一種工業(yè)廢石膏處理聯(lián)合零碳排放水泥生產(chǎn)的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)石膏廢棄物處理聯(lián)合“零碳排放”水泥的生產(chǎn)工藝，主要包括以下的步驟：工業(yè)廢石膏的碳酸化；獲得的碳酸鈣的成型加工，成型后的碳酸鈣顆粒作為吸附劑循環(huán)捕集水泥窯尾氣中的CO2；失活的鈣吸附劑燒制水泥熟料,本發(fā)明一方面可以解決工業(yè)石膏廢棄物的處理問題，變廢為寶，合理利用資源；另一方面，使得水泥生產(chǎn)過程中排放的CO2大大減少，符合國家的低碳政策。
【專利說明】—種工業(yè)廢石膏處理聯(lián)合零碳排放水泥生產(chǎn)的工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用碳酸化處理工業(yè)石膏廢棄物獲得的碳酸鈣作為吸附劑，循環(huán)捕集水泥窯尾氣中的CO2,并將失活的鈣吸附劑用來燒制水泥熟料的方法，屬于廢棄物處理利用和環(huán)境保護領域。
【背景技術】
[0002]隨著全球變暖問題的日益嚴重，人們逐漸認識到這主要是由人類活動引起的以CO2為主的溫室氣體大量排放所導致的，減少全球CO2排放迫在眉睫，對CO2捕集、封存技術(CCS)的研究成為了熱門。據(jù)國際能源署的統(tǒng)計報告，2012年全球有316億噸的CO2排放到大氣層中，而我國是全球CO2排放量最大的國家，占全球總排放量的四分之一。因此，在如今國家倡導的“低碳生活”的大背景下，實現(xiàn)CO2的減排是我國迫切需要解決的問題。
[0003]關于CO2捕集的技術目前主要分為三類:燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒技術。燃燒前捕集技術主要是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術；燃燒后捕集主要有乙醇胺(MEA)捕集法與鈣循環(huán)(CLP)吸附捕集法，乙醇胺捕集法已經(jīng)得到商業(yè)應用，但其只適合低溫(65°C)脫碳循環(huán)，能效不高，鈣循環(huán)捕集法通常采用天然鈣質(zhì)材料作為吸附劑，適合高溫循環(huán)吸附；富氧燃燒技術需采用空分裝置，其能耗大，碳捕集的成本很高。鈣循環(huán)CO2捕集技術采用儲量豐富、價格低廉的天然鈣質(zhì)材料作為吸附劑，總體CO2的捕集成本滴，因此其應用前景較大。
[0004]經(jīng)濟的鈣吸附劑的選用是實現(xiàn)鈣循環(huán)CO2捕集技術工業(yè)化應用的關鍵。目前，采用的鈣吸附劑主要通過人工合成制備，雖然得到的合成物吸附CO2的能力較好，但其制備成本較高并不適合工業(yè)化應用。因此制備價格低廉的鈣吸附劑成為實現(xiàn)鈣循環(huán)技術工業(yè)化的首要問題。
[0005]磷石膏是在磷肥生產(chǎn)過程中，用硫酸處理磷礦時產(chǎn)生的固體廢渣，主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4.2H20)，每制取It磷酸約產(chǎn)生5t磷石膏。磷石膏廢棄物的大量堆存侵占了許多土地資源，并且由于風蝕、雨蝕造成了大氣、水系及土壤的污染。另外，人體長時間接觸磷石膏，可能導致病變或者死亡。據(jù)統(tǒng)計，2012年，我國磷石膏的產(chǎn)生量在7000萬噸左右，而目前累計磷石膏堆存量約為3億噸。因此，磷石膏廢棄物的合理處置和有效利用，已成為磷肥企業(yè)尋求可持續(xù)發(fā)展的一個亟待解決的難題。目前，對于磷石膏的處理利用，相關研究人員做了大量的工作，如磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥、用作水泥緩凝劑及制石膏磚等。
[0006]脫硫石膏主要來源于石灰石-石膏濕法脫硫工藝得到的副產(chǎn)物，2012年我國脫硫石膏的產(chǎn)量達6900萬噸，累積總量達到1.1億噸，其中電力行業(yè)脫硫石膏產(chǎn)量占到其中的98%。脫硫石膏中惰性雜質(zhì)含量較多，處理應用較為簡單，應用前景較大。氟石膏來源于螢石制取氟化氫的工業(yè)副產(chǎn)品，檸檬石膏來源于利用碳酸鈣中和淀粉原料發(fā)酵產(chǎn)生的檸檬酸發(fā)酵液，并添加硫酸酸解工藝的副產(chǎn)物，由于其中硫酸等物質(zhì)的殘留，它們長期堆存會造成周圍環(huán)境的污染，處理問題亟待解決。
[0007]基于以上情況，如何高效、節(jié)能、環(huán)保地處理利用工業(yè)石膏廢棄物，同時與鈣循環(huán)CO2捕集技術結合起來，達到工業(yè)廢石膏處理及“零碳排放”水泥生產(chǎn)的工業(yè)化應用，目前仍是空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的主要問題在于如何高效、節(jié)能、環(huán)保地處理利用工業(yè)石膏廢棄物，解決其自然條件存放下容易起灰，占用土地資源，污染地下水的問題，并同時減少水泥工業(yè)的CO2排放，緩解全球氣候變暖。
[0009]本發(fā)明為將碳酸化處理后的廢石膏作為水泥窯廢氣中CO2捕集的吸附劑，并將循環(huán)一定次數(shù)失活的鈣吸附劑用以燒制水泥熟料的聯(lián)產(chǎn)工藝。該工藝可以有效地解決工業(yè)石膏廢棄物的堆放污染問題，并與水泥窯廢氣中的CO2捕集結合起來，工藝成本低，經(jīng)濟效益聞。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術方案: [0011]一種工業(yè)廢石膏經(jīng)碳酸化處理后捕集水泥窯尾氣中的CO2與水泥生產(chǎn)工藝聯(lián)合，包括以下的步驟:1)工業(yè)廢石膏的碳酸化；2)將步驟I)獲得的碳酸鈣成型加工，成型后的碳酸鈣顆粒作為吸附劑鈣在鈣循環(huán)CO2捕集系統(tǒng)中循環(huán)捕集水泥窯尾氣中的CO2 ；3)失活的鈣吸附劑用以燒制水泥熟料。
[0012]其中，所述工業(yè)石膏廢棄物的碳酸化包括:將工業(yè)廢石膏加入一定量的氨水和適量的水攪拌形成混合漿液，向漿液中通入經(jīng)脫硫處理后的水泥窯尾氣，不斷攪拌使其中的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。
[0013]其中，所述步驟2)包括:碳酸化反應完成后過濾漿液，將得到的濾渣進行顆粒成型加工，成型的顆粒烘干后送入鈣循環(huán)系統(tǒng)捕集水泥窯尾氣中的CO2,同時濾液經(jīng)蒸發(fā)獲得硫酸銨產(chǎn)品。
[0014]其中，所述失活的鈣吸附劑還有一部分送入脫硫塔用以脫除水泥窯尾氣中的S02。
[0015]其中，所述工業(yè)廢石膏主要包括磷石膏、脫硫石膏，檸檬石膏及氟石膏主要成分為CaSO4.2H20，其含量大于或者等于85%。
[0016]其中，所述碳酸化處理過程中，石膏廢料與水的質(zhì)量比為1:1~9，石膏廢料中硫酸鈣與氨水中氨的摩爾比值為1:0.8~1.3。
[0017]其中，通入混合漿液中的水泥窯尾氣中的流量值(L/h)與石膏廢料的質(zhì)量(g)的比值為3~17，通入時間為I~200min。
[0018]其中，碳酸化處理后獲得的碳酸鈣的成型采用擠壓成型機或者盤式成球機，碳酸鈣與水泥的混合質(zhì)量比為0.1~9，制成直徑為2~20mm的圓柱體或球體。
[0019]其中，在對水泥窯廢氣中CO2捕集之前，先對廢氣進行脫硫處理。因為SO2與CO2對氧化鈣存在著競爭反應，SO2的反應性較強，除去廢氣中的SO2能夠使得鈣循環(huán)系統(tǒng)保持較高的CO2捕集效率。其中，脫硫的原料來源于鈣循環(huán)系統(tǒng)排出的失活的鈣吸附劑，脫硫得到的廢石膏亦進行碳酸化處理，用作CO2捕集的吸附劑。
[0020]其中，鈣循環(huán)系統(tǒng)中碳酸化爐、煅燒爐都采用循環(huán)流化床，碳酸化的溫度為600~750°C，煅燒的溫度為850~1000°C，壓力為I~llObar。
[0021]本發(fā)明采用工業(yè)廢石膏捕集水泥廠排放廢氣中的CO2，一方面解決了工業(yè)石膏廢棄物的堆放對環(huán)境造成污染的難題，同時與國家提倡的低碳政策相一致，大大降低水泥廠的CO2排放量。并且，失活的鈣吸附劑，主要成分為CaCO3和CaO，用來燒制水泥熟料，避免了資源的浪費。所以，工業(yè)石膏廢棄物經(jīng)碳酸化處理后捕集水泥窯尾氣中的CO2聯(lián)產(chǎn)水泥生產(chǎn)工藝既符合環(huán)保的理念，變廢為寶，達到了資源使用的最優(yōu)化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例的工藝流程圖
[0023]圖中標記:I料漿池，2料泵，3碳酸化池，4結晶池，5顆粒成型機，6旋風分離器，7旋風分離器，8碳酸化爐，9料泵，10煅燒爐，11空分裝置，12水泥制備系統(tǒng)，13脫硫塔
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖1詳細描述本發(fā)明。
[0025]參照圖1，本實施例包括如下系統(tǒng):工業(yè)石膏廢棄物碳酸化處理系統(tǒng)、獲得的碳酸鈣成型加工系統(tǒng)，鈣循環(huán)CO2捕集系統(tǒng)，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。來自工業(yè)生產(chǎn)過程中的石膏廢棄物與一定量的水及氨水溶液在料漿池I中充分混合，經(jīng)由料泵2輸送至碳酸化池3中與部分來自脫硫處理后的水泥窯尾氣進行碳酸化反應，得到的主要成分為CaCO3的固體產(chǎn)物與適量的水泥混合配比送入顆粒成型機5進行成型加工，碳酸化池3中的上層溶液送入結晶池4，結晶得到的硫酸銨可以用作農(nóng)業(yè)肥料，過量的氨水溶液送入料漿池I循環(huán)利用；成型后的顆粒送入煅燒爐10，使得其中的CaCO3分解成為CaO和CO2 ;空氣經(jīng)由空分裝置11分離出N2與02，O2進入煅燒爐10與煤粉進行富氧燃燒，從煅燒爐10出來的氣固混合物送入旋風分離器6，分離出來的CaO送入碳酸化爐7進行CO2捕集，分離出來的高純CO2 (大于等于95%)經(jīng)過壓縮封存于地下 ；在碳酸化爐8中煅燒獲得CaO與經(jīng)脫硫塔13處理后的部分水泥窯尾氣進行碳酸化反應除去其中的CO2,從碳酸化爐8出來的氣固混合物經(jīng)由旋風分離器7，分離出來的CaCO3送入煅燒爐，除去CO2的尾氣則通過煙囪排放到大氣中；經(jīng)過一定的循環(huán)后，CaO的吸附活性降低，則通過料泵9排出，部分送入脫硫塔13用以脫除水泥窯尾氣中的SO2，其余送至水泥制備系統(tǒng)12中代替石灰石用做燒制水泥熟料的原料；水泥生產(chǎn)過程中排放的尾氣則通過脫硫塔13進行脫硫處理，一部分送入碳酸化池與廢石膏料漿發(fā)生碳酸化反應，一部分進入碳酸化爐進行CO2脫除，而脫硫塔13產(chǎn)生的脫硫廢石膏可以送入料漿池I與其他石膏廢料一起進行碳酸化處理后用做鈣循環(huán)CO2捕集的吸附劑。
[0026]在上述碳酸化處理過程中，石膏廢料與水的質(zhì)量比為1:1~9，石膏廢料中硫酸鈣與氨水中氨的摩爾比值為1:0.8~1.3。
[0027]通入混合漿液中的水泥窯尾氣中的流量值(L/h)與石膏廢料的質(zhì)量(g)的比值為3~17，通入時間為I~200min。碳酸化處理后獲得的碳酸鈣的成型采用擠壓成型機或者盤式成球機，碳酸鈣與水泥的混合質(zhì)量比為0.1~9，制成直徑為2~20mm的圓柱體或球體。
[0028]在對水泥窯廢氣中CO2捕集之前，先對廢氣進行脫硫處理，其中，脫硫的原料來源于鈣循環(huán)系統(tǒng)排出的失活的鈣吸附劑，脫硫得到的廢石膏亦進行碳酸化處理，用作CO2捕集的吸附劑。
[0029]鈣循環(huán)系統(tǒng)中碳酸化爐、煅燒爐都采用循環(huán)流化床，碳酸化的溫度為600~750°C，煅燒的溫度為850~1000°C，壓力為I~llObar。[0030]顯然，本工藝可以百分之百使用失活的鈣吸附劑代替石灰石原料生產(chǎn)水泥，也可以部分代替石灰石原料，通過合理的物料配比，制備水泥。為了實現(xiàn)對水泥廠廢氣中的CO2全面捕集，還可以把本工藝中的鈣循環(huán)系統(tǒng)接到已定的水泥生產(chǎn)線，以降低水泥工業(yè)的CO2排放量?？傊罁?jù)實際的情況，靈活地采用本工藝，以達到對工業(yè)石膏廢棄物的處理與水泥廠廢氣中的CO2捕集聯(lián)合的目的。
[0031]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明保護的范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的 技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種工業(yè)石膏廢棄物處理聯(lián)合“零碳排放”水泥的生產(chǎn)工藝，包括以下的步驟:1)工業(yè)廢石膏的碳酸化；2)將步驟I)獲得的碳酸鈣成型加工，成型后的碳酸鈣顆粒作為吸附劑在鈣循環(huán)CO2捕集系統(tǒng)中捕集水泥窯尾氣中的CO2 ；3)將步驟2)中失活的鈣吸附劑用以燒制水泥熟料。
2.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其中，所述步驟I)包括:將所述工業(yè)廢石膏加入一定量的氨水和適量的水攪拌形成混合漿液，向漿液中通入經(jīng)脫硫處理后的水泥窯尾氣，不斷攪拌使其中的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。
3.根據(jù)權利要求2所述的工藝，其中，所述步驟2)包括:碳酸化反應完成后過濾漿液，將得到的濾渣進行顆粒成型加工，成型的顆粒烘干后送入鈣循環(huán)系統(tǒng)捕集水泥窯尾氣中的CO2,同時濾液經(jīng)蒸發(fā)獲得硫酸銨產(chǎn)品。
4.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其中，所述失活的鈣吸附劑還有一部分送入脫硫塔用以脫除水泥窯尾氣中的SO2。
5.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其中，所述工業(yè)廢石膏主要包括磷石膏、脫硫石膏、檸檬石膏及氟石膏，主要成分為CaSO4.2H20，其含量大于或者等于85%。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的工藝，其中，所述碳酸化處理過程中，石膏廢料與水的質(zhì)量比為1:1~9， 石膏廢料中硫酸鈣與氨水中氨的摩爾比值為1:0.8~1.3。
7.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的工藝，其中，通入混合漿液中的水泥窯尾氣中的流量值(L/h)與石膏廢料的質(zhì)量(g)的比值為3~17，通入時間為I~200min。
8.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的工藝，其中，碳酸化處理后獲得的碳酸鈣的成型采用擠壓成型機或者盤式成球機，碳酸鈣與水泥的混合質(zhì)量比為0.1~9，制成直徑為2~20mm的圓柱體或球體。
9.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的工藝，其中，在對水泥窯廢氣中CO2捕集之前，先對廢氣進行脫硫處理，脫硫的原料來源于鈣循環(huán)系統(tǒng)排出的失活的鈣吸附劑，脫硫得到的廢石膏亦進行碳酸化處理，用作CO2捕集的吸附劑。
10.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的工藝，其中，鈣循環(huán)系統(tǒng)中碳酸化爐、煅燒爐都采用循環(huán)流化床，碳酸化的溫度為600~750°C，煅燒的溫度為850~1000°C，壓力為I~llObar。
【文檔編號】C04B7/43GK103641344SQ201310537946
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】劉文強, 孫健, 徐明厚 申請人:華中科技大學