[发明专利]一种基于球磨强化的炼钢废弃物协同治理系统及方法

说明书

本发明提供一种基于球磨强化的炼钢废弃物协同治理系统及方法，系统包括碳捕集系统和碳氮气体分离收集系统顺次连接。利用钢铁冶金渣为碳捕集原料，协同冶金废气、冶金废水进行碳捕集反应，在兼顾碳减排的同时，实现冶金废气中CO₂与CO和N₂的高效低成本分离，整个过程无需外加热源。本发明打破现有的冶金废渣直接碳捕集工艺中，由产物膜包覆引起的碳酸化反应速率及反应程度低的难题，兼顾钢铁企业各种废弃物的协同治理，对实现钢铁企业绿色可持续发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及节能减排及碳捕集技术设备领域，特别涉及一种基于球磨强化的炼钢废弃物协同治理系统及方法。

背景技术

钢铁工业作为能源消耗和废弃物排放的重点行业，面临冶金生产过程中冶金废气、废水以及固体废弃物的大量排放现状，其协同治理对于实现钢铁绿色可持续发展具有重要的意义。在《巴黎协定》和碳交易市场机制的双重压力下，如何实现末端CO₂的低成本减排已成钢铁企业转型升级的关键难题。另外，CO和H₂是冶金废气中另外两大主要成分，利用冶金废气制备醇类和烯的化工产品具有极大的潜力优势，而限制钢化联产的一个重要原因是高成本的气体分离技术。因此，利用炼钢过程中产生的冶金废渣与废水捕集冶金废气中的CO₂，不仅可实现了废弃物的协同治理，还可为废气中CO和H₂的低成本分离创造条件。

目前，碳捕集与封存(CCS)技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济可行的一种技术，主要包括海洋封存法、地质封存法以及矿物封存法。其中，矿物封存法由于其碳酸化产物(碳酸盐)稳定，无需长期监测CO₂遗漏等优点而被广泛关注。炼钢过程中产生的冶金废渣具有较高含量的CaO及MgO，且体量巨大，距离废气排放点近，是规模化捕集CO₂的良好原料。直接法碳捕集由于其操作简单、流程短、设备成本低等特点，具有较高的规模化应用前景。但在直接法碳捕集过程中，生成的碳酸化产物层会覆盖在未反应核表面，使得气体的扩散成为限制性环节，导致冶金废渣利用率低，碳捕集效率低。

针对冶金废渣在直接法碳捕集过程中产物层的阻滞行为，发明了一种用于冶金工业机械强化直接碳捕集系统与方法，球磨作用的引入旨在剥离碳酸化过程中产物层的包裹效应，持续将未反应界面暴露于冶金废气中，并通过锤砸和挤压增加冶金废渣颗粒的反应活化位点，以实现钢铁企业废弃物的协同处理及绿色可持续发展。

发明内容

针对冶金副产物直接法碳捕集过程中，碳酸化产物层的产生阻碍碳捕集反应进行的这一技术瓶颈，发明了一种基于球磨强化的炼钢废弃物协同治理系统及方法，该方法和系统不但可实现冶金企业废弃物的协同处理，同时兼顾CO₂的规模化捕集、封存及利用，为后续冶金废气的商业化应用奠定基础。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于球磨强化的炼钢废弃物协同治理系统，包括碳捕集系统和碳氮气体分离收集系统顺次连接；

所述碳捕集系统包括四个立式振动球磨反应器(Ⅰ₁、Ⅰ₂、Ⅱ₁和Ⅱ₂)、气体传输管道、液体传输管道、液体流量控制计、气体流量控制计、CO₂浓度检测仪、电脑智能切换系统、圆形滑轨、振动筛；所述碳氮气体分离收集系统包括顺次连接的碳氮气体分离室、冷冻式压缩空气干燥机、气体冷凝装置和储气罐。

所述碳捕集系统包括立式振动球磨反应器组相互配合使用，所述立式振动球磨反应器先进行垂直振动，再沿圆形轨道加速旋转后，再启动垂直振动，循环进行碳捕集反应；所述立式振动球磨反应器包括不锈钢罐体和不锈钢球，不锈钢罐体内装有冶金渣和不锈钢球体，当立式振动球磨反应器的不锈钢罐体振动或转动时，罐内的冶金渣及不锈钢球随不锈钢罐体的运动而运动。