一种固定烟气中二氧化碳的方法与流程

1.本发明属于电厂烟气处理技术领域，特别涉及一种固定烟气中二氧化碳的方法。


背景技术：

2.目前，煤、石油和天然气为代表的化石燃料占据着全球能源结构的主体地位，这些化石燃料的利用过程中将会产生大量的co2气体。其中，燃煤电厂是主要的co2排放源之一。燃煤电厂生产过程中除了会产生大量二氧化碳还会产生大量的粉煤灰和脱硫石膏等固体废弃物，亟需处理。目前，这些电厂固体废弃物通常用作建筑原材料或者填埋处理，资源化利用效率低，且会对周边环境产生一定影响。
3.存在现有技术通过间接液相碳酸化的手段，利用脱硫石膏或者高钙粉煤灰制备碳酸钙产品。然而，脱硫石膏液相碳酸化制备碳酸钙过程中需要消耗大量的氨水试剂，成本较高。并且电厂粉末灰中的钙含量往往较低，并不适合用作液相碳酸化的原材料。
4.综上，如何低成本、高效处理燃煤电厂生产中产生的二氧化碳、粉煤灰和脱硫石膏仍旧是目前需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能够低成本、高效处理燃煤电厂生产中产生的二氧化碳气体以及粉煤灰和脱硫石膏固体废弃物。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
7.将燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰、燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液；其中，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量不超过50％；
8.将待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化；其中，碳酸化的温度为25-50℃；
9.将碳酸化浆液进行固液分离得到碳酸化固体产物。
10.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，将电厂产生的固体废弃物粉煤灰、电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液包括：
11.将电厂产生的固体废弃物粉煤灰和将电厂产生的固体废弃物脱硫石膏预先混合，得到煤灰和脱硫石膏混配物；
12.向粉煤灰和脱硫石膏混配物中加入适量的水并混匀，得到混合浆液；
13.更优选地，所述混匀采用以200-250rpm的转速进行磁力搅拌的方式实现。
14.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量为25-50％。
15.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，粉煤灰与脱硫石膏的总质量与水的质量比为1:5-20。
16.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，以待处理烟气的体积为100％计，
所述待处理烟气中co2含量为10-15vol％。
17.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化过程中，待处理烟气的流速为1-1.5l/min。
18.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，碳酸化的时间为10-60min。
19.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，碳酸化浆液进行固液分离采用真空抽滤方式进行。
20.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，该方法还包括对碳酸化浆液进行固液分离得到的碳酸化固体产物进行干燥；
21.更优选地，所述干燥为在100-120℃下干燥6-7h；
22.更优选地，该方法还包括：取适量干燥后的碳酸化固体产物进行热重失重测试；进一步优选地，热重失重测试的条件为：纯n2气氛，升温速率10℃/min，升温至950℃，恒温保持60min。
23.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，所述待处理烟气为燃煤电厂煤燃烧产生的烟气。
24.根据上述固定烟气中二氧化碳的方法，优选地，所述粉煤灰中包含碱金属杂质na和k；
25.更优选地，以粉煤灰的总质量为100％计，na质量含量为：0.5-0.8％、k质量含量为：1.2-1.5％。
26.本发明提供的技术方案通过特定比例的燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰与脱硫石膏配合实现高效矿化固定烟气中co2，从而实现通过燃煤电厂固废混配来实现燃煤电厂烟气中co2的矿化固定目的。向燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰中添加适量燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏提升了钙含量，同时燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰中的碱金属杂质能够激发燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏中钙的活性，从而使得用于矿化固定烟气中co2的浆液用于矿化固定烟气中co2时效率更高、效果更好。与现有技术相比，具备如下有益效果：
27.1.本发明提供的固定烟气中二氧化碳的方法能够通过燃煤电厂厂界范围内的固体废弃物粉煤灰和脱硫石膏的混配，通过液相碳酸化手段实现燃煤电厂烟气中co2的矿化固定，工艺流程简单易行，适合工业化推广。
28.2.本发明提供的固定烟气中二氧化碳的方法使用燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰和脱硫石膏混配料直接液相碳酸化固定co2，co2的处理效率高、效果好。
附图说明
29.图1为对比例1、对比例2与实施例1-实施例5使用的粉煤灰和脱硫石膏中cao的总含量图。
30.图2为对比例1、对比例2与实施例1-实施例5中产生的碳酸化固体产物中caco3的含量图。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
32.本发明一具体实施方式提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
33.将燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰、燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液；其中，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量不超过50％；
34.将待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化；其中，碳酸化的温度为25-50℃；
35.将碳酸化浆液进行固液分离得到碳酸化固体产物。
36.进一步地，将电厂产生的固体废弃物粉煤灰、电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液包括：
37.将电厂产生的固体废弃物粉煤灰和将电厂产生的固体废弃物脱硫石膏预先混合，得到煤灰和脱硫石膏混配物；
38.向粉煤灰和脱硫石膏混配物中加入适量的水并混匀，得到混合浆液；
39.其中，混匀可以但不限于采用以200-250rpm的转速进行磁力搅拌的方式实现。
40.进一步地，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量为25-50％。
41.进一步地，粉煤灰与脱硫石膏的总质量与水的质量比为1:5-20。
42.进一步地，以待处理烟气的体积为100％计，待处理烟气中co2含量为15vol％。
43.进一步地，待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化过程中，待处理烟气的流速为1l/min。
44.进一步地，碳酸化的时间为10-60min。
45.进一步地，碳酸化浆液进行固液分离采用真空抽滤方式进行。
46.进一步地，该方法还包括对碳酸化浆液进行固液分离得到的碳酸化固体产物进行干燥；其中，干燥可以但不限于在100℃下干燥6h；
47.更进一步地，该方法还包括：取适量干燥后的碳酸化固体产物进行热重失重测试；其中，热重失重测试的条件优选但不限于为：纯n2气氛，升温速率10℃/min，升温至950℃，恒温保持60min。
48.进一步地，待处理烟气为燃煤电厂煤燃烧产生的烟气。
49.本发明下述实施例以及对比例中使用的粉煤灰和石膏的组成参见表1。
50.表1粉煤灰和石膏组成(wt％)
[0051][0052]
实施例1
[0053]
本实施例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0054]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰样品22.5g，燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏样品7.5g，将两者在三口烧瓶中进行混合得到煤灰和脱硫石膏混配物；进
而向三口烧瓶中加入450ml去离子水，在25℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0055]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0056]
步骤3，通气后开始计时25min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反应后的溶液。
[0057]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0058]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0059]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样29.0mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含量。
[0060]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为12.89％。
[0061]
实施例2
[0062]
本实施例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0063]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰样品22.5g，燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏样品7.5g，将两者在三口烧瓶中进行混合得到煤灰和脱硫石膏混配物；进而向三口烧瓶中加入300ml去离子水，在50℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0064]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0065]
步骤3，通气后开始计时45min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反应后的溶液。
[0066]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0067]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0068]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样25.3mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含量。
[0069]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为9.25％。
[0070]
实施例3
[0071]
本实施例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0072]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰样品20g，燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏样品10g，将两者在三口烧瓶中进行混合得到煤灰和脱硫石膏混配物；进而向三口烧瓶中加入600ml去离子水，在25℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0073]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0074]
步骤3，通气后开始计时45min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反
应后的溶液。
[0075]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0076]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0077]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样28.6mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含量。
[0078]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为11.21％。
[0079]
实施例4
[0080]
本实施例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0081]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰样品20g，燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏样品10g，将两者在三口烧瓶中进行混合得到煤灰和脱硫石膏混配物；进而向三口烧瓶中加入150ml去离子水，在50℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0082]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0083]
步骤3，通气后开始计时25min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反应后的溶液。
[0084]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0085]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0086]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样23.7mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含量。
[0087]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为7.34％。
[0088]
实施例5
[0089]
本实施例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0090]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰样品15g，燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏样品15g，将两者在三口烧瓶中进行混合得到煤灰和脱硫石膏混配物；进而向三口烧瓶中加入600ml去离子水，在40℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0091]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0092]
步骤3，通气后开始计时25min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反应后的溶液。
[0093]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0094]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0095]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样21.9mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含
量。
[0096]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为6.02％。
[0097]
对比例1
[0098]
本对比例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0099]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏样品30g放入三口烧瓶中，进而向三口烧瓶中加入150ml去离子水，在25℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0100]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0101]
步骤3，通气后开始计时25min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反应后的溶液。
[0102]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0103]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0104]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样30.8mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含量。
[0105]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为0.5％。
[0106]
对比例2
[0107]
本对比例提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：
[0108]
步骤1，称取燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰样品30g放入三口烧瓶中，进而向三口烧瓶中加入150ml去离子水，在25℃水浴加热的条件下，搅拌至样品完全溶解，得到混合浆液。
[0109]
步骤2，将通入的co2的流量调至150ml/min，n2的流量调至850ml/min，以达到模拟电厂烟气目的，待气体流量计示数稳定通入三口烧瓶中进行碳酸化。
[0110]
步骤3，通气后开始计时25min，待计时结束，停止通气，碳酸化反应即停止，得到反应后的溶液。
[0111]
步骤4，将反应后的溶液倒入真空过滤装置进固液分离，得到碳酸化后的固体。
[0112]
步骤5，将固体放入烘箱中，100℃干燥6小时，得到干燥后的碳酸化固体。
[0113]
步骤6，将干燥后的碳酸化固体研磨成粉末状，混合均匀后，取样30.8mg置于热重中进行失重，升温速率为10℃/min，升温至950℃，恒温保持10min，即得失重的caco3的含量。
[0114]
步骤7，将数据进行分析，并扣除原有粉煤灰中的caco3的含量，得到碳酸化后的固体中碳酸钙的含量为1.58％。
[0115]
实施例1-实施例5和对比例1-对比例2固体废弃物原材料中的cao含量如图1所示。
[0116]
将本发明实施例1-实施例5和对比例1-对比例2制备得到的碳酸化的固体产物在热重分析仪上进行失重量分析，样品重量为10mg-20mg之间；如图2所示，本发明的实施例1获得的碳酸化固体产物中的caco3含量最高，即其矿化固定co2的能力最佳。
[0117]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种固定烟气中二氧化碳的方法，其中，该方法包括：将燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰、燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液；其中，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量不超过50％；将待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化；其中，碳酸化的温度为25-50℃；将碳酸化浆液进行固液分离得到碳酸化固体产物。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将电厂产生的固体废弃物粉煤灰、电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液包括：将电厂产生的固体废弃物粉煤灰和将电厂产生的固体废弃物脱硫石膏预先混合，得到煤灰和脱硫石膏混配物；向粉煤灰和脱硫石膏混配物中加入适量的水并混匀，得到混合浆液。3.根据权利要求1所述的方法，其中，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量为25-50％。4.根据权利要求1所述的方法，其中，粉煤灰与脱硫石膏的总质量与水的质量比为1:5-20。5.根据权利要求1所述的方法，其中，以待处理烟气的体积为100％计，所述待处理烟气中co2含量为10-15vol％。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述待处理烟气为燃煤电厂煤燃烧产生的烟气。7.根据权利要求1、4、5中任一项所述的方法，其中，待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化过程中，待处理烟气的流速为1-1.5l/min。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉煤灰中包含碱金属杂质na和k；优选地，以粉煤灰的总质量为100％计，na质量含量为：0.5-0.8％、k质量含量为：1.2-1.5％。9.根据权利要求1所述的方法，其中，碳酸化的时间为10-60min。10.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括对碳酸化浆液进行固液分离得到的碳酸化固体产物进行干燥；优选地，该方法还包括：取适量干燥后的碳酸化固体产物进行热重失重测试。

技术总结
本发明提供了一种固定烟气中二氧化碳的方法。该方法包括：将燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰、燃煤电厂产生的固体废弃物脱硫石膏和水混合，得到混合浆液；其中，以粉煤灰和脱硫石膏的总质量为100％计，脱硫石膏的含量不超过50％；将待处理烟气通入混合浆液中进行浆液碳酸化；其中，碳酸化的温度为25-50℃；将碳酸化浆液进行固液分离得到碳酸化固体产物。该方法能够低成本、高效处理燃煤电厂生产中产生的二氧化碳气体以及粉煤灰和脱硫石膏固体废弃物。物。


技术研发人员：姜龙 刘高军 杜磊 李庆 程亮 李金晶
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/10/15