一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法
技术领域
1.本发明涉及石灰窑废气处理技术领域，尤其涉及一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法。
背景技术：
2.石灰窑生产生石灰的废气中，主要含有75%左右n2及20%以上的co2还包含h2o、co、少量含硫化物及含氮化合物，排放前除了脱硫脱硝以外，近年来随着碳排放标准越来越高，各大石灰窑厂均需要找到co2的合理利用方式。
3.当前co2的应用主要体现在封存和再利用两个方面，co2封存主要是利用捕集后封存起来，以减少大气的总碳排放量；co2再利用主要是用分离器分离后得到高纯度co2，再制成干冰或反应成其他高价值有机化学品。
4.然而目前除了在石油开采领域有具体的应用以外，其他的封存及再利用路线均停留在实验室阶段，尚无法工业应用。结合本工厂电石法乙炔生产总流程，ca的循环经济已成体系，且在循环过程中，多步需要co2的生产和参与，例如石灰砂浆与co2制备碳酸钙，碳酸钙分解又生产co2。但目前碳酸钙的制备过程尚需要较长反应时间，当地经济区又缺少co2的大规模分离装置，故特针对此提出一种可工业化的co2封存及再利用方法。
技术实现要素：
5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法，包括以下步骤：
8.s1、前处理设备建造：建造一个耐压且圆筒状的混合塔，混合塔下方设有一封闭的电机室，电机室内设有电机，电机驱动轴垂直向上并延伸至混合塔内的中下部位置且连接有漩涡搅拌桨，电机室底壁设有安装底座，安装底座为一个厚法兰盘，通过地栓安装于车间中；
9.混合塔侧壁自下而上依次设置排渣口、废气进口、浆液出口及清液出口，排渣口设置在混合塔侧壁底部，用于排出不溶解沉淀的渣浆，清液出口设置在混合塔侧壁中部偏上的位置，用于排出上层清液，废气进口与漩涡搅拌桨高度相同，浆液出口略高于废气进口，用于排出中层悬浮的浆液；
10.混合塔侧壁顶部嵌入挤出机，挤出机一端的出口伸入混合塔内并朝下，挤出机另一端出口朝上并与
破碎机内腔相连通，用于进料，破碎机顶部设有进料斗，用于电石渣的破碎；
11.混合塔顶部设有排气口，用于排出不反应的排放气体；
12.s2、电石渣进料：将电石渣投入破碎机，并适当添加水分，经过破碎挤出后至混合塔内，至液面占混合塔体积2/5处，封闭混合塔所有出口和盖封破碎机的进料斗，使混合塔
为密闭状态，开启漩涡搅拌桨，充分搅拌并产生漩涡，使漩涡最高液面高于清液出口；漩涡中心逐渐清澈，离心作用下混合塔内壁附近浆液逐渐粘稠并呈现悬浮状，较大块状物逐渐下沉至混合塔底部并成搅动状；
13.s3、废气前处理：将温度高于200℃的石灰窑废气，通过加压泵持续通入到废气进口，至混合塔内体系产生大量气泡，反应，调整废气进口的阀门压力控制在2.5mpa以上，并通过废气进口的阀门流量控制塔内气压，控制混合塔内顶部的气压达1.5-2mpa，混合塔内侧壁中下部的气温达150-180℃，反应30-50min；
14.当混合塔内顶部的气压超过2mpa时，立即关闭废气进口，搅拌反应5min，观察塔内气压是否迅速下降，如下降至2mpa则打开废气进口，继续进气，如气压不会迅速下降则不再进气；
15.反应结束后，停止漩涡搅拌桨，静置5-10min，取样测试塔内顶部气体成分，待含co2低于3%，则打开排气口，排出以n2和 h2o为主的排放气体，并泄压至常压；
16.s4、反应浆料储存：重复步骤s3，间歇性地处理石灰窑废气，待混合塔内液面表层的ph低于10时，维持混合塔内顶部的气压达1.5-2mpa，关闭混合塔的所有进出口，此时混合塔液面高度已高于清液出口，粘稠度较高且内部充满气泡，静置陈化20min，至混合塔体系分层，底部为渣浆、顶部为清液，中间为粘稠的浆液；
17.建筑储浆池，首先打开清液出口，内压自动将塔内顶部清液压至储浆池中，再打开浆液出口，内压自动将塔内浆液，压至储浆池中清液的液面下，静置，最后打开排渣口，内压自动将塔内渣浆，压至储浆池中清液与浆液分界面上方，此步需要均匀移动渣浆输送管的管口，待渣浆均匀摊铺在浆液上，起到压实浆液并隔离浆液的作用；
18.s5、封存反应：重复反应步骤s3-s4，至储浆池满，加盖封存一月以上，至储浆池内气固液三相反应消耗殆尽，观察储浆池内状态，渣浆形成一层硬石板，且高度低于封存前，硬石板下方的浆液形成超粘稠的膏状物，硬石板上方的清液增多且更澄清，经检测其ph下降至9.5以下；
[0019] s6、浆料回收利用：抽取储浆池上层澄清液，露出硬石板，轻锤敲碎硬石板，并抓取碎石块，其中含caco3有30-40% ，其余为ca(oh)2和含si、fe、mg及其他杂质，烧制后作为水泥熟料使用；
[0020]
储浆池中膏状物，检测其中含caco3有75-80%、含ca(oh)2有15-20%，在储浆池加入干燥的炭粉剧烈搅拌，压制成膏球，将膏球烘干，至水分含量小于2%，敲碎膏球后，投入焙烧炉中400℃灼烧1h，生产co2并消耗ca(oh)2，至炭粉消耗殆尽，风选除去灰分，检测剩余粉料，其中caco3含量超过95%且粒径不超过200纳米，再将物料转运至石灰窑，1050℃烧制，得到粒径分布均匀的且粒径不超过300nm的超细度活性氧化钙。
[0021]
优选地，漩涡搅拌桨结构如下：电机驱动轴顶端通过支撑杆连接有多根桨叶，相邻桨叶间通过一个圆环串在一起，一圈桨叶外绕接一个弹簧圈，弹簧圈形成水平的圆，圆心与混合塔同心设置。便于形成较大漩涡，并加大漩涡底部的气泡量。
[0022]
优选地，挤出机具体是双螺杆挤出机，并设有两对向旋转的驱动电机，用于电石渣的搅拌和挤出。
[0023]
优选地，破碎机具体是颚式破碎机，用于电石渣破碎，并使湿的电石渣进一步溶解。
[0024]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025]
1.本发明针对本工厂大量电石渣废弃物以及石灰窑碳排放的双重环境污染，采用电石渣与石灰窑尾气中co2在高温高压下剧烈反应，形成粘稠且带有大量气泡的浆液，并得到清液和渣料，将渣料铺设压实及清液封盖，已达到封存浆液的作用，其中既有封存废气中co2的效果，还有除去废气中含硫化合物及部分含氮化合物的目的；
[0026]
2.本发明利用特殊的前处理反应和封存方法，将co2封存于粘稠的电石渣浆料中，封存月余后形成更粘稠的膏状物，其中主要含碳酸钙，经过炭粉压球，焙烧后分解，制成超细度活性氧化钙，实现电石渣和co2的共同回收利用，为本领域电石渣处理和co2的回收利用提供一个消纳平台，且处理较易，成本较低，适宜推广。
附图说明
[0027]
图1为本发明所用混合塔的结构以及前处理反应的工艺图；
[0028]
图2为本发明实施例1提出的封存方法的结构图；
[0029]
图3为本发明实施例2提出的封存方法的结构图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0031]
实施例1：
[0032]
参照图1-2，一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法，包括以下步骤：
[0033]
s1、前处理设备建造：建造一个耐压且圆筒状的混合塔1，混合塔1下方设有一封闭的电机室2，电机室2内设有电机，电机驱动轴垂直向上并延伸至混合塔1内的中下部位置且连接有漩涡搅拌桨3，电机室2底壁设有安装底座4，安装底座4为一个厚法兰盘，通过地栓安装于车间中；
[0034]
混合塔1侧壁自下而上依次设置排渣口5、废气进口6、浆液出口7及清液出口8，排渣口5设置在混合塔1侧壁底部，用于排出不溶解沉淀的渣浆，清液出口8设置在混合塔1侧壁中部偏上的位置，用于排出上层清液，废气进口6与漩涡搅拌桨3高度相同，浆液出口7略高于废气进口6，用于排出中层悬浮的浆液；
[0035]
混合塔1侧壁顶部嵌入挤出机9，挤出机9一端的出口伸入混合塔1内并朝下，挤出机9另一端出口朝上并与破碎机10内腔相连通，用于进料，破碎机10顶部设有进料斗，用于电石渣的破碎；
[0036]
混合塔1顶部设有排气口11，用于排出不反应的排放气体；
[0037]
s2、电石渣进料：将电石渣投入破碎机10，并适当添加水分，经过破碎挤出后至混合塔1内，至液面占混合塔1体积2/5处，封闭混合塔1所有出口和盖封破碎机10的进料斗，使混合塔1为密闭状态，开启漩涡搅拌桨3，充分搅拌并产生漩涡，使漩涡最高液面高于清液出口8；漩涡中心逐渐清澈，离心作用下混合塔1内壁附近浆液逐渐粘稠并呈现悬浮状，较大块状物逐渐下沉至混合塔1底部并成搅动状；
[0038]
s3、废气前处理：将温度高于200℃的石灰窑废气，通过加压泵持续通入到废气进
口6，至混合塔1内体系产生大量气泡，反应，调整废气进口6的阀门压力控制在2.5mpa以上，并通过废气进口6的阀门流量控制塔内气压，控制混合塔1内顶部的气压达1.5-2mpa，混合塔1内侧壁中下部的气温达150-180℃，反应30-50min；
[0039]
当混合塔1内顶部的气压超过2mpa时，立即关闭废气进口6，搅拌反应5min，观察塔内气压是否迅速下降，如下降至2mpa则打开废气进口6，继续进气，如气压不会迅速下降则不再进气；
[0040]
反应结束后，停止漩涡搅拌桨3，静置5-10min，取样测试塔内顶部气体成分，待含co2低于3%，则打开排气口11，排出以n2和 h2o为主的排放气体，并泄压至常压；
[0041]
s4、反应浆料储存：重复步骤s3，间歇性地处理石灰窑废气，待混合塔1内液面表层的ph低于10时，维持混合塔1内顶部的气压达1.5-2mpa，关闭混合塔1的所有进出口，此时混合塔1液面高度已高于清液出口8，粘稠度较高且内部充满气泡，静置陈化20min，至混合塔1体系分层，底部为渣浆、顶部为清液，中间为粘稠的浆液；
[0042]
建筑储浆池，首先打开清液出口8，内压自动将塔内顶部清液压至储浆池中，再打开浆液出口7，内压自动将塔内浆液，压至储浆池中清液的液面下，静置，最后打开排渣口5，内压自动将塔内渣浆，压至储浆池中清液与浆液分界面上方，此步需要均匀移动渣浆输送管的管口，待渣浆均匀摊铺在浆液上，起到压实浆液并隔离浆液的作用；
[0043]
s5、封存反应：重复反应步骤s3-s4，至储浆池满，加盖封存一月以上，至储浆池内气固液三相反应消耗殆尽，观察储浆池内状态，渣浆形成一层硬石板，且高度低于封存前，硬石板下方的浆液形成超粘稠的膏状物，硬石板上方的清液增多且更澄清，经检测其ph下降至9.5以下；
[0044] s6、浆料回收利用：抽取储浆池上层澄清液，露出硬石板，轻锤敲碎硬石板，并抓取碎石块，其中含caco3有30-40% ，其余为ca(oh)2和含si、fe、mg及其他杂质，烧制后作为水泥熟料使用；
[0045]
储浆池中膏状物，检测其中含caco3有75-80%、含ca(oh)2有15-20%，在储浆池加入干燥的炭粉剧烈搅拌，压制成膏球，将膏球烘干，至水分含量小于2%，敲碎膏球后，投入焙烧炉中400℃灼烧1h，生产co2并消耗ca(oh)2，至炭粉消耗殆尽，风选除去灰分，检测剩余粉料，其中caco3含量超过95%且粒径不超过200纳米，再将物料转运至石灰窑，1050℃烧制，得到粒径分布均匀的且粒径不超过300nm的超细度活性氧化钙。
[0046]
参照图1，漩涡搅拌桨3结构如下：电机驱动轴顶端通过支撑杆连接有多根桨叶，相邻桨叶间通过一个圆环串在一起，一圈桨叶外绕接一个弹簧圈，弹簧圈形成水平的圆，圆心与混合塔1同心设置。便于形成较大漩涡，并加大漩涡底部的气泡量。
[0047]
参照图1，挤出机9具体是双螺杆挤出机，并设有两对向旋转的驱动电机，用于电石渣的搅拌和挤出。
[0048]
参照图1，破碎机10具体是颚式破碎机，用于电石渣破碎，并使湿的电石渣进一步溶解。
[0049][0050]
实施例2：
[0051]
参照图1和图3，可对实施例1的储浆池进行改进，在储浆池下部设置隔网，形成多个方块状的储料空间，在步骤s4反应浆料储存过程中，将浆液压入某一储料空间，浆液经隔
网过滤进一步压实，待储料空间满便从邻近的另一储料空间注入浆液，并在其上铺设渣浆，其余操作与实施例1相同。
[0052]
此改进，促使步骤s5中膏状物含水量更小，后续步骤s6所用炭粉使用量相应减少，可减少焙烧灰分，进一步降低成本。
[0053]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、前处理设备建造：建造一个耐压且圆筒状的混合塔(1)，混合塔(1)下方设有一封闭的电机室(2)，电机室(2)内设有电机，电机驱动轴垂直向上并延伸至混合塔(1)内的中下部位置且连接有漩涡搅拌桨(3)，所述电机室(2)底壁设有安装底座(4)，所述安装底座(4)为一个厚法兰盘，通过地栓安装于车间中；所述混合塔(1)侧壁自下而上依次设置排渣口(5)、废气进口(6)、浆液出口(7)及清液出口(8)，排渣口(5)设置在混合塔(1)侧壁底部，用于排出不溶解沉淀的渣浆，清液出口(8)设置在混合塔(1)侧壁中部偏上的位置，用于排出上层清液，废气进口(6)与漩涡搅拌桨(3)高度相同，浆液出口(7)略高于废气进口(6)，用于排出中层悬浮的浆液；所述混合塔(1)侧壁顶部嵌入挤出机(9)，挤出机(9)一端的出口伸入混合塔(1)内并朝下，挤出机(9)另一端出口朝上并与破碎机(10)内腔相连通，用于进料，所述破碎机(10)顶部设有进料斗，用于电石渣的破碎；所述混合塔(1)顶部设有排气口(11)，用于排出不反应的排放气体；s2、电石渣进料：将电石渣投入破碎机(10)，并适当添加水分，经过破碎挤出后至混合塔(1)内，至液面占混合塔(1)体积2/5处，封闭混合塔(1)所有出口和盖封破碎机(10)的进料斗，使混合塔(1)为密闭状态，开启漩涡搅拌桨(3)，充分搅拌并产生漩涡，使漩涡最高液面高于清液出口(8)；漩涡中心逐渐清澈，离心作用下混合塔(1)内壁附近浆液逐渐粘稠并呈现悬浮状，较大块状物逐渐下沉至混合塔(1)底部并成搅动状；s3、废气前处理：将温度高于200℃的石灰窑废气，通过加压泵持续通入到废气进口(6)，至混合塔(1)内体系产生大量气泡，反应，调整废气进口(6)的阀门压力控制在2.5mpa以上，并通过废气进口(6)的阀门流量控制塔内气压，控制混合塔(1)内顶部的气压达1.5-2mpa，混合塔(1)内侧壁中下部的气温达150-180℃，反应30-50min；当混合塔(1)内顶部的气压超过2mpa时，立即关闭废气进口(6)，搅拌反应5min，观察塔内气压是否迅速下降，如下降至2mpa则打开废气进口(6)，继续进气，如气压不会迅速下降则不再进气；反应结束后，停止漩涡搅拌桨(3)，静置5-10min，取样测试塔内顶部气体成分，待含co2低于3％，则打开排气口(11)，排出以n2和h2o为主的排放气体，并泄压至常压；s4、反应浆料储存：重复步骤s3，间歇性地处理石灰窑废气，待混合塔(1)内液面表层的ph低于10时，维持混合塔(1)内顶部的气压达1.5-2mpa，关闭混合塔(1)的所有进出口，此时混合塔(1)液面高度已高于清液出口(8)，粘稠度较高且内部充满气泡，静置陈化20min，至混合塔(1)体系分层，底部为渣浆、顶部为清液，中间为粘稠的浆液；建筑储浆池，首先打开清液出口(8)，内压自动将塔内顶部清液压至储浆池中，再打开浆液出口(7)，内压自动将塔内浆液，压至储浆池中清液的液面下，静置，最后打开排渣口(5)，内压自动将塔内渣浆，压至储浆池中清液与浆液分界面上方，此步需要均匀移动渣浆输送管的管口，待渣浆均匀摊铺在浆液上，起到压实浆液并隔离浆液的作用；s5、封存反应：重复反应步骤s3-s4，至储浆池满，加盖封存一月以上，至储浆池内气固液三相反应消耗殆尽，观察储浆池内状态，渣浆形成一层硬石板，且高度低于封存前，硬石板下方的浆液形成超粘稠的膏状物，硬石板上方的清液增多且更澄清，经检测其ph下降至9.5以下；
s6、浆料回收利用：抽取储浆池上层澄清液，露出硬石板，轻锤敲碎硬石板，并抓取碎石块，其中含caco3有30-40％，其余为ca(oh)2和含si、fe、mg及其他杂质，烧制后作为水泥熟料使用；储浆池中膏状物，检测其中含caco3有75-80％、含ca(oh)2有15-20％，在储浆池加入干燥的炭粉剧烈搅拌，压制成膏球，将膏球烘干，至水分含量小于2％，敲碎膏球后，投入焙烧炉中400℃灼烧1h，生产co2并消耗ca(oh)2，至炭粉消耗殆尽，风选除去灰分，检测剩余粉料，其中caco3含量超过95％且粒径不超过200纳米，再将物料转运至石灰窑，1050℃烧制，得到粒径分布均匀的且粒径不超过300nm的超细度活性氧化钙。2.根据权利要求1所述的一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法，其特征在于，所述漩涡搅拌桨(3)结构如下：电机驱动轴顶端通过支撑杆连接有多根桨叶，相邻桨叶间通过一个圆环串在一起，一圈桨叶外绕接一个弹簧圈，弹簧圈形成水平的圆，圆心与混合塔(1)同心设置。3.根据权利要求1所述的一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法，其特征在于，所述挤出机(9)具体是双螺杆挤出机，并设有两对向旋转的驱动电机，用于电石渣的搅拌和挤出。4.根据权利要求1所述的一种石灰窑生产石灰的废气中co2封存及回收利用方法，其特征在于，所述破碎机(10)具体是颚式破碎机，用于电石渣破碎，并使湿的电石渣进一步溶解。
技术总结
本发明公开了一种石灰窑生产石灰的废气中CO2封存及回收利用方法，包括前处理设备建造、电石渣进料、废气前处理、反应浆料储存、封存反应和浆料回收利用等步骤。本发明针对本工厂大量电石渣废弃物以及石灰窑碳排放的双重环境污染，采用电石渣与石灰窑尾气中CO2在高温高压下剧烈反应，形成粘稠且带有大量气泡的浆液，达到封存废气中CO2和除硫效果；本发明将CO2封存于粘稠的电石渣浆料中，封存月余后形成更粘稠的膏状物，其中主要含碳酸钙，经过炭粉压球，焙烧后分解，制成超细度活性氧化钙，实现电石渣和CO2的共同回收利用，为本领域电石渣处理和CO2的回收利用提供一个消纳平台，且处理较易，成本较低，适宜推广。适宜推广。适宜推广。
技术研发人员：李毅 欧明乐 安晓晓 万书宝 丁德文
受保护的技术使用者：安徽华塑股份有限公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2022/4/12
声明：
“石灰窑生产石灰的废气中CO2封存及回收利用方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：安徽华塑股份有限公司
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2024年09月19日 ~ 21日 
