[发明专利]一种用于冶金废气净化处理的CO2

说明书

本发明公开了一种用于冶金废气净化处理的CO₂循环捕集系统及方法，属于节能减排及碳捕集技术设备领域。包括捕碳剂、气体输送管道、可移动行星式球磨加热反应器、多功能法兰盘盖组(控制碳吸附功能法兰盖、控制碳脱附功能法兰盖，控制捕碳剂消化法兰盖)、气泵、冷冻式压缩空气干燥机、CO₂气体冷凝装置、CO₂储气罐和计算机数据储存及控制系统。本发明所用捕碳剂可为传统CaO吸附剂以及由钢铁冶炼废渣制备的CaO基吸附剂，实现了钢铁废渣及冶金废气的系统处理。另外，本发明系统包括的可移动行星式球磨加热反应器实现了碳吸附及碳脱附工序一体化，避免由吸附剂移动造成原料损失、污染和能量损耗问题，同时解决了碳酸盐产物包覆造成的吸附剂利用率低的问题。

技术领域

本发明属于节能减排及碳捕集技术设备领域，特别涉及一种用于冶金废气净化处理的CO₂循环捕集系统及方法。

背景技术

钢铁行业是全球最大的能源消耗制造部门，而我国又是世界最大的钢铁生产消费国，占全球近50％的粗钢产量。在冶金生产过程中，每生产1吨的粗钢，就会伴随产生0.1～0.3吨的钢渣以及大量的CO₂。在2018年由冶金生产过程中产生的CO₂量占中国总排放量的近15％。大量钢渣堆放及CO₂排放造成了资源的浪费及环境的污染，因此，实现钢渣与CO₂的协同处理是目前面对的主要挑战。

专利201110347636.X与专利201220383984.2应用溶液吸收法发明了一种二氧化碳捕集装置，专利201320174505.0采用了矿物膜分离方法实现了CO₂的分离及收集。以上两种方法中吸收剂及矿物膜的再生相对困难且成本高，目前钙循环捕集技术被认为是最具有应用前景的一种CO₂捕集技术之一，专利201721077829.7发明了一种石灰石在双塔流化床中进行CO₂循环捕集装置。目前利用钙循环捕集技术进行循环碳捕集装置中，存在着以下问题：(1)CaO吸附剂循环碳捕集稳定性差，CO₂吸附与脱附性能受循环次数影响较大；(2)无法实现碳吸附及碳脱附工序一体化，CaO吸附剂多次移动造成了原料损失及能量损耗，工艺复杂，且设备成本高；(3)CaO吸附剂在进行CO₂的吸附反应时，碳酸化产物包覆于CaO吸附剂表面，使CO₂的扩散行为成为碳吸附阶段的限制环节，降低了吸附剂的循环利用率。

发明内容

针对以上钢渣堆放及CO₂排放严重以及依托于钙循环捕集技术所设计的碳捕集装置等存在的问题，本发明提供了一种用于冶金废气净化处理的CO₂循环捕集系统，该系统实现碳吸附和碳脱附的工序一体化，有效提高了吸附剂的循环利用率。

本发明的目的就在于针对以上问题而提供的一种用于冶金废气净化处理的CO₂循环捕集系统。本发明系统采用的捕碳剂可为传统工业CaO吸附剂，也可为利用钢铁冶炼废渣(如高炉渣、转炉渣或电炉渣)制备的CaO基吸附剂；针对于传统CaO多次在碳吸附及碳脱附环节中的移动而造成的原料损失、污染及能量损耗问题，本发明系统包括可移动行星式球磨加热反应器，捕碳剂加入到可移动行星式球磨加热反应器的不锈钢罐中，通过移动反应器实现捕碳剂在不同阶段的作用。另外针对于CaO吸附剂在进行CO₂的吸附反应时，CaCO₃产物包覆于CaO吸附剂表面而造成的CO₂吸附率低，CaO吸附剂利用率低等问题，本发明系统在可移动行星式球磨加热反应器中的不锈钢罐中加入了尺寸不同的不锈钢球，且可移动行星式球磨加热反应器中的不锈钢罐随轴转动造成尺寸不等的不锈钢球运动轨迹复杂，起到了球磨，搅拌，均一化的作用，降低并消除了碳酸盐产物包覆现象，增大了CO₂的吸附率的同时，提高了CaO吸附剂的利用率。