出的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，还可以具有如下附加的技术特征：
[0022]在一些实施例中，所述文丘里管反应器、所述脱硫石膏浆液入口、所述浆液循环管路的入口、所述氨补充管路的出口和所述浆液排出口自上而下依次设置。
[0023]在一些实施例中，所述文丘里管反应器包括多个均匀分布的文丘里管，且多个所述文丘里管均竖直设置。
[0024]在一些实施例中，所述浆液循环管路上安装有浆液循环泵。
[0025]在一些实施例中，所述脱硫石膏浆液入口连通脱硫石膏浆液管线，所述脱硫石膏浆液管线上安装有石膏浆液补充泵。
[0026]在一些实施例中，所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统还包括结晶子系统，所述结晶子系统包括依次连通的浆液排出泵、旋流器、真空皮带机和硫酸铵浓缩结晶子系统；所述浆液排出泵的入口连通所述浆液排出口。
[0027]在一些实施例中，所述旋流器具有浆液入口、第一出口和第二出口；所述浆液入口连通所述浆液排出泵的出口，所述第一出口连通真空皮带机，所述第二出口连通循环浆液入口，所述循环浆液入口设在所述吸收塔的底部。
[0028]在一些实施例中，所述真空皮带机的固体排出口连通湿法脱硫系统，为石灰石湿法脱硫系统提供碳酸钙原料。
[0029]在一些实施例中，所述氨补充子系统还包括依次连通的氨补充泵和氨罐；所述氨补充泵的入口连通所述氨补充管路。
[0030]在一些实施例中，所述吸收塔顶部设有净烟气排出口，吸收塔底部侧壁安装有搅
拌器。
[0031]在一些实施例中，所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，还包括工艺水补充系统，所述工艺水补充系统包括依次连通的水洗喷淋格栅和水洗泵；所述水洗喷淋格栅设在所述吸收塔内，且所述水洗喷淋格栅位于所述文丘里管反应器的上方。
[0032]为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的方法，应用于本申请实施例脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，包括：
[0033]脱硫石膏浆液进入吸收塔，并在吸收塔底部存储形成吸收浆液；
[0034]加压后的湿法脱硫后的烟气、吸收浆液和补充的氨三者进入文丘里管反应器，进行矿化反应；
[0035]矿化反应后的反应液携带未反应的烟气依次通过文丘里管反应器的收缩管、喉部和扩散管垂直向下射流进入吸收浆液底部，之后未反应的烟气依靠浮力向上移动，使得未反应完全的二氧化碳、氨、石膏进一步反应。
[0036]在一些实施例中，所述文丘里管反应器的氨浓度、所述吸收浆液底部的氨浓度和所述吸收浆液上部的氨浓度依次降低。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，其特征在于，包括：吸收塔，所述吸收塔上设有烟气入口、脱硫石膏浆液入口和浆液排出口；氨补充子系统，所述氨补充子系统包括氨补充管路，所述氨补充管路的出口伸入所述吸收塔内；吸收子系统，所述吸收子系统包括文丘里管反应器、增压风机和浆液循环管路，所述文丘里管反应器设在所述吸收塔内，所述文丘里管反应器的喉部入口依次连通所述烟气入口和所述增压风机的出口，所述增压风机的入口连通湿法脱硫后烟气管线，所述文丘里管反应器顶部入口连通所述浆液循环管路的出口，所述浆液循环管路的入口伸入所述吸收塔内。2.根据权利要求1所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，其特征在于，所述文丘里管反应器、所述脱硫石膏浆液入口、所述浆液循环管路的入口、所述氨补充管路的出口和所述浆液排出口自上而下依次设置。3.根据权利要求1所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，其特征在于，所述文丘里管反应器包括多个均匀分布的文丘里管，且多个所述文丘里管均竖直设置。4.根据权利要求1所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，其特征在于，所述浆液循环管路上安装有浆液循环泵；和/或，所述脱硫石膏浆液入口连通脱硫石膏浆液管线，所述脱硫石膏浆液管线上安装有石膏浆液补充泵。5.根据权利要求1所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，其特征在于，还包括结晶子系统，所述结晶子系统包括依次连通的浆液排出泵、旋流器、真空皮带机和硫酸铵浓缩结晶子系统；所述浆液排出泵的入口连通所述浆液排出口。6.根据权利要求5所述的脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，其特征在于，所述旋流器具有浆液入口、第一出口和第二出口；所述浆液入口连通所述浆液排出泵的出口，所述第一出口连通真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成龙，程广文，蔡铭，赵瀚辰，姚明宇，于在松，贾晨光，杨嵩，郭中旭，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：