二氧化碳吸附劑的制備方法、二氧化碳減少方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種二氧化碳吸附劑的制備方法、二氧化碳減少方法及其裝置。本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟：提供煉鐵廢棄物；混合所述煉鐵廢棄物和粘合劑；向混合有所述粘合劑的所述煉鐵廢棄物注入氨，并制成顆粒；以及對(duì)所述顆粒進(jìn)行干燥。
【專利說明】二氧化碳吸附劑的制備方法、二氧化碳減少方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種捕捉二氧化碳的吸附劑，更具體地涉及一種二氧化碳吸附劑的制備方法、二氧化碳減少方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]化石燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳是導(dǎo)致地球變暖的典型溫室氣體，目前正在加強(qiáng)對(duì)二氧化碳的排放限制。對(duì)于煉鐵廠的燃燒廢氣或高爐煤氣等大量含有二氧化碳的氣體，其中的二氧化碳一般通過變壓吸附(pressure swing adsorption,PSA)工藝被捕捉及吸收。
[0003]常規(guī)變壓吸附設(shè)備由利用吸附劑捕捉二氧化碳的吸附塔和對(duì)捕捉到二氧化碳的吸附劑進(jìn)行加熱，以使吸附劑得到再生的再生塔組成。經(jīng)過再生的吸附劑重新供應(yīng)到吸附塔并參加反應(yīng)。使用一定周期以上而失去吸附活性點(diǎn)的吸附劑被廢棄，并補(bǔ)充不足的吸附劑到吸附塔。
[0004]在變壓吸附工藝中，作為吸附劑使用活性炭、二氧化硅(silica)、氧化鋁(alumina)等固體吸附劑，并通過物理吸附方法捕捉二氧化碳。然而，這種方法由于常用的吸附劑價(jià)格高而導(dǎo)致成本上升，并且因?yàn)槔梦锢砦椒绞剿越Y(jié)合力較弱，進(jìn)而捕捉大量及高濃度二氧化碳的效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明提供一種制備成本低且二氧化碳捕捉效果優(yōu)異的二氧化碳吸附劑的制備方法、以及使用所述吸附劑的二氧化碳減少方法及其裝置。
[0007]技術(shù)方案
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟:提供煉鐵廢棄物；混合所述煉鐵廢棄物和粘合劑；向混合有所述粘合劑的所述煉鐵廢棄物注入氨，并制成顆粒；以及對(duì)所述顆粒進(jìn)行干燥。
[0009]在所述顆粒的制備步驟所注入的氨的濃度可為5?30wt%。
[0010]所述二氧化碳吸附劑的制備方法，還可包括以下步驟:在將所述煉鐵廢棄物與粘合劑混合之前，進(jìn)行濃縮及脫水處理。
[0011 ] 所述脫水處理可使用壓濾器。
[0012]經(jīng)所述脫水處理的煉鐵廢棄物中可包含8%的水分。
[0013]所述粘合劑可為水泥(cement)或膨潤土(bentonite)。
[0014]所述顆粒的大小可為I?25mm。
[0015]另外，本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少裝置，包括:吸附裝置，使用以所述制備方法來制備的吸附劑，并且噴入包含二氧化碳的廢氣，以使包含于所述廢氣中的二氧化碳吸附在所述吸附劑上；再生裝置，對(duì)經(jīng)所述吸附裝置吸附有二氧化碳的吸附劑進(jìn)行加熱，以使所述被吸附的二氧化碳脫附；PH檢測裝置，用于檢測經(jīng)所述再生裝置脫二氧化碳的所述吸附劑的PH值；以及旋轉(zhuǎn)腔室，用于向經(jīng)過所述pH檢測裝置的吸附劑噴射氨，而且，根據(jù)所述PH檢測裝置檢測到的pH值，可向所述旋轉(zhuǎn)腔室有選擇地供應(yīng)所述吸附劑。
[0016]所述再生裝置中可使用煉鐵工藝的廢熱，以向所述吸附劑供熱。
[0017]如果在所述pH檢測裝置中檢測到的pH值大于10，所述吸附劑就會(huì)供應(yīng)到旋轉(zhuǎn)腔室，如果在所述PH檢測裝置中檢測到的pH值小于或等于10，所述吸附劑就會(huì)再用于還原鐵的制備。
[0018]所述二氧化碳減少裝置，還可包括:冷凝器，從所述再生裝置中接收脫附的氨和二氧化碳的化合物，并利用冷凝溫度的差異，使其分離成氨及二氧化碳。
[0019]在所述冷凝器中被分離的所述氨可供應(yīng)到所述旋轉(zhuǎn)腔室。
[0020]所述包含二氧化碳的廢氣可為選自高爐廢氣(BFG)、焦?fàn)t煤氣(COG)及FINEX廢氣(FOG)中的至少一種。
[0021]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少方法使用以所述制備方法來制備的吸附齊U，并包括以下步驟:使所述吸附劑與包含二氧化碳的廢氣接觸，以從所述廢氣中吸附二氧化碳；使吸附于所述吸附劑的所述二氧化碳脫附；判斷所述脫二氧化碳的吸附劑的PH值是否大于設(shè)定值；以及如果所述吸附劑的PH值大于設(shè)定值，就向所述吸附劑噴射氨，而且可使用噴射有所述氨的所述吸附劑，從所述吸附二氧化碳的步驟開始重新進(jìn)行。
[0022]所述二氧化碳的脫附可使用煉鐵工藝的廢熱。
[0023]如果所述吸附劑的pH值小于或等于設(shè)定值，所述吸附劑就會(huì)再用于還原鐵的制備。
[0024]所述pH值的設(shè)定值可為10。
[0025]使吸附于所述吸附劑的所述二氧化碳脫附時(shí)，所述氨和所述二氧化碳的化合物脫附，所述二氧化碳減少方法還可以包括將所述化合物分離成所述氨及所述二氧化碳的步驟。
[0026]所述被分離的氨可用于所述向吸附劑噴射所述氨的步驟。
[0027]所述包含二氧化碳的廢氣可為選自高爐廢氣(BFG)、焦?fàn)t煤氣(COG)及FINEX廢氣(FOG)中的至少一種。
[0028]此外，本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑以所述制備方法來制備，并可負(fù)載有氨。
[0029]用于所述制備的煉鐵廢棄物的鐵濃度可為40?60%。
[0030]用于所述制備的煉鐵廢棄物的碳濃度可低于25%。
[0031]所述二氧化碳吸附劑的大小可為I?25mm。
[0032]發(fā)明效果
[0033]如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，利用化學(xué)吸附反應(yīng)來捕捉二氧化碳，因此相對(duì)于以往的物理吸附劑，可提高二氧化碳的捕捉效率。而且，二氧化碳脫附的反應(yīng)性得到提高，從而提聞效率。
[0034]此外，制備廉價(jià)的吸附劑，因此可降低制備成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑的制備方法的流程圖。
[0036]圖2為用于本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑的制備方法的裝置方框圖。[0037]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少裝置的構(gòu)成圖。
[0038]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0040]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑的制備方法的流程圖。圖2為用于本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑的制備方法的裝置方框圖。
[0041]如圖1及圖2所示，準(zhǔn)備氨(NH3) (S100)，并提供煉鐵廢棄物I (SllO)，所述煉鐵廢棄物I供應(yīng)到濃縮機(jī)10。也就是說，對(duì)所述煉鐵廢棄物I進(jìn)行濃縮(S120)。所述煉鐵廢棄物I可以是煉鐵工藝中產(chǎn)生的泥渣(sludge)。此外，所述煉鐵廢棄物I中鐵(Fe)濃度可為40?60%或者碳(carbon)濃度可低于25%。
[0042]在濃縮機(jī)10中被濃縮的所述煉鐵廢棄物I供應(yīng)到壓濾器20。另外，在壓濾器20中對(duì)所述煉鐵廢棄物I進(jìn)行脫水處理(S130)。通過所述脫水處理，使所述煉鐵廢棄物I包含8%的水分。當(dāng)然，只有煉鐵廢棄物I中包含水分時(shí)，才進(jìn)行所述脫水處理，如果煉鐵廢棄物I中不包含水分，則可以省略。
[0043]經(jīng)脫水處理的所述煉鐵廢棄物I供應(yīng)到混合器30。此外，粘合劑供應(yīng)到混合器30與所述煉鐵廢棄物I混合(S140)。所述粘合劑可以是水泥或膨潤土。
[0044]混合有所述粘合劑的所述煉鐵廢棄物I供應(yīng)到造粒機(jī)40。此外，所述已準(zhǔn)備的氨注入到所述造粒機(jī)40。進(jìn)而，造粒機(jī)40制備出所述煉鐵廢棄物I中吸附有所述氨的顆粒(S150)。在所述顆粒的制備步驟所注入的氨的濃度可為5?30wt%。
[0045]在造粒機(jī)40中制備所述顆粒后，對(duì)所述顆粒進(jìn)行干燥(S160)。而且，所述顆粒的大小可為I?25mm。進(jìn)一步地，所述顆粒的干燥可在常溫下進(jìn)行。此外，通過上述方法所制備的所述顆粒起到二氧化碳吸附劑2的功能。也就是說，所述顆粒供應(yīng)到二氧化碳減少裝置50，用于減少二氧化碳。
[0046]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少裝置的構(gòu)成圖。
[0047]如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少裝置50，包括:吸附裝置60、再生裝置70、pH檢測裝置80、旋轉(zhuǎn)腔室90及冷凝器100。
[0048]吸附裝置60使用以本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑2的制備方法來制成的吸附劑2吸附包含于廢氣中的二氧化碳。也就是說，向吸附裝置60供應(yīng)吸附劑2以及包含二氧化碳的廢氣，通過彼此接觸包含于廢氣中的二氧化碳被吸附劑2吸附。在此，包含二氧化碳的廢氣可以是高爐廢氣(blast furnace gas ；BFG)、焦?fàn)t煤氣(coke oven gas ；C0G)及FINEX廢氣(FINEX off-gas ;F0G)中的至少一種廢氣。另外，吸附裝置60的內(nèi)部溫度可以是常溫至30°C。此外，二氧化碳吸附于吸附劑2而去除二氧化碳的廢氣被分離成氫氣(H2)、一氧化碳(CO)及氮?dú)?N2)等。進(jìn)而，氫氣及一氧化碳用于鐵礦石的還原，氮?dú)饪捎米鳠掕F工藝的載運(yùn)氣體。
[0049]再生裝置70使吸附于吸附劑2上的二氧化碳脫附。也就是說，經(jīng)吸附裝置60吸附有二氧化碳的吸附劑2供應(yīng)到再生裝置70。而且，在再生裝置70中對(duì)吸附有二氧化碳的吸附劑2進(jìn)行加熱，以使二氧化碳脫附。所述加熱使用煉鐵工藝的廢熱，且加熱溫度可為100。。。[0050]此外，所述吸附裝置60及再生裝置70可形成為流動(dòng)通道的形狀。而且，通過使固體顆粒的吸附劑在所述吸附裝置60和再生裝置70之間循環(huán)，提高二氧化碳的吸附反應(yīng)性，同時(shí)可以大量吸附二氧化碳。進(jìn)而，不需要進(jìn)行加壓及減壓，降低了電力消耗，從而降低了用于減少二氧化碳的能耗。
[0051]pH檢測裝置80用于檢測吸附劑2的pH值。而且，將檢測到的吸附劑2的pH值與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而判斷是否再使用吸附劑2。如果所述吸附劑2的pH值大于設(shè)定值，就再使用吸附劑2，如果所述吸附劑2的pH值小于設(shè)定值，吸附劑2就會(huì)用于制備還原鐵(direct reduced iron ；DRI)。在此，所述設(shè)定值可為 pHIO。
[0052]此外，如上所述由于有選擇地再使用吸附劑2，所以容易更換初始階段供應(yīng)的吸附劑2。也就是說，不需要中斷二氧化碳的供應(yīng)，而且不需要吸附劑2的更換費(fèi)用。
[0053]旋轉(zhuǎn)腔室90從pH檢測裝置80接收吸附劑2，并向吸附劑2噴射氨。另外，經(jīng)旋轉(zhuǎn)腔室90吸附有氨的吸附劑2供應(yīng)到吸附裝置60，以便再使用。也就是說，向旋轉(zhuǎn)腔室90供應(yīng)在pH檢測裝置80檢測到的pH值大于設(shè)定值的吸附劑2。
[0054]冷凝器100接收在再生裝置70中脫附的二氧化碳。另外，在再生裝置70中二氧化碳脫附時(shí)，脫附的是二氧化碳和氨的化合物。也就是說，供應(yīng)到冷凝器100的是二氧化碳和氨的化合物。進(jìn)而，冷凝器100將所述化合物分離成二氧化碳及氨。被分離的氨供應(yīng)到旋轉(zhuǎn)腔室90，以用作噴向吸附劑2的氨。另外，被分離出的二氧化碳排放到外部，或者再用于二氧化碳重整(CO2 reforming)工藝或水汽逆變換(reverse water gas shift)反應(yīng)工藝，從而可制備出氫氣及一氧化碳。如前所述，氫氣及一氧化碳可用于鐵礦石的還原。
[0055]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳減少方法的流程圖。
[0056]如圖4所示，準(zhǔn)備以本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳吸附劑2的制備方法來制備的吸附劑2(S200)后，向供應(yīng)有包含二氧化碳的廢氣的吸附裝置60供應(yīng)吸附劑2，以用吸附劑2吸附所述廢氣中的二氧化碳(S210)。
[0057]吸附有所述廢氣中的二氧化碳的吸附劑2供應(yīng)到再生裝置70，再生裝置70利用煉鐵工藝的廢熱，對(duì)吸附有所述廢氣中的二氧化碳的吸附劑2進(jìn)行加熱，以使二氧化碳從吸附劑2脫附(S220)。所述二氧化碳的脫附可通過使吸附于吸附劑2的氨和二氧化碳的化合物脫附來進(jìn)行。
[0058]所述脫二氧化碳的吸附劑2供應(yīng)到pH檢測裝置80，pH檢測裝置80檢測吸附劑2的pH值(S230)。而且，pH檢測裝置80判斷吸附劑2的pH值是否大于設(shè)定值(S240)。所述PH值的設(shè)定值可為pHIO。
[0059]如果判斷出吸附劑2的pH值大于設(shè)定值，pH檢測裝置80就將所述脫二氧化碳的吸附劑2供應(yīng)到旋轉(zhuǎn)腔室90。而且，向供應(yīng)到旋轉(zhuǎn)腔室90的吸附劑2噴射氨(S250)。被噴射的氨是在冷凝器100中氨和二氧化碳的化合物被分離成氨及二氧化碳后，供應(yīng)到旋轉(zhuǎn)腔室90的氨。
[0060]如果判斷出吸附劑2的pH值小于或等于設(shè)定值，脫二氧化碳的吸附劑2就會(huì)用于制備還原鐵(S260)。
[0061]如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，利用化學(xué)吸附反應(yīng)來捕捉二氧化碳，因此相對(duì)于以往的物理吸附劑，可提高二氧化碳的捕捉效率。此外，二氧化碳脫附的反應(yīng)性提高，致使效率增大。進(jìn)而，制備出低廉的吸附劑2，能夠降低制備成本。[0062]以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員由本發(fā)明實(shí)施例容易想到的等效范圍內(nèi)的所有變更，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟: 提供煉鐵廢棄物； 混合所述煉鐵廢棄物和粘合劑； 向混合有所述粘合劑的所述煉鐵廢棄物注入氨，并制成顆粒；以及 對(duì)所述顆粒進(jìn)行干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳吸附劑的制備方法，其中， 在所述顆粒的制備步驟所注入的氨的濃度為5~30wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳吸附劑的制備方法，還包括以下步驟: 在將所述煉鐵廢棄物與粘合劑混合之前，進(jìn)行濃縮及脫水處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳吸附劑的制備方法，其中， 所述脫水處理使用壓濾器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳吸附劑的制備方法，其中， 經(jīng)所述脫水處理的煉鐵廢棄物中包含8%的水分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的二氧化碳吸附劑的制備方法，其中， 所述粘合劑為水泥或膨潤土。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳吸附劑的制備方法，其中， 所述顆粒的大小為I~25mm。
8.—種二氧化碳減少裝置，包括: 吸附裝置，使用以權(quán)利要求1至7中的任一方法來制備的吸附劑，并且噴入包含二氧化碳的廢氣，以使包含于所述廢氣中的二氧化碳吸附在所述吸附劑上； 再生裝置，對(duì)經(jīng)所述吸附裝置吸附有二氧化碳的吸附劑進(jìn)行加熱，以使所述被吸附的二氧化碳脫附； PH檢測裝置，用于檢測經(jīng)所述再生裝置脫二氧化碳的所述吸附劑的pH值；以及 旋轉(zhuǎn)腔室，用于向經(jīng)過所述pH檢測裝置的吸附劑噴射氨， 而且，根據(jù)所述pH檢測裝置檢測到的pH值，向所述旋轉(zhuǎn)腔室有選擇地供應(yīng)所述吸附劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳減少裝置，其中， 所述再生裝置中使用煉鐵工藝的廢熱，以向所述吸附劑供熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳減少裝置，其中， 如果在所述PH檢測裝置中檢測到的pH值大于10，所述吸附劑就會(huì)供應(yīng)到旋轉(zhuǎn)腔室，如果在所述PH檢測裝置中檢測到的pH值小于或等于10，所述吸附劑就會(huì)再用于還原鐵的制備。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳減少裝置，還包括: 冷凝器，從所述再生裝置中接收脫附的氨和二氧化碳的化合物，并利用冷凝溫度的差異，使其分離成氨及二氧化碳。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的二氧化碳減少裝置，其中， 在所述冷凝器中被分離的所述氨供應(yīng)到所述旋轉(zhuǎn)腔室。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳減少裝置，其中， 所述包含二氧化碳的廢氣為選自高爐廢氣、焦?fàn)t煤氣及FINEX廢氣中的至少一種。
14.一種二氧化碳減少方法，使用以權(quán)利要求1至7中的任一方法制備的吸附劑，并包括以下步驟: 使所述吸附劑與包含二氧化碳的廢氣接觸，以從所述廢氣中吸附二氧化碳； 使吸附于所述吸附劑的所述二氧化碳脫附； 判斷所述脫二氧化碳的吸附劑的PH值是否大于設(shè)定值；以及 如果所述吸附劑的PH值大于設(shè)定值，就向所述吸附劑噴射氨， 而且，使用噴射有所述氨的所述吸附劑，從所述吸附二氧化碳的步驟開始重新進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二氧化碳減少方法，其中， 所述二氧化碳的脫附使用煉鐵工藝的廢熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二氧化碳減少方法，其中， 如果所述吸附劑的PH值小于或等于設(shè)定值，所述吸附劑就會(huì)再用于還原鐵的制備。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二氧化碳減少方法，其中， 所述PH值的設(shè)定值為10。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二氧化碳減少方法，其中， 使吸附于所述吸附劑的所述二氧化碳脫附時(shí)，所述氨和所述二氧化碳的化合物脫附， 所述二氧化碳減少方法還包括將所述化合物分離成所述氨及所述二氧化碳的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的二氧化碳減少方法，其中， 所述被分離的氨用于所述向吸附劑噴射所述氨的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二氧化碳減少方法，其中， 所述包含二氧化碳的廢氣為選自高爐廢氣、焦?fàn)t煤氣及FINEX廢氣中的至少一種。
21.—種二氧化碳吸附劑，其以權(quán)利要求1至7中的任一方法來制備，并負(fù)載有氨。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二氧化碳吸附劑，其中， 用于所述制備的煉鐵廢棄物的鐵濃度為40~60%。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二氧化碳吸附劑，其中， 用于所述制備的煉鐵廢棄物的碳濃度低于25%。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二氧化碳吸附劑，其大小為I~25mm。
【文檔編號(hào)】B01D53/62GK104023839SQ201280064320
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月27日
【發(fā)明者】李承紋, 鄭宗憲, 金基鉉, 金聲萬 申請(qǐng)人:Posco公司