一种混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统及其方法，所述系统包括制浆模块、循环研磨模块、储料应用模块，循环研磨模块可将制浆模块制备的复合浆料在含CO2的气体、介质球下进行研磨，并能循环使用含CO2的气体，实现碳矿化料浆的连续生产，储料应用模块包括连接的存料仓和搅拌机，所述存料仓用于接收并存储浆料仓的碳矿化料浆，所述搅拌机用于将碳矿化料浆拌合制备商品混凝土。本发明专利技术通过液相研磨机械力不断对复合浆料中的固废颗粒表面进行剥离，通过化学促溶组分提高CO2和Ca

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统及其方法


[0001]本专利技术涉及CO2封存与利用
，特别涉及一种混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统及其方法。

技术介绍

[0002]非原位矿化技术是指天然钙镁硅酸盐矿物(橄榄石、蛇纹石等)以及工业固体废弃物(粉煤灰、钢铁工业的废料、废弃混凝土等)经破碎、筛选等预处理后，与CO2气体进行矿化反应，最终固体产物以碳酸盐形式永久封存起来，同时获取具有高附加值化工产品的工艺技术，目前主要有以下几种技术路线:
[0003](1)热活化矿化CO2工艺。利用高温矿化炉(650～700℃)将电石渣分解产物CaO与烟气中CO2发生矿化反应，从而实现CO2固定。该技术路线虽然可以快速实现CO2固定，但钙基制备过程消耗大量能源，产生的碳排放已经足以抵消固定的CO2，而且制备过程对电石渣原料要求极为苛刻，电石渣中的硅、铝、铁氧化物等杂质对矿化产物品质有较大影响，现有预处理工艺复杂。
[0004](2)催化活化矿化CO2工艺。采用可回收的(NH4)2SO4作为助剂，与高炉渣按比例混合后活化(350℃～370℃)，活化过程释放的NH3与烟气中的CO2生成碳酸铵和碳酸氢铵，活化渣中浸出钙镁成分可分别与碳酸氢铵和碳酸铵反应得到相应矿化产物，反应后的滤液通过蒸发结晶得到的(NH4)2SO4可重复循环利用。该技术路线实现了CO2捕集封存和高炉渣的资源整合利用，但矿化过程仍需进行升温活化导致碳排放增大，同时钙镁浸出效率受高炉渣结晶相影响，滤液中硫酸铵浓度低加大了硫酸铵蒸发结晶能耗。
[0005](3)CO2矿化养护混凝土工艺。通过CO2(一般为气体)与预养护或早期水化成型后的混凝土构件中胶凝成分和其他碱性钙、镁组分之间的矿化反应，在混凝土内部孔隙和界面结构处形成碳酸盐产物实现CO2固定。相比于传统的高能耗蒸汽养护(1至2天)或自然养护(28天)来生产混凝土，采用该技术可以缩短养护时间至数小时以内，并且减少混凝土生产过程中30～40％的二氧化碳排放量。但混凝土构件的碳化养护主要依靠CO2的渗透，当混凝土表面完全碳化后，CO2将难以渗透到混凝土内部，特别是高强混凝土表面十分致密，所有存在较大局限性，虽然通过加压的方式提高了二氧化碳的渗透力，但加压条件十分苛刻。
[0006](4)CO2矿化增强再生骨料工艺。由于骨料表面附着水泥浆体，其中的钙及水化硅酸钙可以与CO2反应，生成CaCO3和硅胶，填充在再生骨料的孔隙之中，提高骨料性能。采用该技术途径强化的骨料可用于替代天然骨料生产建筑材料，极大地减少了矿物资源和能源消耗，但由于再生骨料表面微孔难渗透，以及产物层的扩散限制大使得常压下矿化效能较低、混凝土中混合组分扩散传质速率较小，再生骨料的碳化成本较高，经济效益低。
[0007](5)湿法矿化CO2工艺。将粉煤灰、建筑垃圾微粉等固废溶于水中并在水中通入CO2，由于Ca
2+
等碱性成分会溶解到水中，而且CO2在水中电离成碳酸根离子，将反应生成碳酸盐矿物沉淀，达到固定CO2的效果。该技术途径虽然由气固两相反应体系转变为气液固三相反应体系，提高了碳化效率，但一方面粉煤灰、建筑垃圾等在水中溶解的Ca
2+
等碱性成分毕竟
是少数，另一方面当固废表面逐渐碳化后，与CO2矿化养护混凝土工艺相同，将再难以继续碳化。
[0008]相比原位矿化技术，非原位矿化技术可实现CO2大规模减排及工业固体废物资源化利用，是一种极具生产应用、前景可观的工艺技术，但受限于固碳效率、经济成本等问题，仍停留在基础研究阶段，亟待进一步改善和优化反应条件、改进工艺流程及生产装置，降低过程能耗，提高CO2矿化效率及副产物产品收益率。
[0009]此外，经过近二十年的高速发展，中国商品混凝土行业已成长为万亿级规模的产业，中国商品混凝土网不完全统计，2022年中国商品混凝土总产量为26.51亿立方米。即使1立方米混凝土只能固定20kg CO2，每年也将减少5000万吨以上CO2。使用CO2非原位矿化得到的产物生产混凝土具有很好的应用前景。

技术实现思路

[0010]为了解决现有非原位矿化碳封存与利用工艺中的固碳条件严苛、固碳效率低以及固碳量低的技术问题，本专利技术通过对液相研磨工艺参数条件的改进，实现天然钙镁硅酸盐矿物以及工业固体废弃物的高效固碳，用于固碳商品混凝土制备时不仅不影响现有预拌混凝土的生产工艺，而且改善了混凝土的耐久性，具有显著的减碳效益。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统，包括制浆模块、循环研磨模块、储料应用模块；
[0012]所述制浆模块用于将混凝土搅拌站废浆、天然矿石和工业助剂混合得到复合浆料，并将复合浆料输送至循环研磨模块；
[0013]所述循环研磨模块包括研磨机、出料部件和CO2循环部件，所述研磨机内部设置搅拌元件，所述搅拌元件包括中空转轴和介质球，所述出料部件包括相通的上下设置的气体储仓和浆料仓，气体储仓依次与研磨机和气体储仓连接，气体储仓用于向CO2循环部件提供含CO2的气体，CO2循环部件用于输送至研磨机并回收研磨机内复合浆料在含CO2的气体、介质球研磨过程的含CO2的尾气，研磨机用于将复合浆料在含CO2的气体、介质球下研磨制备碳矿化料浆并将碳矿化料浆输送至出料部件的浆料仓；
[0014]储料应用模块包括连接的存料仓和搅拌机，所述存料仓用于接收并存储浆料仓的碳矿化料浆，所述搅拌机用于将碳矿化料浆拌合制备商品混凝土。
[0015]进一步地，所述制浆模块包括依次连接的砂石分离机、除砂机和制浆机，所述制浆机包括机体、机体外侧的出浆口、机体顶部的加料口、机体顶部中间的第一转轴、机体顶部的第一电机，第一转轴的下端设置有旋转叶片并延伸至机体内部，第一转轴的上端通过锥齿轮和第一电机的驱动部连接；
[0016]所述研磨机包括筒体、筒体底部的进料口、筒体内的筛网、筒体顶部的密封操作台、密封操作台内的搅拌元件，进料口与制浆机的出浆口连接，筛网将筒体内部分为筛网上的成品仓和筛网下的研磨仓，密封操作台顶部开设进气口，进气口设置有气体管道，搅拌元件还包括第二电机和驱动转杆，第二电机的输出端固定连接有驱动转杆，驱动转杆固定连接有中空转轴，中空转轴的顶端与气体管道连接，中空转轴的下端延伸至研磨仓，在研磨仓的中空转轴上设有离心叶片和分布均匀的出气口，成品仓的外侧设置有第一出料口；
[0017]所述出料部件的气体储仓一侧设置有进浆口，进浆口与成品仓的第一出料口连
接，气体储仓的顶部设置有泄气口和气压表，所述CO2循环部件带有循环进气口和循环出气口，气体储仓的泄气口与CO2循环部件的循环进气口连接，循环出气口与研磨机的进气口连接，出料部件的浆料仓出口端连接U型管道；
[0018]所述存料仓的外侧上端设置有进料管，进料管与U型管道连接，所述存料仓的顶端设置第二出料口，第二出料口与搅拌机连接。
[0019]进一步地，所述研磨机的筒体外部设置冷却筒，冷却筒的下部设置入水口、上部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统，其特征在于，包括制浆模块、循环研磨模块、储料应用模块；所述制浆模块用于将混凝土搅拌站废浆、天然矿石和工业助剂混合得到复合浆料，并将复合浆料输送至循环研磨模块；所述循环研磨模块包括研磨机、出料部件和CO2循环部件，所述研磨机内部设置搅拌元件，所述搅拌元件包括中空转轴和介质球，所述出料部件包括相通的上下设置的气体储仓和浆料仓，气体储仓依次与研磨机和气体储仓连接，气体储仓用于向CO2循环部件提供含CO2的气体，CO2循环部件用于输送至研磨机并回收研磨机内复合浆料在含CO2的气体、介质球研磨过程的含CO2的尾气，研磨机用于将复合浆料在含CO2的气体、介质球下研磨制备碳矿化料浆并将碳矿化料浆输送至出料部件的浆料仓；储料应用模块包括连接的存料仓和搅拌机，所述存料仓用于接收并存储浆料仓的碳矿化料浆，所述搅拌机用于将碳矿化料浆拌合制备商品混凝土。2.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统，其特征在于，所述制浆模块包括依次连接的砂石分离机、除砂机和制浆机，所述制浆机包括机体、机体外侧的出浆口、机体顶部的加料口、机体顶部中间的第一转轴、机体顶部的第一电机，第一转轴的下端设置有旋转叶片并延伸至机体内部，第一转轴的上端通过锥齿轮和第一电机的驱动部连接；所述研磨机包括筒体、筒体底部的进料口、筒体内的筛网、筒体顶部的密封操作台、密封操作台内的搅拌元件，进料口与制浆机的出浆口连接，筛网将筒体内部分为筛网上的成品仓和筛网下的研磨仓，密封操作台顶部开设进气口，进气口设置有气体管道，搅拌元件还包括第二电机和驱动转杆，第二电机的输出端固定连接有驱动转杆，驱动转杆固定连接有中空转轴，中空转轴的顶端与气体管道连接，中空转轴的下端延伸至研磨仓，在研磨仓的中空转轴上设有离心叶片和分布均匀的出气口，成品仓的外侧设置有第一出料口；所述出料部件的气体储仓一侧设置有进浆口，进浆口与成品仓的第一出料口连接，气体储仓的顶部设置有泄气口和气压表，所述CO2循环部件带有循环进气口和循环出气口，气体储仓的泄气口与CO2循环部件的循环进气口连接，循环出气口与研磨机的进气口连接，出料部件的浆料仓出口端连接U型管道；所述存料仓的外侧上端设置有进料管，进料管与U型管道连接，所述存料仓的顶端设置第二出料口，第二出料口与搅拌机连接。3.根据权利要求2所述的混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统，其特征在于，所述研磨机的筒体外部设置冷却筒，冷却筒的下部设置入水口、上部设置出水口；所述研磨机的成品仓内底还存在5～15
°
的倾角。4.根据权利要求3所述的混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统，其特征在于，所述制浆机的机体底部还设置有测重仪，测重仪上有显示器；所述制浆机的出浆口依次设置有第一电子阀和第一送料泵；研磨机的进料口依次设置有第二电子阀和滤网，冷却筒的入水口设置有第三电子阀；所述U型管道依次设置有第四电子阀和第二送料泵；所述存料仓内部的上端和下端均设置旋转轴承，旋转轴承连接有旋转轴，旋转轴远离旋转轴承的一端设置有螺旋叶片，第二出料口设置有第三送料泵。
5.根据权利要求4所述的混凝土搅拌站CO2封存与利用的系统，其特征在于，还包括控制模块，用于控制制浆模块、循环研磨模块、储料应用模块；所述控制模块分别与第一电子阀、第二电子阀、第三电子阀、第四电子阀、第一送料泵、第二送料泵、第三送料泵、第一电机、第二电机、CO2循环部件、砂石分离机、除砂机电性连接。6.一种利用权利要求5所述的系统的混凝土搅拌站CO2封存与利用的方法，其特征在于，包括以下的步骤，S1、将混凝土搅拌站废浆、固体废弃物、天然矿石和工业助剂经制浆机混合得到复合浆料；S2、将复合浆料送入研磨机，在介质球存在下进行研磨；S3、待浆料仓填满后将研磨机密封，使用CO2循环部件将气体储仓的含CO2的气体输送至研磨机，使得复合浆料在...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺行洋，郑葛花，代飞，杨进，苏英，王迎斌，郑正旗，戚华辉，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：