一种加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统及方法与流程

本技术涉及烟气处理，尤其涉及一种加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统及方法。

背景技术：

1、利用氨水(nh3)和石膏(caso4)与烟气中的co2反应，生产硫酸铵(化肥)和碳酸钙(见式1)，从而实现烟气脱碳并将其矿化。

2、co2+2nh3+caso4·2h2o→(nh4)2so4+caco3↓+2h2o (1)

3、该技术把co2的捕集与利用两个环节合二为一，整个过程不涉及高温和有机溶剂，避免了高成本和次生污染的问题；矿化产物为碳酸钙，其形态稳定，不存在泄漏等环境风险，节省监测成本，可重新用于烟气脱硫或永久安全封存；反应产物硫酸铵为高附加值工业品(化肥)，用于农业生产。整套技术可使脱碳成本显著降低，同时获得收益，具有很高的技术经济性。该技术脱碳还涉及石膏这一工业垃圾的消纳问题，可有效再利用工业固废，可产生巨大的社会与经济效益。

4、目前直接矿化的原料多直接采用磷石膏和脱硫石膏，主要磷石膏中二水硫酸钙的成分在占比大于85％(一级品)，脱硫石膏中二水硫酸钙的占比大于95％(一级品，半水硫酸钙含量小于0.5％)，烟气co2直接与工业固废石膏矿化反应生成碳酸钙与硫酸铵的控速步骤是石膏的溶解，而二水硫酸钙的溶解度较低(20℃，2.05g/l溶解度)，溶解速度慢，导致反应速度慢，工程化应用过程中为了维持石膏足够时间溶解，反应设备体积庞大，导致出投资成本高，系统效率较低，脱碳成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的一个目的在于提供一种加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的方法，将脱硫后的二水石膏加热转化为半水石膏，再利用半水石膏的高溶解度特点，先将半水石膏溶解，形成高钙离子浓度溶液，再马上与碳酸铵进行液液反应，矿化反应的速度非常快，矿化效率高，可显著降低脱除及固定co2的成本。

2、本技术的另一个目的在于提供一种加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统。

3、为达到上述目的，本技术的第一方面实施例提出一种加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的方法，包括：

4、以氨水作为吸收剂，吸收脱硫后的烟气中的二氧化碳，获得碳酸铵吸收液；

5、加热所述脱硫石膏，获得半水石膏；

6、将所述半水石膏水化，获得半水石膏水化后的溶液；

7、将所述碳酸铵吸收液、所述半水石膏水化后的溶液和氨水进行矿化反应，获得固体碳酸钙和硫酸铵的混合物。

8、在一些实施例中，所述半水石膏水化的停留时间为5-20min。

9、在一些实施例中，所述半水石膏在纯水或含有硫酸铵的水溶液中水化，且所述半水石膏的添加量为纯水或含有硫酸铵的水溶液的5-30wt％。

10、在一些实施例中，所述矿化反应中，所述碳酸铵吸收液、所述半水石膏水化后的溶液同时加入反应体系。

11、在一些实施例中，参与所述矿化反应的半水石膏和碳酸铵的摩尔比为1：(1-1.1)。

12、在一些实施例中，所述矿化反应的ph为9-12。

13、在一些实施例中，所述矿化反应的温度为25-60℃，所述矿化反应的时间为5-20min，所述矿化反应在搅拌的条件下进行。

14、在一些实施例中，加热所述脱硫石膏的温度为120-180℃。

15、在一些实施例中，所述加热在流动的干燥空气气氛中进行。

16、在一些实施例中，所述脱硫石膏为真空脱水后的脱硫石膏。

17、在一些实施例中，采用火电厂空预器后的烟气加热所述脱硫石膏。

18、在一些实施例中，所述加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的方法，还包括：

19、将所述固体碳酸钙和硫酸铵的混合物固液分离，获得固体碳酸钙和含有硫酸铵的滤液；

20、将所述含有硫酸铵的滤液一部分用于结晶获得硫酸铵，另一部分用于水化所述半水石膏。

21、为达到上述目的，本技术的第二方面实施例提出一种加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统，包括：

22、换热单元，所述换热单元用于加热所述脱硫石膏；

23、第一反应器，所述第一反应器的入口连通所述换热单元的物料出口；

24、第二反应器，所述第二反应器的入口连通所述第一反应器的出口；

25、脱碳单元，所述脱碳单元具有烟气入口、第一氨水入口和浆液出口，所述第一氨水入口连通氨罐，所述氨罐的出口和所述浆液入口均连通所述第二反应器。

26、在一些实施例中，所述的加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统还包括过滤单元，所述过滤单元的入口连通所述第二反应器的出口；所述过滤单元的滤液出口分两路，一路连通硫酸铵浓缩结晶系统，另一路连通所述第一反应器。

27、在一些实施例中，所述换热单元的物料通道连通干燥空气管线或火电厂空预器后的烟气管线，所述换热单元具有气体出口。

28、在一些实施例中，所述换热单元为回转烘干机或烘干炉。

29、在一些实施例中，所述第一反应器和所述第二反应器均为釜式反应器。

30、在一些实施例中，所述脱碳单元为塔式反应器。

31、在一些实施例中，所述过滤单元为压滤机。

32、在一些实施例中，所述的加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的系统还包括脱硫皮带机，所述脱硫皮带机连通所述换热单元的物料入口。

33、本技术实施例的加速脱硫石膏直接矿化烟气二氧化碳的方法，可带来的有益效果为：

34、(1)溶解速度快，钙离子含量高，矿化反应速度快。

35、常规矿化反应直接采用二水石膏浆液作为原料，而本技术的思路是先将脱硫后的二水石膏利用加热分解为半水石膏，半水石膏的溶解度大约是二水石膏的4倍，同时溶解速率也很快，将半水石膏水化成溶液后再与脱碳后的碳酸铵吸收液反应，属于液液反应，溶液中钙离子的浓度高，反应速度快，效率高。

36、(2)利用烟气余热将二水石膏转变为半水石膏，工艺简单。

37、硫酸钙有五种晶型，分别为二水硫酸钙(caso4·2h2o)、α型和β型半水硫酸钙(α-caso4·1/2h2o、β-caso4·1/2h2o)、α型和β型无水硫酸钙ⅰ(α-caso4ⅰ、β-caso4ⅰ)、α型和β型无水硫酸钙ⅱ(α-caso4ⅱ、β-caso4ⅱ)、无水硫酸钙ⅱ(caso4ⅱ)、无水硫酸钙ⅰ(caso4ⅰ)。二水石膏在干燥空气条件下加热到120-180℃条件下脱水，即可分解为β型半水硫酸钙，本技术利用火电厂空预器后的低温烟气直接与真空脱水后的脱硫石膏换热，将二水石膏转变为半水石膏，再进行水化、矿化反应，该工艺简单，利用烟气余热效率高，有利于工程化应用。

38、(3)利用半水石膏溶解后的溶液进行矿化反应，效率高，成本低。

39、半水石膏的水化过程是先形成饱和半水石膏溶液，然后再析出二水石膏晶体，所以合理控制半水石膏的时间是保证溶液中高钙离子浓度的关键，本技术利用半水石膏的高溶解度特点，先将半水石膏溶解，形成高钙离子浓度溶液，再马上与碳酸铵进行液液反应，矿化反应的速度非常快，矿化效率高，可显著降低脱除及固定co2的成本。

40、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。