pH值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中CO2的系统和方法与流程

ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统和方法
技术领域
1.本发明涉及水泥行业减少二氧化碳排放技术领域，特别是涉及一种ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统和方法。


背景技术：

2.据统计，全球水泥生产排放的二氧化碳占二氧化碳排放总量的7％，水泥行业大幅削减二氧化碳排放有望减少对气候变暖的不利影响。水泥行业也是中国二氧化碳排放大户，资料显示，2019年中国二氧化碳年排放总量约100亿吨，占世界二氧化碳年排放量的30％，其中水泥行业排放约13.2亿吨，约占全国工业企业二氧化碳总排放量的15％，水泥行业二氧化碳减排任务艰巨。
3.二氧化碳的矿化吸收具有环境风险小、不需要监测、所生成的碳酸盐能够自然长期稳定存在的特点，有望成为二氧化碳减排和资源化利用的重要方式。我国每年排放大量的含钙镁氧化物或氢氧化物的大宗固废，可以用于矿化吸收二氧化碳，具有来源广、固碳总量大、适合就地取材等优点。因此，减少水泥行业二氧化碳排放的方法之一是将产生的二氧化碳与水泥制造过程中产生的碱性物料发生反应，形成碳酸盐，从而实现永久性固碳，为水泥行业碳减排做贡献。
4.水泥窑旁路放风收尘灰是水泥生产过程中由旁路放风系统排出的一种含钙碱性材料。由于水泥窑协同处置垃圾、污泥和固体废物成分复杂，硫氯含量高，水泥窑协同处置过程大量的碱、氯、硫元素释放出来，并在窑内循环富集，易造成窑内结皮堵塞。为避免碱、氯、硫在窑系统中循环富集，当热生料中的硫氯含量达到一定数值时，采用旁路放风技术将富集高浓度碱、氯、硫的烟气放出一部分以缓解此问题；连同烟气一同释放出来的还有已经分解的部分氧化钙和氧化镁以及大量的碱性物质，因此，旁路放风收尘灰是一种成分复杂的高碱高氯物料，目前其主要利用方式是作为混合材少量添加到水泥中使用。随着我国水泥行业消纳城市生活垃圾、污泥、固废和危废越来越多，大量水泥厂建成协同处置系统，旁路放风系统已逐渐成为协同处置固废水泥窑的标配，旁路放风收尘灰产生量逐年增加，综合利用难度加大。
5.利用水泥厂旁路放风收尘灰矿化吸收水泥厂自身排放的窑尾废气中的二氧化碳是高附加值利用旁路放风收尘灰的重要途径，但是因为旁路放风收尘灰在吸收窑尾废气中的二氧化碳过程中，生成的碳酸钙晶体会沉积在旁路放风收尘灰颗粒表面，延缓了二氧化碳矿化吸收反应效率。


技术实现要素：

6.本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统和方法。
7.本发明是这样实现的，一种ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统，包括水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统，添加剂系统，给水系统，窑尾废气送风系统，ph在
线检测系统，搅拌矿化吸收系统，脱碳废气出风系统，和矿化灰输送系统；
8.所述水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统的出口与搅拌矿化吸收系统的进料口相连，所述添加剂系统的出口与给水系统的进口相连，所述给水系统的出口与搅拌矿化吸收系统的进水口相连，所述窑尾废气送风系统的出口与搅拌矿化吸收系统的进风口相连，所述ph在线检测系统与搅拌矿化吸收系统的ph值取样口相连，所述搅拌矿化吸收系统的出风口与脱碳废气出风系统相连，所述搅拌矿化吸收系统的卸料口与矿化灰输送系统相连。
9.优选的，所述水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统包括顺序相连的水泥窑旁路放风灰储仓、电动闸板阀和螺旋计量给料机，所述螺旋计量给料机的出口与搅拌矿化吸收系统的进料口相连。
10.优选的，所述添加剂系统包括顺序相连的添加剂储仓、圆盘给料机和给料溜子，所述给料溜子的出口与给水系统的进口相连。
11.优选的，所述给水系统包括顺序相连的储水罐、计量水泵和给水管道，所述给水管道出口与搅拌矿化吸收系统的进水口相连。
12.优选的，所述搅拌矿化吸收系统包括矿化搅拌机，及位于矿化搅拌机上的进料口、进水口、ph值取样口、进风口、出风口、和卸料口。
13.优选的，所述窑尾废气送风系统包括离心风机和窑尾废气送风管道，所述离心风机的入口与窑尾烟囱相连，离心风机的出口通过窑尾废气送风管道与搅拌矿化吸收系统的进风口相连；所述脱碳废气出风系统包括脱碳废气出风管道，所述搅拌矿化吸收系统的出风口与脱碳废气出风管道的入口相连，所述脱碳废气出风管道的出口与窑尾烟囱相连。
14.优选的，所述ph在线检测系统包括取样装置和检测装置，所述取样装置安装在矿化搅拌机的ph值取样口。
15.一种ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的方法，所述方法利用上述系统对二氧化碳进行矿化吸收，包括如下步骤：
16.s1、将醋酸钠通过添加剂系统加入到给水系统，控制醋酸钠水溶液质量分数为1-3％；
17.s2、将水泥窑旁路放风灰通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统送入搅拌矿化吸收系统，按照水灰比为0.1-0.3的比例加水搅拌一定时间，使水泥窑旁路放风灰中的氧化钙充分水化为氢氧化钙；
18.s3、由窑尾废气送风系统从窑尾烟囱引水泥窑尾废气，并按照3000-5000nm3/h的风量通入搅拌矿化吸收系统，边搅拌边通水泥窑尾废气，矿化0.5-1.5h，使水泥窑旁路放风灰吸收水泥窑尾废气中的co2实现永久固化；
19.s4、矿化过程中，使用ph值在线检测系统全程监测搅拌矿化吸收系统内物料的ph值，保证ph值在10-11之间，当ph值下降至小于10时，向搅拌矿化吸收系统缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于10-11之间，直至矿化完成；
20.s5、矿化完成后，停止通水泥窑尾废气，打开搅拌矿化吸收系统的卸料口，生成的矿化灰经矿化灰输送系统运输至堆场或储库。
21.本发明具有的优点和积极效果是：
22.1、本发明首次提出采用ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统和方法，
该技术能够加快二氧化碳固化速率，提高二氧化碳矿化吸收量，对于水泥厂自身二氧化碳减排实践具有重要意义；
23.2、本发明在醋酸钠环境，通过调节ph值在10-11范围，能够促使碳酸钙晶体不断长大，二氧化碳可以通过碳酸钙晶体间的空隙进入旁路灰颗粒内部继续进行矿化，从而显著加速矿化速率；
24.3、本发明的矿化吸收方法是一种半干法，工艺流程简单，环境友好，无废水排放；
25.4、本发明为加速水泥行业二氧化碳矿化利用提供了新的方法，对于难以减排的水泥行业开辟了新的减排途径；随着水泥行业替代燃料、固废处置需求量的增加，旁路放风灰产量增大，适合大面积推广应用，具有较好的推广应用前景。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例提供的ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统流程图；
28.图2是本发明的矿化反应示意图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.传统的料浆吸收塔式矿化工艺路线，流程比较复杂，需要消耗大量的水，矿化完成的物料还需要进行压滤脱水，压滤液中含有大量的盐分，成为难以处理的高盐废水。发明人在大量试验基础上，通过优化添加水量、通风量、矿化时间，开发出半干法矿化技术路线，结合ph值调控加速矿化速率技术，实现了旁路放风灰矿化速率快、矿化程度高和工艺流程简单的技术方案。
32.请参阅图1，本发明实施例提供了一种ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的系统，包括水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统，添加剂系统，给水系统，窑尾废气送风系统，ph在线检测系统，搅拌矿化吸收系统，脱碳废气出风系统，和矿化灰输送系统。
33.所述搅拌矿化吸收系统包括矿化搅拌机，及位于矿化搅拌机上的进料口、进水口、ph值取样口、进风口、出风口、和卸料口。
34.所述水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统包括顺序相连的水泥窑旁路放风灰
储仓、电动闸板阀和螺旋计量给料机，所述螺旋计量给料机的出口与矿化搅拌机的进料口相连。
35.所述添加剂系统包括顺序相连的添加剂储仓、圆盘给料机和给料溜子，所述给水系统包括顺序相连的储水罐、计量水泵和给水管道，所述给料溜子的出口与储水罐的进口相连，所述给水管道的出口与矿化搅拌机的进水口相连。
36.所述ph在线检测系统包括取样装置和检测装置，所述取样装置安装在矿化搅拌机的ph值取样口。
37.所述窑尾废气送风系统包括离心风机和窑尾废气送风管道，所述离心风机的入口与窑尾烟囱相连，离心风机的出口通过窑尾废气送风管道与矿化搅拌机的进风口相连；所述脱碳废气出风系统包括脱碳废气出风管道，所述矿化搅拌机的出风口与脱碳废气出风管道的入口相连，所述脱碳废气出风管道的出口与窑尾烟囱相连。
38.所述矿化搅拌机的卸料口与矿化灰输送系统相连。
39.一种ph值调控碳酸钙加速矿化吸收烟气中co2的方法，所述方法利用上述系统对二氧化碳进行矿化吸收，包括如下步骤：
40.s1、将醋酸钠通过添加剂系统加入到储水罐中，控制醋酸钠水溶液质量分数为1-3％；
41.s2、将水泥窑旁路放风灰通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统送入矿化搅拌机，按照水灰比为0.1-0.3的比例加水搅拌5-10分钟，使水泥窑旁路放风灰中的氧化钙充分水化为氢氧化钙；
42.s3、由离心风机从窑尾烟囱引水泥窑尾废气，并按照3000-5000nm3/h的风量通入矿化搅拌机，边搅拌边通水泥窑尾废气，矿化0.5-1.5h，使水泥窑旁路放风灰吸收水泥窑尾废气中的co2实现永久固化；
43.s4、矿化过程中，使用ph值在线检测系统全程监测矿化搅拌机内物料的ph值，保证ph值在10-11之间，当ph值下降至小于10时，向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于10-11之间，直至矿化完成；
44.s5、矿化完成后，停止通水泥窑尾废气，打开矿化搅拌机的卸料口，生成的矿化灰经矿化灰输送系统运输至堆场或储库。
45.发明人研究发现，单独使用水泥窑旁路放风灰矿化吸收二氧化碳的反应速率受矿化程度影响，随着矿化程度的增加，反应生成的caco3颗粒覆盖在旁路放风灰颗粒表面，阻碍了二氧化碳进一步进入颗粒进行矿化反应，限制了反应的速率和反应程度。
46.旁路放风灰颗粒遇到水之后，其中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与窑尾废气中的co2发生反应生成碳酸钙，见化学反应方程式(1)和(2)。
47.cao h2o
→
ca(oh)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
48.ca(oh)2 co2→
caco3 h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
49.随着反应进程的发展，旁路放风灰颗粒中氧化钙的含量逐渐减小，内核收缩，氧化钙与水反应生成的氢氧化钙覆盖在颗粒的外层，二氧化碳与氢氧化钙的矿化反应也发生在旁路放风灰颗粒表面，而反应生成的碳酸钙颗粒细小，覆盖在旁路放风灰颗粒表面，阻碍了二氧化碳的进入和矿化反应的进程，如图2所示。
50.经过大量试验研究发现，通过引入一定量的醋酸钠作为缓冲，控制物料的ph值在
10-11的范围，能够增大反应生成的碳酸钙颗粒的晶体尺寸，使得二氧化碳能够穿过碳酸钙层进入到氢氧化钙层，继续发生矿化反应，从而加速了矿化反应进程和矿化吸收量。
51.为进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹列举以下实施例1-5和对比例1-3进行详细说明，阐述本发明实施的技术效果：
52.首先检测分析所用水泥窑旁路放风灰化学成分，见下表1所示：
53.表1水泥窑旁路放风灰化学成分
54.l.o.isio2al2o3fe2o3caomgok2ona2oso3cl-10.3410.503.441.9048.551.6614.980.471.487.653
55.旁路放风灰理论吸收二氧化碳量(％)＝cao含量
×
44/56＝48.55
×
44/56＝38.1％。
56.实施例1
57.通过添加剂系统将醋酸钠加入到储水罐中，控制醋酸钠水溶液质量分数为3％，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.1的比例，通过给水系统将醋酸钠水溶液送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌5分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引3000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，矿化搅拌0.5h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于10-11之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止通水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
58.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为32％。
59.实施例2
60.通过添加剂系统将醋酸钠加入到储水罐中，控制醋酸钠水溶液质量分数为2％，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.2的比例，通过给水系统将醋酸钠水溶液送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌8分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引4000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，矿化搅拌1.0h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于10-11之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
61.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为30％。
62.实施例3
63.通过添加剂系统将醋酸钠加入到储水罐中，控制醋酸钠水溶液质量分数为3％，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.3的比例，通过给水系统将醋酸钠水溶液送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌10分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引5000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，
矿化搅拌1.5h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于10-11之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止通水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
64.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为31％。
65.对比例1
66.搅拌用水为纯水，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.2的比例，通过给水系统将纯水送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌8分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引4000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，矿化搅拌1.0h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于10-11之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止通水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
67.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为16％。
68.对比例2
69.通过添加剂系统将醋酸钠加入到储水罐中，控制醋酸钠水溶液质量分数为3％，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.2的比例，通过给水系统将醋酸钠水溶液送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌8分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引4000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，矿化搅拌1.0h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于8-10之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止通水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
70.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为18％。
71.对比例3
72.搅拌用水为纯水，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.2的比例，通过给水系统将纯水送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌8分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引4000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，矿化搅拌3.0h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于8-10之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止通水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
73.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的
水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为20％。
74.对比例4
75.通过添加剂系统将醋酸钠加入到储水罐中，控制醋酸钠水溶液质量分数为3％，通过水泥窑旁路放风灰储存、计量和输送系统将1吨水泥窑旁路放风灰送入矿化搅拌机；然后按照水灰比为0.2的比例，通过给水系统将醋酸钠水溶液送入矿化搅拌机，开启矿化搅拌机搅拌8分钟，然后通过离心风机从窑尾烟囱引4000nm3/h的水泥窑尾废气通入矿化搅拌机，矿化搅拌3.0h，矿化过程中通过ph值在线检测系统检测物料的ph值，通过向矿化搅拌机缓慢加入水泥窑旁路放风灰，维持物料的ph值始终处于8-10之间，直至矿化完成；矿化完成后，停止通水泥窑尾废气和搅拌，生成的矿化灰通过矿化搅拌机卸料口进入矿化灰输送系统，运输至堆场或储库。
76.二氧化碳吸收率(％)＝(矿化完成后的矿化灰重量-进入矿化搅拌机中未矿化的水泥窑旁路放风灰重量-矿化用水重量)/进入矿化搅拌机中的水泥窑旁路放风灰重量
×
100％，检测二氧化碳的吸收率为21％。
77.实施例1-实施例3表明，本发明提供的系统和方法，窑尾烟气中的二氧化碳的吸收率都在30％以上，最高达到32％，矿化能在0.5-1.5小时内完成，矿化速率快，矿化程度高；对比例1-对比例4与实施例1相比，在烟气条件相同的条件下，不使用醋酸钠或者矿化ph值控制范围小于10，以及通过延长矿化时间，均不能够提高二氧化碳的吸收率。
78.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。