本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種二氧化碳吸收并礦物化裝置和方法，裝置包括反應(yīng)器和三相分離器，反應(yīng)器包括塔體和導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒設(shè)置在塔體內(nèi)部，所述導(dǎo)流筒設(shè)置在所述塔體內(nèi)部，塔體上設(shè)置有進(jìn)液管和進(jìn)氣管，進(jìn)液管與進(jìn)氣管的出口端均位于導(dǎo)流筒內(nèi)部；三相分離器設(shè)置在反應(yīng)器的上端。本發(fā)明專利技術(shù)在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流筒，反應(yīng)器內(nèi)以氣升式環(huán)流的流動使氣液固混合狀態(tài)更好，固體的堿液溶質(zhì)的溶解速率提高，從而可提高吸收反應(yīng)速率和吸收率；反應(yīng)裝置集成了三相分離器，在反應(yīng)的同時可沉降分離碳酸鹽，減小了溶液中的固體含量，同時減小了水在吸收和分離單元的轉(zhuǎn)運，提高了過程效率，減小了過程能耗；生成的碳酸鹽的顆粒可得到較好的控制，從而可以獲得較高的沉降效率。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及二氧化碳的礦物化處置的領(lǐng)域，特別是一種二氧化碳吸收并礦物化裝 置及方法。
技術(shù)介紹
收集處置二氧化碳(C〇2)，以減小溫室氣體排放，是環(huán)境和生態(tài)領(lǐng)域內(nèi)重要的技術(shù) 問題。目前，co2的收集處置主要包括地質(zhì)儲存、海洋儲存、礦物化儲存和生物固碳等。co 2的 礦物碳酸化固定是指C〇2與含有堿性或堿土金屬氧化物的礦石(主要是鈣鎂硅酸鹽的礦石） 反應(yīng)，生成碳酸鹽從而被封存的一系列過程。礦物化儲存是自然界中co 2的吸收方法，所生 成的碳酸鹽是碳元素的熱力學(xué)穩(wěn)定形式，且對環(huán)境無任何影響，因此碳酸化固定是一種最 穩(wěn)定和最安全的固碳方式;并且，自然界中存在多種能夠吸收C0 2的礦石，儲量巨大、價格低 廉;因此，、礦物碳酸化固碳是co2收集處置技術(shù)最好的選擇。 目前，公開報道的C02的碳酸化固定工藝和技術(shù)，包括直接干法氣固碳酸化和液相 吸收碳酸化。直接干法氣固碳酸化采用co 2直接與礦石發(fā)生一步氣固反應(yīng)生成碳酸鹽的路 線。該反應(yīng)路線反應(yīng)速率慢，效率低，即使加壓來提高反應(yīng)速率，也很難滿足大規(guī)模工業(yè)吸 收的需要。因此，液相吸收碳酸化成為主要的碳酸化固碳技術(shù)。 液相吸收碳酸化又可分為直接吸收法和間接吸收法。直接吸收法是將鈣鎂硅酸鹽 等礦石研磨成細(xì)小顆粒后，在液相中和co2反應(yīng)生成碳酸鹽，其本質(zhì)的反應(yīng)和直接干法氣固 碳酸化沒有區(qū)別，只是由于在液相中co 2溶解為碳酸，進(jìn)一步和細(xì)小的礦石顆粒反應(yīng)時，反 應(yīng)的速率得到了大幅提高。礦石的研磨成本非常高，而反應(yīng)速率仍不能滿足大規(guī)模吸收的 需要，因此該法在經(jīng)濟(jì)性和高效性上仍不是最好的選擇。 間接液相吸收法則將礦石先轉(zhuǎn)化得到堿性溶液或懸浮液（以下簡稱堿液），并在堿 液中吸收co2并形成碳酸鹽，進(jìn)一步分離碳酸鹽以封存co 2。該法的兩個核心環(huán)節(jié)是礦石的轉(zhuǎn) 化和co2的吸收。根據(jù)所采用的礦物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化得到堿液的路線不同，可以得到不同的工藝 路線；而根據(jù)吸收反應(yīng)的體系不同（溶液、懸浮液或乳狀液），吸收反應(yīng)也有不同的技術(shù)方 案。關(guān)于各種方案的工藝和特點在文章Carbon capture and storage using alkaline industrial wastes(Progress in Energy and Combustion Science，38: 302-320)以及A review of mineral carbonation technology in sequestration of C02(Journal of Petroleum Science and Engineering，109:364-392)中已經(jīng)詳細(xì)論述。 由于鈉鹽廣泛存在、價格低廉，而NaOH在水中具有很高的溶解度，因此以鈉鹽為吸 收礦物質(zhì)的工藝首先被提出并實現(xiàn)了工業(yè)化。典型的工藝如PCT專利W02009039445(中國專 利CN101970084A)所公開的采用以NaHC0 3/Na2C03為碳酸鹽的工藝。類似的技術(shù)還如PCT專利 TO2010068924(中國專利CN101896425A)報道的吸收技術(shù)。這些專利通常通過電解鈉鹽(如 Na2S〇4)獲得NaOH，以NaOH吸收C〇2，得到NaHC0 3或Na2C03。專利W02009039445同時還公開了吸 收所使用的鼓泡塔反應(yīng)器的設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)。但是該技術(shù)因采用高能耗的電解得到NaOH而 使其在經(jīng)濟(jì)性上失去競爭力。因為NaOH在水中的溶解度高，因此其吸收過程是溶液中的中 和反應(yīng)，反應(yīng)速率快，反應(yīng)器的設(shè)計也相對較為簡單。 間接液相吸收法的真正意義則在于采用儲量巨大而且廉價的鈣鎂硅酸鹽吸收 C02,并最終生成固體狀態(tài)的CaC〇3、MgC〇3等碳酸鹽。該法一般先將鈣鎂硅酸鹽轉(zhuǎn)化為氧化物 并進(jìn)一步生產(chǎn)堿，然后以堿的懸浮液或乳狀液吸收C0 2,生成碳酸鹽。例如PCT專利 W02013106730(中國專利CN104284707A)公布了一種采用鈣硅酸鹽，以HC1媒介，以Mg鹽為 〇H_載體的間接路線。這類工藝路線中，C0 2的吸收是通過與Ca(OH)2、Mg(OH)2,或者M(jìn)g(0H)2和 CaCl 2的混合物反應(yīng)，生成碳酸鹽實現(xiàn)的。類似的還有以醋酸為媒介的過程。文獻(xiàn) Characteristics of C02fixation by chemical conversion to carbonate salts (Chemical Engineering Journal，231: 287-293)報道了以乙醇胺（MEA)，二乙醇胺（DEA)， 或者甲基二乙醇胺(MDEA)為媒介吸收C02,然后結(jié)合CaCl 2生成碳酸鹽的工藝。在上述這些過 程中，都涉及C02在溶解在液相中并反應(yīng)生成碳酸鹽這一核心過程。C0 2的溶解速率，堿性化 學(xué)品的溶解速率以及碳酸鹽的結(jié)晶沉降速率都會影響吸收效率，而這些步驟中的任一步驟 都可能成為吸收過程的限制步驟，通常以簡單的鼓泡方法及鼓泡反應(yīng)器進(jìn)行該吸收反應(yīng) 時，C0 2的吸收和轉(zhuǎn)化率通常不高。例如，以堿金屬氫氧化物吸收轉(zhuǎn)化時，由于這類氫氧化物 的溶解度非常低，如果以溶液吸收，則吸收負(fù)荷非常低，同時將導(dǎo)致大量水的循環(huán)，因此需 要以氫氧化物的懸浮液吸收C0 2。相關(guān)動力學(xué)研究表明，氫氧化物的溶解將是以懸浮液吸收 過程的限速步驟，其動力學(xué)特征與以溶液吸收不同。另一方面，在傳統(tǒng)的吸收反應(yīng)中，吸收 和分離分別在不同的單元進(jìn)行，由于碳酸鹽的含量通常不高，這就導(dǎo)致大量的水從吸收到 分離單元輸送，或者循環(huán)，導(dǎo)致能量的消耗。迄今為止，仍然沒有針對這種吸收過程專門開 發(fā)高效、集反應(yīng)和分離一體化的吸收反應(yīng)器的公開報道。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供，以解 決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。 根據(jù)本專利技術(shù)的第一方面提供一種二氧化碳吸收并礦物化裝置，包括反應(yīng)器和三相 分離器，所述反應(yīng)器豎直設(shè)置，所述反應(yīng)器包括塔體和導(dǎo)流筒，所述導(dǎo)流筒設(shè)置在所述塔體 內(nèi)部，所述塔體上設(shè)置有進(jìn)液管和進(jìn)氣管，所述進(jìn)液管與進(jìn)氣管的出口端均穿過所述塔體 并位于所述導(dǎo)流筒的內(nèi)部;所述三相分離器包括外殼、升液管和降液管，所述外殼的下端連 接至所述反應(yīng)器的上端，所述升液管下端與反應(yīng)器相連通，上端伸入所述降液管內(nèi)部，所述 降液管下端設(shè)有開口，在所述升液管和降液管之間形成降液通道;所述外殼與所述降液管 之間形成沉降槽，所述降液通道與沉降槽連通。優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒上端和下端設(shè)置有開口，所述進(jìn)液管與進(jìn)氣管的出口位于所 述導(dǎo)流管下端的開口內(nèi)，且所述進(jìn)液管的出口位于所述進(jìn)氣口的出口上方。優(yōu)選地，所述進(jìn)液管的出口處設(shè)置有氣體分布器。 優(yōu)選地，所述塔體與導(dǎo)流筒均為圓筒形結(jié)構(gòu)，兩者的高度比為0.5:1~0.8:1，直徑 比為 0.6:1 ~0.75:1。 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒上設(shè)置有通孔，所述通孔的面積小于所述導(dǎo)流筒的端面面積 的0.4倍。優(yōu)選地，所述三相分離器包括第一排液管、氣體出口和第二排液管，所述第一排液 管用于排出三相分離器內(nèi)的上層液體，所述氣體出口用于排出處理后的氣體，所述第二排 液管用于排出所述三相分離器內(nèi)的底層液體。 優(yōu)選地，所述第一排液管和第二排液管分別位于所述沉降槽的上部和底部，所述 氣體出口位于所述外殼的上端。 優(yōu)選地，所述沉降槽沿所述外殼本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種二氧化碳吸收并礦物化裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器(1)和三相分離器(2)，所述反應(yīng)器(1)豎直設(shè)置，所述反應(yīng)器(1)包括塔體(11)和導(dǎo)流筒(12)，所述導(dǎo)流筒(12)設(shè)置在所述塔體(11)內(nèi)部，所述塔體(11)上設(shè)置有進(jìn)液管(13)和進(jìn)氣管(14)，所述進(jìn)液管(13)與進(jìn)氣管(14)的出口端均穿過所述塔體(11)并位于所述導(dǎo)流筒(12)的內(nèi)部；所述三相分離器(2)包括外殼(21)、升液管(22)和降液管(23)，所述外殼(21)的下端連接至所述反應(yīng)器(1)的上端，所述升液管(22)下端與反應(yīng)器(1)相連通，上端伸入所述降液管(23)內(nèi)部，所述降液管(23)下端設(shè)有開口，在所述升液管(22)和降液管(23)之間形成降液通道(20)；所述外殼(21)與所述降液管(23)之間形成沉降槽(27)，所述降液通道(20)與沉降槽(27)連通。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣國強(qiáng)，張建濤，于常軍，于海川，
申請(專利權(quán))人：原初科技北京有限公司，清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11
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