CN116689459A - 一种吸收二氧化碳的固废处理方法及带式固废处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保领域，公开了一种吸收二氧化碳的固废处理方法及带式固废处理设备，其中方法包括：第一步、将固废破碎成颗粒状并按一定比例混合；第二步、将混合后固废颗粒输入带式处理装置并以一定厚度铺设在输送带上；第三步、从带式处理装置的出料端以输送带输送的相反方向通入含二氧化碳的干燥气体；第四步、对输送带上的固废颗粒均匀喷洒有助于碳吸收反应的液体；第五步、带式处理装置排出尾气和经过干湿循环的碳吸收反应的干燥固废颗粒；第六步、将干燥固废颗粒输入下一个带式处理装置。本发明提高了固废的碳化速率，从而提升了单位时间内的固碳量，也提升二氧化碳吸收效果。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种吸收二氧化碳的固废处理方法及带式固废处理设备。
背景技术
二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)被认为是在全世界范围内实现碳达峰、碳中和的最关键技术之一。二氧化碳资源化技术把CO2捕获后，投入新的生产过程进行循环再利用。将二氧化碳资源化，不仅可以减少二氧化碳排放，还能产生经济效益，所以更具有现实操作性。经过多年的发展，CCUS技术已在全球范围内得到接受与使用。
二氧化碳矿化可以分为原位二氧化碳矿化和非原位二氧化碳矿化。原位矿化是通过具有反应活性的地层岩石原位完成矿物吸收过程，即将工厂产生的二氧化碳进行捕集后直接注入富含钙镁碱土金属的硅酸盐矿物层。非原位矿化是指利用然钙镁硅酸盐矿物(橄榄石、蛇纹石等)以及工业固体废弃物等经破碎、筛选等预处理后，在二氧化碳气氛中进行矿化反应产生稳定碳酸盐过程。而钢渣、废弃混凝土微粉等大宗固废在直接掺入混凝土时会对混凝土性能带来较大的负面影响。在碳化反应处理后，钢渣等工业固废中的游离氧化钙、氧化镁等会被消耗生成碳酸盐，从而避免掺入混凝土引发的体积安定性问题。碳化反应处理大宗固废被认为是一种极具规模化潜力的低成本减排路线。
然而，现阶段利用大宗固废固定二氧化碳时碳化反应速度较慢，从动力学角度来说，由于碳化是个涉及固、液、气三相的复杂反应过程，碱金属离子从固体内部的析出、二氧化碳在空气中的扩散和碳酸根离子在液体中的扩散等都对碳化反应速率起着巨大的影响，自然条件下的二氧化碳气体与钢渣直接接触产生碳化的过程及其缓慢。这一方面会导致固定二氧化碳的量较为有限、固碳率低，另一方面还会导致固废碳化程度较低，固废反应后其中游离氧化钙、氧化镁等物质仍大量存在。为了加快碳化反应速率，国内外采用的方法包括：提升反应温度、提升气体压力、提升二氧化碳浓度等。但这些方法需要特殊的反应容器来维持反应条件，工艺复杂，且采用浓缩二氧化碳所需成本高昂。国内外也有在液体浸泡中进行碳化反应的技术，但尚不成熟，仅停留在实验室研究阶段，一般是将固废浸入有助于反应的液体中，在持续搅拌的同时向液体中通入二氧化碳。然而二氧化碳在水中的溶解度相对较小，溶解速率慢，并且溶解生成的碳酸根离子在液体中的扩散缓慢，较大的固废颗粒沉降于底部更难以与碳酸根离子充分接触并反应，后续固液分离、干燥的过程会造成更多的额外成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸收二氧化碳的固废处理方法，用于解决现有技术中的以下问题：(1)在湿润气体中碳化由于液相不足造成离子难以传输，碳化产物在表面堆积并形成致密包覆层，影响后续碳化反应，最终导致碳化程度低、固碳量低的问题；(2)在液体持续浸泡并搅拌条件下碳化后续产物颗粒细小、含水量高导致的固液分离、干燥处理工序复杂、成本高昂的问题；(3)常规手段通过高温、高压、高纯二氧化碳气体加速碳化反应、提高碳化程度，会导致成本高昂、生产连续性差的问题。
所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，包括下列步骤：
第一步、将固废破碎成颗粒状并按一定比例混合；
第二步、将混合后固废颗粒输入带式处理装置并以一定厚度铺设在输送带上；
第三步、从带式处理装置的出料端以输送带输送的相反方向通入含二氧化碳的干燥气体；
第四步、对输送带上的固废颗粒均匀喷洒有助于碳吸收反应的液体，在所述干燥气体的环境下，固废颗粒、有助于碳吸收反应的液体与二氧化碳反应；
第五步、带式处理装置排出尾气和经过干湿循环的碳吸收反应的干燥固废颗粒；
第六步、将干燥固废颗粒输入下一个带式处理装置；
重复第二至第六步的干湿循环的碳吸收反应，直至将固废处理完毕。
优选的，所述第二步中，铺洒固废颗粒厚度小于50mm，输送带将固废颗粒以10-5000mm/min的速率传输。
优选的，所述第三步中，所述含二氧化碳的干燥气体的温度为20-350℃，所述干燥气体中的二氧化碳浓度为1％-95％，含二氧化碳的干燥气体的气体流量为1-500000Nm3/h。
优选的，所述第四步中，有助于碳吸收反应的液体为水、饱和石灰水、碱性工业废液和工业废渣浸出液中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述固废为含钙、镁离子的碱性工业固废或废弃混凝土。
优选的，检测尾气的二氧化碳含量及湿度，如果检测出二氧化碳基本耗尽或气体达到饱和湿度，则排出尾气；如果尾气尚未达到饱和湿度，且气体中的二氧化碳含量仍满足反应要求的浓度，则将尾气通入其他带式处理装置的进气口(6)。
本发明还提供了一种吸收二氧化碳的带式固废处理设备，用于上述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法。所述带式固废处理设备包括若干带式处理装置，所述带式处理装置包括外壳、设于所述外壳中的输送带和液体喷洒机构，所述外壳和所述输送带同向设置，所述外壳的进料端顶部设有向下进料的固废进料口，所述输送带的进料端位于所述固废进料口下方，所述外壳的进料端还设有连通外壳内通道的尾气排放口，所述外壳的出料端底部设有固废出料口，所述输送带的出料端位于所述固废出料口上方，所述外壳的出料端还设有连通所述外壳内通道的气体进气口，一个带式处理装置的固废出料口向相邻的下一个带式处理装置的固废进料口送料。
优选的，所述气体进气口通过管路连接到含二氧化碳的干燥气体的供应源，所述尾气排放口连接到尾气检测装置。
优选的，所述液体喷洒机构的喷头设于邻近所述固废进料口的位置，所述喷头位于所述固废进料口和固废出料口之间。
本发明具有以下优点：
(1)对固废颗粒均匀喷洒液体，使氢氧化钙、氧化钙、硅酸钙等颗粒表面形成水膜，不仅有利于二氧化碳的溶解，还有利于钙离子的溶解和传输，避免碳化产物碳酸钙在固废颗粒表面形成致密的包覆层，避免致密包覆层阻碍后续的碳化反应，因此可以提高固废的碳化程度，提高单位固废的固碳量。
(2)对喷洒的液体进行干燥的过程，可以带走由碳化反应产生的水分。由于二氧化碳在空气中的传输速率远大于碳酸根离子在液体中的扩散速率，干燥过程可以避免过量水分阻碍二氧化碳在空气中的传输，包括二氧化碳穿过上层固废传输至下层固废、二氧化碳通过废弃混凝土中微孔传输至内部等，从而提高碳化速率。通过干湿循环的方法，使碳化反应界面上的水膜及二氧化碳的传输在一定时间内维持相对较理想的状态。最后产出的固废为干燥的固废，无需复杂的干湿分离及额外干燥流程。
(3)可以协同处置工业固废，吸收过二氧化碳的工业固废可以作为混凝土掺合料，由于游离氧化钙和游离氧化镁被碳化，不会导致混凝土体积安定性问题；再生混凝土微粉和骨料经过碳化处理后也会有所增强。
(4)碳化过程在常压下进行，无需高压环境，因而不需要蒸压反应釜。通过皮带传输及干燥的方式可以实现连续生产，避免了开关蒸压反应釜并取出固废等繁琐操作，提高了生产效率。
(5)碳化过程不需要高纯二氧化碳气体，可以采用高温工业废气，例如水泥窑尾烟气(二氧化碳含量约为20％)，还可以同时吸收工业废气中的微量硫化物和NOx，绿色环保。
附图说明
图1为本发明中一种吸收二氧化碳的带式固废处理设备的结构示意图。
图2为图1所示结构中带式处理装置的结构示意图。
图3为本发明中一种吸收二氧化碳的固废处理方法的流程图。
说明书附图中的附图标记包括：1、外壳，2、固废进料口。3、液体喷洒机构，4、输送带，5、尾气排放口，6、气体进气口，7、固废出料口，8、固废颗粒，9、干湿循环。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-3所示，本发明提供了一种吸收二氧化碳的带式固废处理设备，包括若干带式处理装置，所述带式处理装置包括外壳1、设于所述外壳1中的输送带4和液体喷洒机构3，所述外壳1和所述输送带4同向设置，所述外壳1的进料端顶部设有向下进料的固废进料口2，所述输送带4的进料端位于所述固废进料口2下方，所述外壳1的进料端还设有连通外壳内通道的尾气排放口5，所述外壳1的出料端底部设有固废出料口7，所述输送带4的出料端位于所述固废出料口7上方，所述外壳1的出料端还设有连通所述外壳内通道的气体进气口6，一个带式处理装置的固废出料口7向相邻的下一个带式处理装置的固废进料口2送料。
所述气体进气口6通过管路连接到含二氧化碳的干燥气体的供应源，所述尾气排放口5连接到尾气检测装置。通过尾气检测装置检测尾气中的二氧化碳含量。如果尾气中二氧化碳含量不低于1％，且相对湿度不高于80％，则可以进一步通入其他带式处理装置进行反应。如果尾气中的二氧化碳浓度过低，或者相对湿度高于80％，则碳化反应或干燥过程的效率有限，直接将尾气排放。
由上述带式固废处理设备处理含二氧化碳的气体和固废，能对固废和气体在不同带式处理装置中进行多次干湿循环9的碳吸收反应，通过对反应后尾气的二氧化碳含量检测，能及时确定气体和固废各自是否反应完全，避免浪费时间和能源。
所述液体喷洒机构3的喷头设于邻近所述固废进料口2的位置，所述喷头位于所述固废进料口2和固废出料口7之间。所述固废进料口2的侧壁下缘到所述输送带4的进料端的距离等于所述固废颗粒8铺设的厚度。所述输送带4为皮带输送机。所述气体供应源到所述气体进气口6之间设有气体加热装置，用于将含二氧化碳的气体加热到适当温度。所述通道为气密通道。
本发明还公开了一种吸收二氧化碳的固废处理方法，该方法应用上述的带式固废处理设备。具体步骤如下：
第一步、将固废破碎成颗粒状并按一定比例混合。
所述固废为含钙、镁离子的碱性工业固废或废弃混凝土。优选的，碱性工业固废为钢渣、电石渣、镁渣、磷渣，废弃混凝土为浆体与骨料分离、筛分后的废弃混凝土微粉、再生细骨料和再生粗骨料。所述颗粒状固废的粒径小于20mm。不同固废的混合比例为0-100％，优选的，将废弃混凝土与其质量1％-50％的工业固废相混合。
第二步、将混合后固废颗粒8输入带式处理装置并以一定厚度铺设在输送带4上。
上述混合后的颗粒状固废输入带式处理装置，经固废进料口2铺洒在输送带4等传输装置上，输送带4将颗粒状固废从带式处理装置的进料端传输至出料端。铺洒固废颗粒8厚度小于50mm，优选的，铺洒固废颗粒8厚度小于25mm。输送带4将固废颗粒8以10-5000mm/min的速率传输。
第三步、从带式处理装置的出料端以输送带4输送的相反方向通入含二氧化碳的干燥气体。
所述含二氧化碳的干燥气体进入所述外壳内通道，朝带式处理装置的进料端流动。所述含二氧化碳的干燥气体为空气与二氧化碳的混合气或含二氧化碳的工业尾气，优选的，含二氧化碳气体为水泥窑尾烟气。所述干燥气体中的二氧化碳浓度为1％-95％，优选的，二氧化碳浓度为5％-50％。所述含二氧化碳的干燥气体的温度为20-350℃，优选的，温度为100-300℃；所述含二氧化碳的干燥气体的气体流量为1-500000Nm3/h。
第四步、对输送带4上的固废颗粒8均匀喷洒有助于碳吸收反应的液体。
颗粒状固废传输过程中通过喷头向固废颗粒8喷洒液体，喷头喷洒的液体可以为水、饱和石灰水、碱性工业废液或工业废渣浸出液。在高温干燥气体的环境下，固废颗粒8、有助于碳吸收反应的液体与二氧化碳反应。
液体喷洒到固废颗粒8上后渗入固废颗粒8间的间隙，并且喷洒后填充了所述间隙从而让颗粒表面都沾附有液体。而通道中持续通入有温度较高的含二氧化碳的气体，其中的二氧化碳溶解于固废颗粒8表面的液体从而与固废颗粒8反应，使其析出碱金属离子，生成固体碳酸盐矿物。
液体填充了颗粒间间隙，这让二氧化碳气体不易渗入间隙与下层的固废颗粒8接触，也不易于到达多孔固废颗粒的内部，仅靠碳酸钙离子在液体中的传输缓慢，因此反应较慢。而本方法利用高温的含二氧化碳的气体对固废颗粒8进行干燥，干燥过程中固废表面液体及内部孔溶液逐渐减少，间隙再次能与气体接触，同时下层的固废颗粒8表面仍沾附有一定液体。这样含二氧化碳的气体即可在此干燥过程中形成的间隙快速进入，从而与颗粒表面的液体接触溶解，与下层的固废颗粒8反应。
第五步、带式处理装置排出尾气和经过干湿循环9的碳吸收反应的干燥固废颗粒8。
含二氧化碳的气体经过与固废反应后二氧化碳减少，之后有尾气排放口5排出。而固废颗粒8经过干燥和碳吸收反应，到达输送带4的出料端时已被干燥和矿化，由固废出料口7排出。
第六步、将干燥固废颗粒8输入下一个带式处理装置。
第二步到第五步在同一个带式处理装置中进行，由此完成了一个固废处理的干湿循环9(固废颗粒8由干到湿再到干)。而对于需要处理的含二氧化碳气体和固废而言，一次干湿循环9通常无法完全反应，因此还需要将处理后的固废输入下一个带式处理装置，之后进行第二次或更多次固废处理的干湿循环9才能让固废中的可反应物质充分反应。因此本方法需要重复第二至第六步的干湿循环9的碳吸收反应，直至将固废处理完毕。
将尾气通入尾气处理装置和尾气检测装置，如果检测出二氧化碳基本耗尽或尾气已接近饱和湿度则可以处理有害气体后排出尾气。而如果气体中二氧化碳的含量仍满足反应要求的浓度，且相对湿度不高，则可以将尾气通入其他带式处理装置的气体进气口6，进行碳吸收反应。而气体中二氧化碳含量减少，说明固废能与二氧化碳反应，则应将排出的固废送入下一个带式处理装置进行进一步矿化处理，吸收二氧化碳。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种吸收二氧化碳的固废处理方法，其特征在于：包括下列步骤：第一步、将固废破碎成颗粒状并按一定比例混合；
第二步、将混合后固废颗粒(8)输入带式处理装置并以一定厚度铺设在输送带(4)上；
第三步、从带式处理装置的出料端以输送带(4)输送的相反方向通入含二氧化碳的干燥气体；
第四步、对输送带(4)上的固废颗粒(8)均匀喷洒有助于碳吸收反应的液体，在所述干燥气体的环境下，固废颗粒(8)、有助于碳吸收反应的液体与二氧化碳反应；
第五步、带式处理装置排出尾气和经过干湿循环(9)的碳吸收反应的干燥固废颗粒(8)；
第六步、将干燥固废颗粒(8)输入下一个带式处理装置；
重复第二至第六步的干湿循环(9)的碳吸收反应，直至将固废处理完毕。
2.根据权利要求1所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，其特征在于：所述第二步中，铺洒固废颗粒(8)厚度小于50mm，输送带(4)将固废颗粒(8)以10-5000mm/min的速率传输。
3.根据权利要求1所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，其特征在于：所述第三步中，所述含二氧化碳的干燥气体的温度为20-350℃，所述干燥气体中的二氧化碳浓度为1％-95％，含二氧化碳的干燥气体的气体流量为1-500000Nm3/h。
4.根据权利要求1所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，其特征在于：所述第四步中，有助于碳吸收反应的液体为水、饱和石灰水、碱性工业废液和工业废渣浸出液中的任意一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，其特征在于：所述固废为含钙、镁离子的碱性工业固废或废弃混凝土。
6.根据权利要求1所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，其特征在于：检测尾气的二氧化碳含量及湿度，如果检测出二氧化碳基本耗尽或气体达到饱和湿度，则排出尾气；如果尾气尚未达到饱和湿度，且气体中的二氧化碳含量仍满足反应要求的浓度，则将尾气通入其他带式处理装置的进气口(6)。
7.一种吸收二氧化碳的带式固废处理设备，其特征在于：用于权利要求1-6中任一所述的一种吸收二氧化碳的固废处理方法，所述带式固废处理设备包括若干带式处理装置，所述带式处理装置包括外壳(1)、设于所述外壳(1)中的输送带(4)和液体喷洒机构(3)，所述外壳(1)和所述输送带(4)同向设置，所述外壳(1)的进料端顶部设有向下进料的固废进料口(2)，所述输送带(4)的进料端位于所述固废进料口(2)下方，所述外壳(1)的进料端还设有连通外壳内通道的尾气排放口(5)，所述外壳(1)的出料端底部设有固废出料口(7)，所述输送带(4)的出料端位于所述固废出料口(7)上方，所述外壳(1)的出料端还设有连通所述外壳内通道的气体进气口(6)，一个带式处理装置的固废出料口(7)向相邻的下一个带式处理装置的固废进料口(2)送料。
8.根据权利要求7所述的一种吸收二氧化碳的带式固废处理设备，其特征在于：所述气体进气口(6)通过管路连接到含二氧化碳的干燥气体的供应源，所述尾气排放口(5)连接到尾气检测装置。
9.根据权利要求8所述的一种吸收二氧化碳的带式固废处理设备，其特征在于：所述液体喷洒机构(3)的喷头设于邻近所述固废进料口(2)的位置，所述喷头位于所述固废进料口(2)和固废出料口(7)之间。
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