化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺

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2023-11-24 16:03:19

权利要求书： 1.化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1：烟气通过引风机进入一级喷淋塔和二级喷淋塔，通过碱液喷淋将废气中的二氧化碳、二氧化硫及氯化氢酸性废气吸收，再通过氧化将有机物去除，同时将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，低碳达标烟气外排；

步骤2：碱液从二级喷淋塔下部进入，通过循环泵进行喷淋，复配氧化剂从二级喷淋塔下部进入，碱液再经二级喷淋塔进入一级塔喷淋，一级喷淋塔下部设有出料口，通过晶浆泵进入反应沉降罐，沉降罐清液循环至一级喷淋塔、沉降罐底部晶桨液再经脱水、低温烘干得到碳酸氢钠产品或高温热脱附得到碳酸钠产品。；

步骤3：碳酸氢钠脱水分离母液进入酸化罐，加酸去除少量残余碳酸氢钠，再经催化氧化、除杂去除溶液中的污染物，制备精制盐水，最后蒸发结晶得到印染用盐，冷凝水回用于配制碱液。

2.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：所处理的烟气主要来源于化石燃料燃烧、生活垃圾焚烧、废盐裂解过程产生的烟气；烟气温度为100～200℃。

3.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：所用碱液采用固体碱或液体碱加入冷凝水配制，包括但不限于氢氧化钠、碳酸钠中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：碱液采用浓度为20%～40%，pH至为11～14。

5.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：复配氧化剂为双氧水、臭氧、次氯酸钠中的一种或几种，氧化剂用量视污染物浓度而定，投加量为0.5%～2%。

6.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：沉降罐清液循环至一级喷淋塔，碳酸氢钠分离母液中硫酸钠浓度过低时，可回用至一级氧化喷淋塔循环喷淋，当硫酸钠浓度处亚饱和状态时，进入酸化罐，酸化罐中加酸调至弱酸性，将残留的碳酸氢钠转化去除，再经催化氧化、除杂、蒸发结晶，离心得到氯化钠和硫酸钠混合盐，烘干得到印染用盐产品。

7.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：酸化废气进入一级氧化喷淋塔喷淋，冷凝水回用于碱液配制；酸化过程所用酸包括但不限于盐酸、硫酸中的一种或几种，pH值为4～6。

8.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：碳酸氢钠分离方式，包括但不限于板框、压滤机、真空压滤机、固液分离装置、离心机。

9.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：所述一级氧化喷淋塔循环喷淋液PH值6～9。

10.根据权利要求1所述的化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，其特征在于：所述二级氧化喷淋塔循环喷淋液PH值10～12。

说明书：化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺技术领域[0001] 本发明涉及烟气处理领域，尤其涉及化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺。背景技术[0002] 据统计，全球每年因化石原料燃烧向大气中排放的二氧化碳高达200亿吨，而化石燃料电厂所排放的二氧化碳占到了二氧化碳排放总量的30％。温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值。目前，化石原料燃烧烟气的脱硫设施已得到广泛的实施，利用现有脱硫设施协同捕集烟气中二氧化碳，将极大的减少烟气中二氧化碳的排放，缓解温室效应。[0003] 目前，二氧化碳的捕集方法主要是利用吸附、吸收、分离等成熟技术将二氧化碳从废气中分离出来，然后长期或永久储存起来。其中，吸收法中已得到市场应用的方法为乙醇胺吸收法和富氧燃烧法。但仍存在一定的不足：乙醇胺吸收法会产生刺激性产物，对环境不够环保友好，且二氧化碳捕集效果较差。富氧燃烧法的工艺成本高，碳捕集执行难度大，适用范围较小，导致实际的脱硫和碳捕集效果不理想。[0004] 现有的烟气脱硫治理方法多采用湿法喷淋工艺，但不可避免的带来大量的高盐喷淋液问题，喷淋液无法解决，盐度不断累积，进一步影响湿法脱硫效果，形成恶性循环。为解决以上问题，本发明提供一种利用现有湿法脱硫设施协同捕集二氧化碳并对喷淋液中混盐进行精制并资源化利用的方法，该方法工艺简单、运行成本低、适用大生产应用，可有效的实现我国的碳减排的目标。发明内容[0005] 为解决烟气脱硫湿法喷淋过程中产生的高盐喷淋液问题，本发明公开化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，包括以下内容：（1）本发明中烟气通过引风机进入一级喷淋塔和二级喷淋塔，通过碱液喷淋将废

气中的二氧化碳、二氧化硫及氯化氢等酸性废气吸收，再通过氧化将有机物去除，同时将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，低碳达标烟气外排；碱液从二级喷淋塔下部进入，通过循环泵进行喷淋，复配氧化剂从二级喷淋塔下部进入，碱液再经二级喷淋塔进入一级塔喷淋，一级喷淋塔下部设有出料口，通过晶浆泵进入反应沉降罐，沉降罐清液循环至一级喷淋塔、沉降罐底部晶桨液再经脱水、低温烘干得到碳酸氢钠产品或高温热脱附得到碳酸钠产品。。碳酸氢钠脱水分离母液进入酸化罐，加酸去除少量残余碳酸氢钠，再经催化氧化、除杂去除溶液中的TP、F、N?NH3及重金属等污染物，制备精制盐水，最后蒸发结晶得到印染用盐，冷凝水回用于配制碱液。

[0006] （2）本发明中所处理的烟气主要来源于化石燃料燃烧、生活垃圾焚烧、废盐裂解等过程产生的烟气，主要成分为二氧化碳，以及少量的二氧化硫、氯化氢等酸性废气。优选的烟气温度为100～200℃。[0007] （3）本发明中所用复配氧化剂为双氧水、臭氧、次氯酸钠中的一种或几种，氧化剂用量视污染物浓度而定，优选的投加量为0.5%～2%。[0008] （4）本发明中所用碱液采用固体碱或液体碱配制，包括但不限于氢氧化钠、碳酸钠中的一种或几种。优选的浓度为20%～40%，优选的pH至为11～14。[0009] （5）本发明中一级喷淋塔中，烟气经过碱喷淋将先将二氧化碳、二氧化硫和氯化氢等转化为碳酸钠、亚硫酸钠和氯化钠，其中亚硫酸钠再经氧化转化为硫酸钠，同时去氧化除废气中残留的有机物。继续喷淋，碳酸钠和二氧化碳反应生成碳酸氢钠，因碳酸钠溶解度远大于碳酸氢钠，随着反应的进行，碳酸氢钠过饱和析出，再经沉降罐固液分离，烘干得到碳酸氢钠产品。一级喷淋塔主要用于碳酸盐回收，吸附部分烟气中的酸性气体，一级塔内喷淋液pH值6～9。[0010] （6）本发明中二级氧化喷淋塔主要用于吸附烟气中的酸性废气，保证烟气达标，二级塔内喷淋液pH值为10～12。[0011] （7）本发明中沉降罐清液循环至一级喷淋塔，碳酸氢钠脱水分离母液中硫酸钠浓度过低时，（不同种类盐饱和析出规律较复杂，一般以实验结果为参考，理论计算值是硫酸根浓度不超过100g/L，不会对碳酸氢钠产品质量造成影响）可回用至一级氧化喷淋塔循环喷淋，当硫酸钠浓度处亚饱和状态时，进入酸化罐，酸化罐中加酸调至弱酸性，将残留的碳酸氢钠转化去除，再经催化氧化、除杂、蒸发结晶，离心得到氯化钠和硫酸钠混合盐，烘干得到印染用盐产品。酸化废气进入一级氧化喷淋塔喷淋，冷凝水回用于碱液配制。酸化过程所用酸包括但不限于盐酸、硫酸中的一种或几种，优选的pH至为4 6。~

[0012] （8）本发明中所述碳酸氢钠分离方式，包括但不限于板框、压滤机、真空压滤机、固液分离装置、离心机。[0013] 本发明的有益效果：（1）本发明提供化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，一级喷

淋塔主要去除烟气中的有机物和酸性气体，同时利用过饱和析出不断回收碳酸氢钠。二级喷淋塔主要吸收烟气中残余的酸性废气，吸附接近饱和的喷淋液进入一级氧化喷淋塔进行碳酸盐回收，保证达标排放。因喷淋液中的碳酸盐不断被回收，始终处于未饱和状态，二氧化碳捕集效率大幅度提高，同时喷淋液经过不断的氧化循环喷淋，污染物在水相中无法累积，持续保证烟气的喷淋效果，烟气达标外排的同时实现了低碳排放的目标。

[0014] （2）本发明提供化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，通过碱喷淋将烟气中的二氧化碳以碳酸氢钠的形式回收，烟气中的二氧化硫和氯化氢经氧化喷淋、酸化及蒸发结晶工艺以印染用盐的形式回收。其中碳酸氢钠因过饱和析出，此时硫酸钠和氯化钠远未饱和，所得碳酸氢钠纯度高。所产生的硫酸钠和氯化钠混盐溶液，经酸化、催化氧化、除杂及及蒸发结晶工艺，杂质离子极少，所得印染用盐产品纯度高。[0015] （3）本发明提供化学吸附法协同捕集烟气中二氧化碳的高质盐生产工艺，所用原料中的水和酸化过程产生的二氧化碳，均采用循环回用模式，工艺操作简单，运行成本低，整个过程二氧化碳捕集效率高，同时无三废产生，并产生高纯的碳酸氢钠和印染用盐产品，实现了烟气中二氧化碳、二氧化硫、氯化氢等协同捕集，并实现了高值资源化利用，同时具备经济和环保效益，从根本上实现高质循环利用和碳减排理念，应用前景广泛，意义重大。附图说明[0016] 图1、本发明的工艺流程图。实施方式

[0017] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。实施例

[0018] （1）某公司废盐裂解烟气30000m/h，（二氧化碳=10g/m3、OCs=200mg/m3、二氧化硫=100mg/m3、氯化氢=100mg/m3、氮氧化物=100mg/m3）依次进入一级和二级喷淋塔喷淋，烟气温度为110℃。（2）一级喷淋塔采用液碱喷淋，pH分别设置为5、8和10进行对比。同时加入双氧水和臭氧作为氧化剂，去除有机物和色度，待有晶体析出时，喷淋液从底部进入稠厚器固液分离，再离心得到碳酸氢钠，经干燥得到碳酸氢钠产品。[0019] （3）二级喷淋塔采用液碱喷淋，主要吸收残余的二氧化碳和酸性废气，并持续供给一级喷淋塔的喷淋液，pH控制为11。[0020] （4）当（2）中离心母液硫酸钠浓度接近饱和时，母液进入酸化罐，加入硫酸去除碳酸氢钠，酸化pH为4，再经催化氧化、除杂、蒸发结晶和干燥得到印染用盐产品。酸化废气进入一级喷淋塔继续回收。冷凝水用于配制碱性喷淋液。[0021] （5）数据对比一级塔pH分别设置为5、8和10，其他条件不变，主要对比参数为碳酸氢钠含量，印

染用盐含量、出口烟气污染物浓度

项目 pH=5 pH=8 pH=10

碳酸氢钠含量% 无产品 98.8 82

印染用盐含量% 97.8 98.2 98.4

CO2浓度（g/m3） 5 0.8 0.6

OCs浓度（mg/m3） 185 83 78

SO2浓度（mg/m3） 64 35 33

HCl浓度（mg/m3） 46 24 21

NOx浓度（mg/m3） 80 72 70

从数据表中可以看出，使用液碱喷淋时，一级塔pH为5时，无法得到碳酸氢钠产品，因pH过低，碳酸氢钠转化为碳酸而达不到饱和，无法析出，同时因酸性环境导致出口烟气污染物去除率较低；一级塔pH为8时，此时碳酸氢钠含量可达到98.8%，满足《工业碳酸氢钠》（GB/T1606?2008）中规定的Ⅲ类产品质量要求，同时出口烟气可达标排放；一级塔pH为10时，碳酸氢钠含量低，主要是因为混有部分的碳酸钠盐，出口烟气可达标，所有工况下均不影响印染用盐的含量，符合《印染用盐》（QB/T4890?2015）中规定的产品质量要求。因此一级塔pH须控制在中性范围。

实施例

[0022] （1）某公司废盐裂解烟气33000m3/h，（二氧化碳=20g/m3、OCs=300mg/m3、二氧化硫=200mg/m3、氯化氢=150mg/m3、氮氧化物=150mg/m3）依次进入一级和二级喷淋塔喷淋，烟气温度为140℃。[0023] （2）一级喷淋塔采用饱和碳酸钠溶液喷淋，塔内pH设置7和9。同时加入双氧水和臭氧作为氧化剂，去除有机物和色度，待有晶体析出时，喷淋液从底部进入稠厚器固液分离，再离心得到碳酸氢钠，经干燥得到碳酸氢钠产品。[0024] （3）二级喷淋塔采用饱和碳酸钠溶液喷淋，主要吸收残余的二氧化碳和酸性废气，并持续供给一级喷淋塔的喷淋液，pH控制为12。[0025] （4）当（2）中离心母液硫酸钠浓度接近饱和时，母液进入酸化罐，加入硫酸去除碳酸氢钠，酸化pH为5，再经催化氧化、除杂、蒸发结晶和干燥得到印染用盐产品。酸化废气进入一级喷淋塔继续回收。冷凝水用于配制碱性喷淋液。[0026] （5）数据对比一级塔pH分别设置为7和9，其他条件不变，主要对比参数为碳酸氢钠含量，印染用

盐含量、出口烟气污染物浓度

项目 pH=7 pH=9

碳酸氢钠含量% 99.1 98.6

印染用盐含量% 98.4 98.8

CO2浓度（g/m3） 0.9 0.7

OCs浓度（mg/m3） 85 73

SO2浓度（mg/m3） 74 42

HCl浓度（mg/m3） 55 28

NOx浓度（mg/m3） 90 87

从数据表中可以看出，采用饱和碳酸氢钠喷淋，一级塔pH为7和9时，此时碳酸氢钠

含量分别达到99.1%和98.6%，满足《工业碳酸氢钠》（GB/T1606?2008）中规定的Ⅲ类产品质量要求，同时出口烟气可达标排放，印染用盐的含量均符合《印染用盐》（QB/T4890?2015）中规定的产品质量要求。因此一级塔pH控制在7 9范围最优，满足废气达标的情况下，得到合~

格的碳酸氢钠产品。

[0027] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。