一种利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置的制作方法

本实用新型涉及一种固碳封存二氧化碳的装置，特别是一种利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置。

背景技术：

由于全球对化石燃料的依赖，工业生产和人类生活过程中产生的二氧化碳排放量日益增加，所导致的温室效应正在严重威胁着地球环境。二氧化碳的捕集和封存技术是将二氧化碳从大型排放源收集起来并储存到适当的场所，从而避免排放到大气当中。

由于矿物封存更适合中小型排放源（＜2.5MtCO2，占总排放量10-15%）且产生的碳酸盐产物具有一定的经济价值，寻求工业上可行的工艺路线也是学者们研究的重点。近几年开展了许多示范实验，这对于验证技术的可行性是很重要的，也使其从实验室实验向商业化规模更靠近。

Pasquier和他的团队使用了加拿大魁北克省南部两座封闭矿井中的蛇纹石尾矿（硅酸镁）对一座水泥厂排放的烟气（CO2含量为12%-20%）进行了固碳中试实验，由于蛇纹石尾矿中含氧化铁，且尾矿的粒度较大不适合直接参与反应，需要对尾矿进行前处理，导致实验能耗增大；来自芬兰Aalto大学和ÅboAkademi大学的研究团队开发了一种名为Slag2PCC的方法，使用钢转炉（碱性氧气炉，BOF）中的钢渣废料作为钙源代替天然石灰石对二氧化碳进行吸收，但此方法未考虑对反应过程中产生废液的处理，还没有形成一套成熟的工艺。

我国盐湖镁资源丰富，盐湖水中含有大量的以氯化物和硫酸盐形式存在的镁。将盐湖水置于晒盐厂的原卤池中，通过调节pH生产光卤石（KMgCl3·6H2O），对光卤石进行进一步加工后产生氯化钾（KCl）和老卤水，老卤水的主要阳离子成分为Mg²⁺和Na⁺，将老卤水通入老卤池，进行日晒晾干最终生成富镁矿物。位于我国柴达木盆地的察尔汗盐湖可以提供超过20亿吨的富镁矿物，是很好的二氧化碳矿物封存原料。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置，利用该装置可以对烟气中二氧化碳实现有效的封存，并可副产轻质碳酸镁和氯化铵。

技术方案

一种利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置，包括富镁矿物浓缩液罐、鼓泡反应釜、液氨汽化撬、碳酸镁精制釜、第一滤液罐、第二滤液罐、氯化铵结晶釜、浓盐酸储罐、烟气缓冲罐、循环尾气冷却器、三级吸收塔、第一离心机、第二离心机、第三离心机、第一干燥机、第二干燥机和单效蒸发器；

富镁矿物浓缩液罐的出口与鼓泡反应釜的入口连通，液氨汽化撬的出口与鼓泡反应釜的入口连通，鼓泡反应釜的底部出口与第一离心机连接，第一离心机的液体出口通过第一滤液罐和泵分别与鼓泡反应釜的入口和氯化铵结晶釜的入口连通，第一离心机的固体出口通过输送管链与碳酸镁精制釜的入口连通，碳酸镁精制釜的底部出口与第二离心机连接，第二离心机的液体出口通过第二滤液罐和泵与碳酸镁精制釜的入口连通，第二离心机的固体出口通过输送管链与第一干燥机连接；

浓盐酸储罐的出口与氯化铵结晶釜的入口连通，氯化铵结晶釜的出口与第三离心机连接，第三离心机的液体出口与富镁矿物浓缩液罐的入口连通，第三离心机的出口通过输送管链与第二干燥机连接；鼓泡反应器的顶部出口与三级吸收塔连通，三级吸收塔的出口与碳酸镁精制釜的入口连通，三级吸收塔的另一出口与单效蒸发器连通；

碳酸镁精制釜的顶部出口通过管道和循环尾气冷却器与烟气缓冲罐的入口连通，烟气缓冲罐的出口通过引风机与鼓泡反应釜的入口连通。

进一步，所述第一干燥机和第二干燥机为桨叶式干燥机。

进一步，所述第一离心机、第二离心机和第三离心机均为卧式全自动刮刀卸料离心机。

进一步，所述循环尾气冷却器为固定管板式换热器，里面的换热管呈正三角分布。

利用上述装置封存烟气中二氧化碳的方法，包括如下步骤：

（1）将富镁矿物浓缩液从富镁矿物浓缩液罐泵入鼓泡反应釜，打开液氨汽化撬，通入液氨调溶液pH为8~10；

（2）工业烟气通过烟道进入烟气缓冲罐，再通过引风机进入鼓泡反应釜，在25~99℃下进行反应，得到浆液和尾气；

尾气从鼓泡反应釜顶部出口进入三级吸收塔进行酸洗和碱洗处理，得到氯化铵和可直接排放的碱洗尾气，将5~10%的碱洗尾气送到碳酸镁精制釜进行利用，将氯化铵经过单效蒸发器处理后形成氯化铵产品；

鼓泡反应釜内的浆液从底部出口进入第一离心机进行离心分离，得到碳酸镁铵水合物和滤液；碳酸镁铵水合物的主要成分为(NH4)2Mg(CO3)2·4H2O、MgCO3·3H2O、Mg2CO3(OH)2·3H2O、Mg2(OH)ClCO3·3H2O，滤液的主要成分为NH4Cl、MgCl2。

（3）将第一离心机中离心分离后的滤液送入第一滤液罐，然后通过泵和管道分别送入鼓泡反应釜和氯化铵结晶釜，其中，送至氯化铵结晶釜的滤液量占滤液总量的10~30wt%；

将第一离心机中离心分离后的碳酸镁铵水合物通过输送管链输送至碳酸镁精制釜，同时向碳酸镁精制釜中通入水和从三级吸收塔出来的部分碱洗尾气，在精制釜中对碳酸镁铵水合物进行精制，产生浆液和循环尾气；将循环尾气通过循环尾气冷却器送回至烟气缓冲罐，将浆液送至第二离心机进行离心分离，得到轻质碳酸镁粗品和精制溶液；精制溶液的主要成分为水。

（4）将轻质碳酸镁粗品通过输送管链输送至第一干燥机进行干燥，得到轻质碳酸镁产品；将精制溶液存于第二滤液罐，然后通过泵和管道送回碳酸镁精制釜继续参与反应；

（5）通过输送管链将富镁矿物送至氯化铵结晶釜，打开浓盐酸储罐，往氯化铵结晶釜内加入浓盐酸调pH2~7，结晶釜内经过搅拌、结晶后得到浆液，将浆液送至第三离心机进行离心分离，得到氯化铵粗品和富镁溶液，将富镁溶液送回富镁矿物浓缩液罐，将氯化铵粗品通过输送管链输送至第二干燥机进行干燥，得到氯化铵产品。

步骤（1）中，富镁矿物浓缩液为富镁矿物的水溶液，富镁矿物来自于盐湖晒盐厂中的老卤池，其主要成分为MgCl2·xH2O，Mg含量大于46%；富镁矿物浓缩液的浓度为3~6mol/L。

进一步，步骤（1）中，富镁矿物浓缩液进入鼓泡反应釜的流量为10~40m³/h。

进一步，步骤（2）中，烟气通入鼓泡反应器的流量为10~50 m³/h。

进一步，步骤（3）中，所述对碳酸镁铵水合物进行精制是指：将碳酸镁铵水合物与水的质量比为1：3~1：10混合，升温至50~99℃，搅拌20~80min。

进一步，步骤（4）中，所述第一干燥机设置的干燥温度为110-180℃，时间为0.5-4h。

进一步，步骤（5）中，所述第二干燥机设置的干燥温度为80~150℃，时间为0.5~1h。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一套利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置，该装置能有效地对富镁矿物进行利用，并对烟气中的二氧化碳进行捕集与固定，实现国家减排目标，整套装置中，物料采用管链运输，避免污染，设计有滤液循环管道，实现了物料的循环使用，经济环保；从反应装置中排出的尾气会经过尾气处理再排放，对环境友好；整套固碳流水线的装置具有可拆卸、易于运输的特点，便于因地制宜地进行矿物封存。

附图说明

图1为本发明的利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置的结构示意图；

其中：1-液氨汽化撬；2-烟气缓冲罐；3-引风机；4-鼓泡反应釜；5-浓盐酸储罐；6-富镁矿物浓缩液罐；7-第一离心机；8-输送管链；9-第一滤液罐；10-碳酸镁精制釜；11-第二离心机；12-循环尾气冷却器；13-第二滤液罐；14-第一干燥机；15-氯化铵结晶釜；16-第三离心机；17-第二干燥机；18-三级吸收塔；19-单效蒸发器。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做详细地说明。

实施例1

如图1，一种利用富镁矿物封存烟气中二氧化碳的装置，包括富镁矿物浓缩液罐6、鼓泡反应釜4、液氨汽化撬1、碳酸镁精制釜10、第一滤液罐9、第二滤液罐13、氯化铵结晶釜15、浓盐酸储罐5、烟气缓冲罐2、循环尾气冷却器12、三级吸收塔18、第一离心机7、第二离心机11、第三离心机16、第一干燥机14、第二干燥机17和单效蒸发器19，富镁矿物浓缩液罐6的出口与鼓泡反应釜4的入口连通，液氨汽化撬1的出口与鼓泡反应釜4的入口连通，鼓泡反应釜4的底部出口与第一离心机7连接，第一离心机7的液体出口通过第一滤液罐9和泵分别与鼓泡反应釜4的入口和氯化铵结晶釜15的入口连通；第一离心机7的固体出口通过输送管链8与碳酸镁精制釜10的入口连通，碳酸镁精制釜10的底部出口与第二离心机11连接，第二离心机11的液体出口通过第二滤液罐13和泵与碳酸镁精制釜10的入口连通，第二离心机11的固体出口通过输送管链8与第一干燥机14连接；浓盐酸储罐5的出口与氯化铵结晶釜15的入口连通，氯化铵结晶釜15的出口与第三离心机16连接，第三离心机16的液体出口与富镁矿物浓缩液罐6的入口连通，第三离心机16的出口通过输送管链8与第二干燥机17连接；鼓泡反应器4的顶部出口与三级吸收塔18连通，三级吸收塔18的出口与碳酸镁精制釜10的入口连通，三级吸收塔18的另一出口与单效蒸发器19连通；碳酸镁精制釜10的顶部出口通过管道和循环尾气冷却器12与烟气缓冲罐2的入口连通，烟气缓冲罐2的出口通过引风机3与鼓泡反应釜4的入口连通。

所述第一干燥机14和第二干燥机17为桨叶式干燥机，所述第一离心机7、第二离心机11和第三离心机16均为卧式全自动刮刀卸料离心机；所述循环尾气冷却器12为固定管板式换热器，里面的换热管呈正三角分布。

以盐湖晒盐厂老卤池中所产生的富镁矿物为原料，利用上述装置来封存烟气中二氧化碳，所用的富镁矿物中，Mg含量大于46%，将富镁矿物加水制备成浓度为6mol/L的富镁矿物浓缩液，备用；利用本实施例的装置封存烟气中二氧化碳：

方案一：

利用上述装置封存烟气中二氧化碳的方法，包括如下步骤：

（1）将6mol/L的富镁矿物浓缩液从富镁矿物浓缩液罐以30m³/h的流量泵入鼓泡反应釜，打开液氨汽化撬，通入液氨调溶液pH为8；

（2）将二氧化碳含量为13%的工业烟气通过烟道进入烟气缓冲罐，再通过引风机以30m³/h的流量进入鼓泡反应釜，在65℃下进行反应，得到浆液和尾气；

尾气从鼓泡反应釜顶部出口进入三级吸收塔进行酸洗和碱洗处理，得到氯化铵和可直接排放的碱洗尾气（主要成分为N2），将5%的碱洗尾气送到碳酸镁精制釜进行利用，将氯化铵经过单效蒸发器处理后形成氯化铵产品；

鼓泡反应釜内的浆液从底部出口进入第一离心机进行离心分离，得到碳酸镁铵水合物（测得碳酸镁铵水合物中Mg含量为95%）和滤液（测得滤液中镁离子的浓度为0.4mol/L，铵根离子的浓度为3.2mol/L）；

（3）将第一离心机中离心分离后的滤液送入第一滤液罐，然后通过泵和管道分别送入鼓泡反应釜和氯化铵结晶釜，其中，送至氯化铵结晶釜的滤液量占滤液总量的30wt%；

将第一离心机中离心分离后的碳酸镁铵水合物通过输送管链输送至碳酸镁精制釜，同时向碳酸镁精制釜中通入水和从三级吸收塔出来的部分碱洗尾气，碳酸镁铵水合物与水的质量比为1：3，在精制釜中对碳酸镁铵水合物进行精制（升温至80℃，搅拌60min），产生浆液和循环尾气；将循环尾气通过循环尾气冷却器送回至烟气缓冲罐，将浆液送至第二离心机进行离心分离，得到轻质碳酸镁粗品（轻质碳酸镁粗品的纯度为99%）和精制溶液；精制溶液的主要成分为水。

（4）将轻质碳酸镁粗品通过输送管链输送至第一干燥机进行干燥（120℃，2h），得到轻质碳酸镁产品；将精制溶液存于第二滤液罐，然后通过泵和管道送回碳酸镁精制釜继续参与反应；

（5）通过输送管链将富镁矿物送至氯化铵结晶釜（富镁矿物与结晶釜中溶液的质量比为0.6：1），打开浓盐酸储罐，往氯化铵结晶釜内加入浓盐酸调pH至7，结晶釜内经过搅拌、结晶后得到浆液，将浆液送至第三离心机进行离心分离，得到氯化铵粗品（氯化铵粗品的纯度为98.8%）和富镁溶液（镁离子浓度为2mol/L），将富镁溶液送回富镁矿物浓缩液罐，将氯化铵粗品通过输送管链输送至第二干燥机进行干燥（80℃，0.5h），得到氯化铵产品。

该方案中二氧化碳总吸收率为93%，轻质碳酸镁的产率为97%。

方案二：

利用上述装置封存烟气中二氧化碳的方法，包括如下步骤：

（1）将6mol/L的富镁矿物浓缩液从富镁矿物浓缩液罐以40m³/h的流量泵入鼓泡反应釜，打开液氨汽化撬，通入液氨调溶液pH为8.5；

（2）将二氧化碳含量为15%的工业烟气通过烟道进入烟气缓冲罐，再通过引风机以40m³/h的流量进入鼓泡反应釜，在50℃下进行反应，得到浆液和尾气；

尾气从鼓泡反应釜顶部出口进入三级吸收塔进行酸洗和碱洗处理，得到氯化铵和可直接排放的碱洗尾气（主要成分为N2），将5%的碱洗尾气送到碳酸镁精制釜进行利用，将氯化铵经过单效蒸发器处理后形成氯化铵产品；

鼓泡反应釜内的浆液从底部出口进入第一离心机进行离心分离，得到碳酸镁铵水合物（纯度为96%）和滤液（测得滤液中镁离子的浓度为0.08mol/L，铵根离子的浓度为3.9mol/L）；

（3）将第一离心机中离心分离后的滤液送入第一滤液罐，然后通过泵和管道分别送入鼓泡反应釜和氯化铵结晶釜，其中，送至氯化铵结晶釜的滤液量占滤液总量的20wt%；

将第一离心机中离心分离后的碳酸镁铵水合物通过输送管链输送至碳酸镁精制釜，同时向碳酸镁精制釜中通入水和从三级吸收塔出来的部分碱洗尾气，碳酸镁铵水合物与水的质量比为1：4，在精制釜中对碳酸镁铵水合物进行精制（升温至65℃，搅拌80min），产生浆液和循环尾气；将循环尾气通过循环尾气冷却器送回至烟气缓冲罐，将浆液送至第二离心机进行离心分离，得到轻质碳酸镁粗品（轻质碳酸镁粗品的纯度为99%）和精制溶液；精制溶液的主要成分为水。

（4）将轻质碳酸镁粗品通过输送管链输送至第一干燥机进行干燥（150℃，1h），得到轻质碳酸镁产品；将精制溶液存于第二滤液罐，然后通过泵和管道送回碳酸镁精制釜继续参与反应；

（5）通过输送管链将富镁矿物送至氯化铵结晶釜（富镁矿物与结晶釜中溶液的质量比为0.9：1），打开浓盐酸储罐，往氯化铵结晶釜内加入浓盐酸调pH至6，结晶釜内经过搅拌、结晶后得到浆液，将浆液送至第三离心机进行离心分离，得到氯化铵粗品（氯化铵粗品的纯度为99%）和富镁溶液（镁离子浓度为1.8mol/L），将富镁溶液送回富镁矿物浓缩液罐，将氯化铵粗品通过输送管链输送至第二干燥机进行干燥（100℃，0.5h），得到氯化铵产品。

本方案中的二氧化碳总吸收率为92%，轻质碳酸镁的产率为98%。

方案三：

利用上述装置封存烟气中二氧化碳的方法，包括如下步骤：

（1）将6mol/L的富镁矿物浓缩液从富镁矿物浓缩液罐以30m³/h的流量泵入鼓泡反应釜，打开液氨汽化撬，通入液氨调溶液pH为9.2；

（2）将二氧化碳含量为13%的工业烟气通过烟道进入烟气缓冲罐，再通过引风机以20m³/h的流量进入鼓泡反应釜，在80℃下进行反应，得到浆液和尾气；

尾气从鼓泡反应釜顶部出口进入三级吸收塔进行酸洗和碱洗处理，得到氯化铵和可直接排放的碱洗尾气（主要成分为N2），将5%的碱洗尾气送到碳酸镁精制釜进行利用，将氯化铵经过单效蒸发器处理后形成氯化铵产品；

鼓泡反应釜内的浆液从底部出口进入第一离心机进行离心分离，得到碳酸镁铵水合物（纯度为95%）和滤液（测得滤液中镁离子的浓度为0.3mol/L，铵根离子的浓度为3.8mol/L）；

（3）将第一离心机中离心分离后的滤液送入第一滤液罐，然后通过泵和管道分别送入鼓泡反应釜和氯化铵结晶釜，其中，送至氯化铵结晶釜的滤液量占滤液总量的30wt%；

将第一离心机中离心分离后的碳酸镁铵水合物通过输送管链输送至碳酸镁精制釜，同时向碳酸镁精制釜中通入水和从三级吸收塔出来的部分碱洗尾气，碳酸镁铵水合物与水的质量比为1：5，在精制釜中对碳酸镁铵水合物进行精制（升温至85℃，搅拌30min），产生浆液和循环尾气；将循环尾气通过循环尾气冷却器送回至烟气缓冲罐，将浆液送至第二离心机进行离心分离，得到轻质碳酸镁粗品（轻质碳酸镁粗品的纯度为99%）和精制溶液；精制溶液的主要成分为水。

（4）将轻质碳酸镁粗品通过输送管链输送至第一干燥机进行干燥（120℃，1h），得到轻质碳酸镁产品；将精制溶液存于第二滤液罐，然后通过泵和管道送回碳酸镁精制釜继续参与反应；

（5）通过输送管链将富镁矿物送至氯化铵结晶釜（富镁矿物与结晶釜中溶液的质量比为1：1），打开浓盐酸储罐，往氯化铵结晶釜内加入浓盐酸调pH至5，结晶釜内经过搅拌、结晶后得到浆液，将浆液送至第三离心机进行离心分离，得到氯化铵粗品（氯化铵粗品的纯度为98%）和富镁溶液（镁离子浓度为1.7mol/L），将富镁溶液送回富镁矿物浓缩液罐，将氯化铵粗品通过输送管链输送至第二干燥机进行干燥（80℃，1h），得到氯化铵产品。

本方案的二氧化碳总吸收率为90%，轻质碳酸镁的产率为99%。