權(quán)利要求

1.一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用系統(tǒng)，其特征是包括回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理單元、含氨廢氣再利用單元、二氧化碳吸收解吸單元和二氧化碳利用單元;

所述的回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理單元，包括布袋除塵、水膜除塵和堿液噴淋脫硫，經(jīng)預(yù)處理的煙氣滿足二氧化碳吸收與解吸單元的CO2吸收塔入口要求;

所述的含氨廢氣再利用單元，包括風(fēng)機(jī)、冷凝器、氨吸收塔;蒸發(fā)結(jié)晶的含氨廢氣通過風(fēng)機(jī)送往氨吸收塔，氨吸收塔中有噴霧泵，含氨廢氣與噴霧狀的水循環(huán)接觸產(chǎn)生稀氨水;產(chǎn)生的稀氨水落入塔底，與另三路氨水匯合，調(diào)整至合適濃度后送往CO2吸收塔內(nèi);

所述的二氧化碳吸收與解吸單元，包括CO2吸收塔、CO2解吸塔、氨吸收塔、氨洗滌塔，以及貧富液換熱器、混合氨水換熱器、解吸塔冷凝器、氣液分離器、CO2壓縮機(jī)及CO2儲(chǔ)存罐。

2.經(jīng)過預(yù)處理的煙氣自CO2吸收塔底部逆流與頂部噴出的氨水接觸，吸收了CO2的塔底富液經(jīng)過富液泵和貧富液換熱器與從CO2解析塔上部入口進(jìn)入CO2解吸塔中解吸;CO2解吸塔下部與貧富液換熱器熱股物流入口相連，CO2解吸塔上部氣體出口與氨洗滌塔相連，氨洗滌塔上方出口的純CO2氣體依次進(jìn)入解吸塔冷凝器、氣液分離器、壓縮機(jī)、CO2儲(chǔ)罐，完成CO2的提純與儲(chǔ)存;氨吸收塔下部的含氨廢氣逆流與上部入水口的噴霧水接觸，產(chǎn)生的氨水落入塔底;補(bǔ)充的新鮮氨水溶液、經(jīng)氨吸收塔吸收產(chǎn)生的稀氨水、經(jīng)氨洗滌塔洗滌的氨水溶液和經(jīng)CO2解吸塔解吸的氨水貧液，經(jīng)過氨水調(diào)配罐調(diào)配至合適濃度，后經(jīng)過混合氨水換熱器、混合液泵送入CO2吸收塔的上部入口;

所述的二氧化碳利用單元，包括攪拌器、冷凍機(jī);將CO2儲(chǔ)罐中的CO2通入鎢酸鈉母液中，pH降低至8.8后停止通氣，保持母液在2℃下持續(xù)攪拌，2小時(shí)后母液中析出碳酸鈉和碳酸氫鈉晶體。

3.一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用方法，其特征是包括如下步驟：

1)回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理：回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的煙氣通過布袋和水膜除塵，繼續(xù)堿液濕法脫硫處理，經(jīng)過除塵脫硫的煙氣輸出到CO2吸收塔;

2)蒸發(fā)結(jié)晶工序產(chǎn)生的氨氣經(jīng)冷凝、水循環(huán)噴淋產(chǎn)生稀氨水，與其他三路氨水匯合調(diào)配達(dá)到濃度8~12/wt%后從CO2吸收塔頂噴入CO2吸收塔內(nèi)，與煙氣逆流接觸，煙氣中的二氧化碳與氨氣反應(yīng)，生產(chǎn)的碳酸氫銨匯集于CO2吸收塔塔底;脫碳處理的煙氣進(jìn)入氨洗滌塔脫除氨氣后排入大氣;此過程中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)如下：

CO2 + NH3 ? NH2COONH4

NH2COONH4 + H2O ? NH4HCO3 + NH3

NH3 + H2O ? NH4OH

NH4HCO3 + NH4OH ? (NH4)2CO3 + H2O

(NH4)2CO3 + CO2 + H2O ? 2NH4HCO3

以上反應(yīng)均為可逆反應(yīng);

CO2吸收塔底富液經(jīng)過加熱處理得到高濃度的二氧化碳、氨氣和水的混合氣體;混合氣體經(jīng)氨洗滌塔水洗吸收氨氣后分離出二氧化碳和水蒸汽;混合氣體經(jīng)過干燥后得到純二氧化碳?xì)怏w。

4.NH4HCO3 ? CO2 + NH3 + H2O

3)收集的二氧化碳?xì)怏w可用于堿壓煮工序中小蘇打的回收利用。

5.權(quán)利要求2所述的一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用方法，其特征是回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理的煙氣指標(biāo)為：粉塵濃度≤5mg/m3，SO2濃度≤10mg/m3，NOx濃度≤10mg/m3。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于有色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，涉及鎢冶煉煙氣中二氧化碳的捕集和利用。

背景技術(shù)

[0002]鎢冶煉是高耗能高排放的八大行業(yè)之一。鎢冶煉工藝主要包含仲鎢酸銨和氧化鎢生產(chǎn)，廢氣產(chǎn)生自三條工序：(1)回轉(zhuǎn)窯燃燒化石燃料產(chǎn)生的煙氣;(2)鎢酸鈉蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的含氨廢氣;(3)萃取工序產(chǎn)生的酸性氣體。目前，煙氣經(jīng)過除塵脫硫后直接排放，未對(duì)二氧化碳進(jìn)一步處理。

[0003]目前碳捕集技術(shù)有燃燒前捕集、燃燒后捕集與富氧燃燒，其中燃燒后捕集的醇胺吸收法是廣泛應(yīng)用的碳捕集方法。醇胺法捕集二氧化碳前期投入大，適用于年捕集量大于十萬噸的行業(yè)。鎢冶煉過程中的碳排放主要源于回轉(zhuǎn)窯，其他生產(chǎn)階段如蒸發(fā)結(jié)晶鎢酸鈉和氧化鎢生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣主要為氨氣，大部分鎢冶煉工廠的碳排放量規(guī)模不足十萬噸，且新建項(xiàng)目較少，部署醇胺碳捕集系統(tǒng)可能會(huì)面臨資產(chǎn)擱置的風(fēng)險(xiǎn)。

[0004]因此，設(shè)計(jì)以一種與鎢冶煉工藝相匹配的碳捕集方法對(duì)鎢冶煉行業(yè)未來的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用系統(tǒng)及其方法，通過利用鎢冶煉工藝流程本身存在的含氨廢氣捕集回轉(zhuǎn)窯煙氣中的二氧化碳，捕集后的二氧化碳還可用于冷凍回收小蘇打;該方法與醇胺吸收法相比，無需額外配備吸收劑，氨氣和二氧化碳都是封閉循環(huán)利用，更加節(jié)省能源，降低了碳捕集成本。

[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案。

[0007]本發(fā)明所述的一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用系統(tǒng)，包括回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理單元、含氨廢氣再利用單元、二氧化碳吸收解吸單元和二氧化碳利用單元。

[0008]所述的回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理單元，包括布袋除塵、水膜除塵和堿液噴淋脫硫，經(jīng)預(yù)處理的煙氣滿足二氧化碳吸收與解吸單元的CO2吸收塔入口要求：粉塵濃度≤5mg/m3，SO2濃度≤10mg/m3，NOx濃度≤10mg/m3，煙氣溫度≤45°C。優(yōu)選的將煙氣溫度控制在25~45°C之間。

[0009]所述的含氨廢氣再利用單元，包括風(fēng)機(jī)、冷凝器、氨吸收塔。蒸發(fā)結(jié)晶的含氨廢氣通過風(fēng)機(jī)送往氨吸收塔，氨吸收塔中有噴霧泵，含氨廢氣與噴霧狀的水循環(huán)接觸產(chǎn)生稀氨水。產(chǎn)生的稀氨水落入塔底，與另三路氨水匯合，調(diào)整至合適濃度后送往CO2吸收塔內(nèi)。

[0010]所述的二氧化碳吸收與解吸單元，包括用于吸收CO2的CO2吸收塔、用于解吸CO2的CO2解吸塔、用于吸收含氨廢氣的氨吸收塔、用于洗滌氣流中的氨的氨洗滌塔，以及用于換熱的貧富液換熱器、混合氨換熱器、及解吸塔冷凝器、用于分離氣流中水分的氣液分離器、用于壓縮CO2的CO2壓縮機(jī)及CO2儲(chǔ)存罐。

[0011]經(jīng)過預(yù)處理的煙氣自CO2吸收塔底部逆流與頂部噴出的氨水接觸，吸收了CO2的塔底富液經(jīng)過富液泵和貧富液換熱器從CO2解析塔上部入口進(jìn)入CO2解吸塔中解吸;CO2解吸塔下部與貧富液換熱器熱股物流入口相連，CO2解吸塔上部氣體出口與氨洗滌塔相連，氨洗滌塔上方出口的純CO2氣體依次進(jìn)入解吸塔冷凝器、氣液分離器、壓縮機(jī)、CO2儲(chǔ)罐，完成CO2的提純與儲(chǔ)存;氨吸收塔下部的含氨廢氣逆流與上部入水口的噴霧水接觸，產(chǎn)生的氨水落入塔底;補(bǔ)充的新鮮氨水溶液、經(jīng)氨吸收塔吸收產(chǎn)生的稀氨水、經(jīng)氨洗滌塔洗滌的氨水溶液和經(jīng)CO2解吸塔解吸的氨水貧液等四路氨水經(jīng)過氨水調(diào)配罐調(diào)配至合適濃度，后經(jīng)過混合氨水換熱器、混合液泵送入CO2吸收塔的上部。

[0012]所述的二氧化碳利用單元，包括攪拌器、冷凍機(jī)。將CO2儲(chǔ)罐中的CO2通入鎢酸鈉母液中，pH降低至8.8后停止通氣，保持母液在2℃下持續(xù)攪拌，2小時(shí)后母液中析出碳酸鈉和碳酸氫鈉晶體，完成鎢酸鈉溶液中小蘇打回收。

[0013]上述所述各單元之間以氣體或液體管道相連。煙氣預(yù)處理單元與二氧化碳吸收與解吸單元通過煙氣管道連接，管道將預(yù)處理單元尾端的粉塵濃度≤5mg/m3，SO2濃度≤10mg/m3，NOx濃度≤10mg/m3，煙氣溫度在25~45°C之間的煙氣送入二氧化碳吸收塔下部;含氨廢氣處理單元與CO2吸收塔、CO2解吸塔通過液體循環(huán)管道相連。四路氨水，分別為補(bǔ)充的新鮮氨水，氨吸收塔中形成的稀氨水，CO2解吸塔下部中的貧液及氨洗滌塔洗滌的氨水溶液，經(jīng)過氨水調(diào)配罐調(diào)配至所需濃度，調(diào)配罐內(nèi)有氨濃度檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氨水濃度，完成濃度調(diào)配后通過循環(huán)氨水泵送至CO2吸收塔內(nèi)。

[0014]本發(fā)明所述的一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用方法，包括如下步驟：

1)回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理：回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的煙氣通過布袋和水膜除塵，繼續(xù)堿液濕法脫硫處理，經(jīng)過除塵脫硫的煙氣輸出接到CO2吸收塔。

[0015]2)蒸發(fā)結(jié)晶工序產(chǎn)生的氨氣經(jīng)冷凝、水循環(huán)噴淋產(chǎn)生稀氨水，與其他三路氨水匯合調(diào)配達(dá)到濃度8~12/wt%后從CO2吸收塔頂噴入CO2吸收塔內(nèi)，與煙氣逆流接觸，煙氣中的二氧化碳與氨氣反應(yīng)，生產(chǎn)的碳酸氫銨匯集于CO2吸收塔塔底。脫碳處理的煙氣進(jìn)入氨洗滌塔脫除氨氣后排入大氣。此過程中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)如下：

CO2 + NH3 ? NH2COONH4

NH2COONH4 + H2O ? NH4HCO3 + NH3

NH3 + H2O ? NH4OH

NH4HCO3 + NH4OH ? (NH4)2CO3 + H2O

(NH4)2CO3 + CO2 + H2O ? 2NH4HCO3

以上反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。

[0016]CO2吸收塔底富液經(jīng)過加熱處理得到高濃度的二氧化碳、氨氣和水的混合氣體?；旌蠚怏w經(jīng)氨洗滌塔水洗吸收氨氣后分離出二氧化碳和水蒸汽?；旌蠚怏w經(jīng)過干燥后得到純二氧化碳?xì)怏w。

[0017]NH4HCO3 ? CO2 + NH3 + H2O

3)收集的二氧化碳?xì)怏w可用于堿壓煮工序中小蘇打的回收利用。

[0018]本發(fā)明提供的方法具有以下有益效果：(1)將鎢冶煉煙氣中的CO2進(jìn)行有效捕集，有利于減少溫室氣體排放，助力打造零碳鎢產(chǎn)品，避免了未來產(chǎn)品出口過程中可能碰到的綠色交易壁壘。(2)有效利用了鎢冶煉過程中產(chǎn)生的廢氣和捕集的CO2。直接利用蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的氨氣吸收二氧化碳，避免引入額外的二氧化碳吸收劑，降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢物利用。而捕集的二氧化碳可用于冷凍回收碳酸鈉，二氧化碳的原地利用能夠減少因運(yùn)輸需要而產(chǎn)生的額外的能量，從而大大降低了CO2處置成本。

附圖說明

[0019]圖1為本發(fā)明包含鎢冶煉中仲鎢酸銨生產(chǎn)的工藝流程圖。

[0020]圖2為本發(fā)明CO2吸收與解吸單元設(shè)備流程圖。其中，1為經(jīng)過預(yù)處理的煙氣;2為CO2吸收塔;3為富液泵;4為貧富液換熱器;5為CO2解吸塔;6為新鮮氨水;7為液體混合罐;8為混合氨水換熱器;9為混合液泵;10為工藝水;11為含氨廢氣;12為氨吸收塔;13為氨洗滌塔;14為解吸塔冷凝器;15為氣液分離器;16為CO2壓縮機(jī);17為CO2儲(chǔ)罐;18為排氣口。

具體實(shí)施方式

[0021]本發(fā)明將結(jié)合附圖通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。

[0022]本實(shí)施例所述的一種鎢冶煉廢氣資源化的碳捕集和利用系統(tǒng)，包括回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理單元、含氨廢氣再利用單元、二氧化碳吸收解吸單元和二氧化碳利用單元。

[0023]所述的回轉(zhuǎn)窯煙氣預(yù)處理單元，包括布袋除塵、水膜除塵和堿液噴淋除二氧化硫，經(jīng)預(yù)處理的煙氣滿足二氧化碳吸收與解吸單元的CO2吸收塔2入口要求：粉塵濃度≤5mg/m3，SO2濃度≤10mg/m3，NOx濃度≤10mg/m3。煙氣溫度≤45°C，優(yōu)選的將煙氣溫度控制在25~45°C之間。

[0024]所述的二氧化碳吸收與解吸單元。如圖2所示，包括用于吸收CO2的CO2吸收塔2、用于解吸CO2的CO2解吸塔5、用于吸收含氨廢氣的氨吸收塔12、用于洗滌氣流中的氨的氨洗滌塔13，以及用于換熱的貧富液換熱器4、混合氨換熱器8、及解吸塔冷凝器14、用于分離氣流中水分的氣液分離器15、用于壓縮CO2的CO2壓縮機(jī)16及CO2儲(chǔ)存罐17。

[0025]經(jīng)過預(yù)處理的煙氣1自CO2吸收塔2底部逆流與頂部噴出的氨水接觸，吸收了CO2的塔底富液經(jīng)過富液泵3和貧富液換熱器4從CO2解析塔5上部入口進(jìn)入CO2解吸塔5中解吸;CO2解吸塔5下部與貧富液換熱器4熱股物流入口相連，CO2解吸塔5上部氣體出口與氨洗滌塔13相連，氨洗滌塔13上方出口的純CO2氣體依次進(jìn)入解吸塔冷凝器14、氣液分離器15、壓縮機(jī)16、CO2儲(chǔ)罐17，完成CO2的提純與儲(chǔ)存;氨吸收塔12下部的含氨廢氣11逆流與上部入水口的噴霧水10接觸，產(chǎn)生的氨水落入塔底;補(bǔ)充的新鮮氨水溶液6、經(jīng)氨吸收塔12吸收產(chǎn)生的稀氨水、經(jīng)氨洗滌塔13洗滌的氨水溶液和經(jīng)CO2解吸塔5解吸的氨水貧液等四路氨水經(jīng)過氨水調(diào)配罐7調(diào)配至合適濃度，后經(jīng)過混合氨水換熱器8、混合液泵9送入CO2吸收塔2的上部。

[0026]上述設(shè)備對(duì)應(yīng)的工作流程如下：

回轉(zhuǎn)窯煙氣經(jīng)過預(yù)處理除塵脫硫后，由CO2吸收塔2下部的煙氣入口1與逆流的氨水相接觸，二氧化碳濃度為12%的煙氣與濃度為8~12wt%的充分逆流接觸，CO2吸收塔中的反應(yīng)溫度可控制在25~45℃的范圍，反應(yīng)壓力為常壓，在該反應(yīng)條件下，二氧化碳與氨水快速發(fā)生反應(yīng)，二氧化碳被迅速吸收。氨水吸收了二氧化碳的清潔煙氣可直接從排氣口18排入大氣。

[0027]吸收了二氧化碳的富液碳酸氫銨溶液聚集在CO2吸收塔2底部，經(jīng)過富液泵3輸送到貧富液換熱器4，然后從CO2解吸塔5上部送入塔內(nèi)。進(jìn)入CO2解吸塔5的碳酸氫銨富液在塔內(nèi)再沸器的作用下加熱至100~150℃，碳酸氫銨發(fā)生逆反應(yīng)，解吸出高濃度的CO2，同時(shí)碳酸氫銨溶液由富液變?yōu)榘彼氁骸?br />
[0028]CO2解吸塔2上方出來的高濃度氣流進(jìn)入氨洗滌塔13下部，工藝水10自上而下與混合氣流接觸，氣流中的氨氣被水吸收形成低濃度的氨水溶液。該步驟形成的洗滌氨水溶液與補(bǔ)充的新鮮氨水6、CO2吸收塔2形成的稀氨水溶液及解析后的氨水貧液混合后經(jīng)過氨水調(diào)配罐7、混合氨水換熱器8和混合液泵9重新進(jìn)入CO2吸收塔2的上部。

[0029]脫氨后的高濃度CO2氣流進(jìn)入解吸塔冷凝器14與氣液分離器15，其中的水蒸氣被冷凝為水，純度為99%的CO2經(jīng)過CO2壓縮機(jī)16壓縮后，在CO2儲(chǔ)罐17中儲(chǔ)存。

[0030]所述的二氧化碳再利用單元，包括攪拌器、冷凍機(jī)。首先對(duì)堿性浸出液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，對(duì)濃縮液冷卻降溫后，溫度降到10℃后，以10轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速攪拌，繼續(xù)冷凍降溫至5℃后保溫2小時(shí)，過濾后得到碳酸鈉晶體和結(jié)晶母液I。將結(jié)晶母液I在2℃下繼續(xù)以10轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，同時(shí)通入二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)溶液pH降至8.8后停止通入CO2，繼續(xù)攪拌2小時(shí)后過濾得到碳酸氫鈉晶體和濾液。

說明書附圖(2)