白云石灰煙氣脫硫降碳發(fā)電生產(chǎn)碳酸鎂系列產(chǎn)品工藝的制作方法
白云石灰煙氣脫硫降碳發(fā)電生產(chǎn)碳酸鎂系列產(chǎn)品工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到燃煤煙氣余熱發(fā)電，白云石灰煙氣脫硫，煙氣二氧化碳碳化白云石灰乳降碳，窯氣熱污染轉變成電能滿足系統(tǒng)大部分動力消耗，發(fā)電排出二次低位熱能蒸汽干燥系統(tǒng)產(chǎn)品輕質碳酸鎂、氫氧化鎂和輕質碳酸鈣，干燥產(chǎn)品后的三次低位熱能熱水用來供暖并返回發(fā)電廢熱鍋爐，脫硫產(chǎn)物制取石膏實現(xiàn)廢棄物零排放聯(lián)合工藝。屬燃煤煙氣控制【技術領域】。其利用系統(tǒng)氫氧化鎂直接與白云石灰降碳形成的重鎂水直接復分解生產(chǎn)輕質碳酸鎂的方法開創(chuàng)了新鎂鹽生產(chǎn)先河，為現(xiàn)代燃煤工業(yè)行業(yè)與鎂鹽化工結合指明了新的發(fā)展方向，提供了有力技術支撐，特別是為以燃煤和礦山資源為優(yōu)勢的行業(yè)生存指明了出路。
【專利說明】白云石灰煙氣脫硫降碳發(fā)電生產(chǎn)碳酸鎂系列產(chǎn)品工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于二氧化硫污染控制【技術領域】。涉及到燃煤煙氣余熱發(fā)電，白云石灰煙氣脫硫，煙氣二氧化碳碳化白云石灰乳降碳，發(fā)電二次低位熱能蒸汽干燥輕質碳酸鎂、氫氧化鎂和輕質碳酸鈣，干燥器冷凝水一一三次低位熱能熱水供暖或者循環(huán)回廢熱鍋爐，以及脫硫產(chǎn)物制取石膏實現(xiàn)過程廢棄物零排放的燃煤窯爐煙氣余熱利用、脫硫降碳和制取有價產(chǎn)品聯(lián)合工藝。
【背景技術】
[0002]硫氧化物SOx主要指二氧化硫和三氧化硫是造成空氣污染形成霧霾天氣現(xiàn)象的主要物質之一，對環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟發(fā)展和人體健康危害很大。
[0003]二氧化碳CO2是造成溫室效應的主要原因。
[0004]隨著工業(yè)發(fā)展速度增快，煤資源越來越緊張，煤種變化越來越大，含硫量高(高硫煤1% -4% )的煤種用量逐年增多，導致我國SOj^P CO2排放強度已經(jīng)遠高于世界平均水平，嚴重破壞了人類和社會生存與發(fā)展環(huán)境。淘汰落后產(chǎn)能、調整工業(yè)企業(yè)結構、加快企業(yè)升級改造、強制限制和拆除污染裝備、勒令關閉污染企業(yè)經(jīng)營等等國家及地方政府的舉措毫不留情地進一步實施。圍繞環(huán)境污染整治，發(fā)展經(jīng)濟建設，解決社會民生問題也急迫擺在政府和各級職能部門。全社會都聚焦在嚴肅整治污染與發(fā)展經(jīng)濟建設的矛盾體這個嚴重問題上。鼓勵企業(yè)實施環(huán)保新工藝、使用潔凈能源、征集環(huán)境治理救活優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)有效辦法、招標解決專項環(huán)保技術難題、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術工藝的相關政策層出不窮。能源型特別是煤炭資源與礦產(chǎn)資源結合型產(chǎn)業(yè)在生死抉擇面前遭遇從來沒有遇到的最嚴重挑戰(zhàn)。
[0005]針對口益嚴峻環(huán)境的霧霾和空氣質量惡化，國家實施了 PM2.5空氣質量檢測并對檢測結果予以實時公布。長期結果顯示:華北是受霧霾影響的重災區(qū)，在重災區(qū)中京津冀地區(qū)霧霾和空氣質量尤其嚴重。在全國污染最嚴重的前十個城市中，河北省占到7個。在河北省這七個城市中，邢臺市進入第一名的幾率十分穩(wěn)定，是全國空氣污染的熱點。
[0006]邢臺市位于河北省南部，太行山東麓，是一個以礦、煤炭、冶金、焦化玻璃、水泥、機械加工等為優(yōu)勢的粗放型資源加工為主業(yè)的中型城市，靠山吃山是當?shù)囟嗄炅晳T。
[0007]以邢臺環(huán)境治理為例，這幾年來市委市政府和各級職能部門十分重視，出臺了一系列治理政策，采取了一系列強硬措施，提出了“還我青山綠水”的口號，發(fā)動了“全民洗城”運動，強硬實施“節(jié)能減排”計劃，嚴厲拆除污染裝備，高標準淘汰了落后產(chǎn)能工藝，強制關閉污染企業(yè)，特別是采用“一刀切”手段大面積成行業(yè)關停了以燃煤為能源的礦山粗加工企業(yè)和工業(yè)企業(yè)。
[0008]以邢臺縣西部山區(qū)和丘陵地區(qū)的石灰石、白云石開采與加工為主的石灰煅燒行業(yè)為例，在這種資源聚集的20平方公里范圍內，集中豎立著大小石灰窯爐500個左右，每個石灰窯平均日產(chǎn)石灰能力達到60-100噸，單窯日燒煤(含硫量2%左右)12噸以上，這樣每個石灰窯日排硫達到0.25噸，折合二氧化硫0.75噸，排放二氧化碳達到40噸以上。若這500個石灰窯連續(xù)生產(chǎn)，則日排放到空氣中的二氧化硫就達到375噸，二氧化碳達到2萬噸，這是個龐大的數(shù)字。盡管這些年淘汰了土窯、豎立了許多機械窯，特別是建立了不少集中化大型多座機械環(huán)保窯，并分別按照規(guī)劃建立了分別以石灰和白云石灰為主的兩個工業(yè)化園區(qū)，形成日產(chǎn)石灰(包括白云石灰)5萬噸能力，日工業(yè)產(chǎn)值達到1500萬元，日財稅收入超百萬的工業(yè)化規(guī)模，但是，由于沒有有效的脫硫降碳措施，在嚴峻的環(huán)保制度面前被政府忍痛關停了。這無疑是對企業(yè)主在經(jīng)濟上的致命打擊，也是政府財稅來源的巨大損失。
[0009]以“ 低開采、高利用、低排放”為準則，采取有效技術措施和系統(tǒng)工程手段給予這個行業(yè)于支持，在滿足環(huán)保要求基礎上救活這個行業(yè)是當務之急。僅僅依靠使用潔凈能源、限制燃煤能源等政策不能從現(xiàn)實根本上解決硫的治理和限制二氧化碳排放。必須站在實事求是角度，以科學原理為指導，采取綜合科技手段，攻克制約行業(yè)發(fā)展的技術難題，為燃煤行業(yè)提供能源合理利用、廢氣綜合治理并回收、經(jīng)濟上可行的行業(yè)生產(chǎn)與環(huán)保治理技術規(guī)范，使之造福人民造福社會。
[0010]燃煤工業(yè)窯爐是造成污染的主要原因，包括冶金行業(yè)的各種冶金爐、熱電廠蒸汽發(fā)電鍋爐、化工行業(yè)煅燒爐以及玻璃、水泥、陶瓷等諸多行業(yè)的燃煤工業(yè)爐。
[0011]就目前的脫硫技術而言，各種脫硫方法和技術五花八門，層出不窮。單就燃煤煙氣脫硫，特別是以熱電廠為主的燃煤煙氣脫硫，目前的脫硫技術是成熟和實用的，尤其是以氧化鎂或者氫氧化鎂脫硫技術，得到全世界認可。但是也存在投資大、運轉復雜，特別是還存在脫硫不除碳和脫硫后產(chǎn)物硫酸鎂稀釋溶液的排放形成二次地下水污染問題。在冶金、熱電、化工等規(guī)?；髽I(yè)，脫硫手段基本都在不同層面上實施，脫硫手段和存在問題與熱電廠大同小異。但是對于石灰生產(chǎn)行業(yè)，由于工藝古樸傳統(tǒng)、布局分散、集中化規(guī)模小、煙氣溫度相對較低并且遠離城市疏于監(jiān)管等原因，采取灰窯脫硫的鮮有發(fā)現(xiàn)。雖然在理論上這個技術同樣可以嫁接到石灰生產(chǎn)行業(yè)，滿足其脫硫技術需要，但是單純脫硫龐大的投資和成本卻是石灰行業(yè)的負擔。
[0012]本發(fā)明人在2011年02月14日向國家知識產(chǎn)權局專利局遞交了“白云石灰用于煙氣脫硫的方法”發(fā)明專利申請，申請?zhí)?201110039331.2，公開(公告)號:102172472A。該發(fā)明通過廉價MgCl2溶液巧妙解決了白云石灰鈣鎂分離問題，其過程中生成的Mg (OH) 2很好地解決了煙氣脫硫重要問題，也使得投入的白云石灰和補充的MgCl2溶液最終被制成了Mg (OH) 2或者MgO成品以及CaSO4.I / 2H20建筑石膏，極大降低了脫硫成本，并使得脫硫行為從純投入變成盈利成為現(xiàn)實。
[0013]這個方案雖然解決了燃煤煙氣脫硫主要問題，也合理解決了脫硫只投入不產(chǎn)出問題，但是他依然存在缺陷，一是沒有很好解決二氧化碳的減排和有價回收利用，二是在能源綜合利用和中間產(chǎn)物與其他化工單元聯(lián)合上還存在較大發(fā)展空間。特別是針對類似石灰等普通燃煤能耗生產(chǎn)行業(yè)，還需要提出更佳實施方案。
【發(fā)明內容】
[0014]本發(fā)明的目的是提供一種新的煙氣脫硫降碳聯(lián)合工藝，這種工藝以白云石灰為脫硫劑，使燃煤煙氣在余熱發(fā)電、脫硫降碳同時又充分利用系統(tǒng)熱能和系統(tǒng)物質特性，平衡生產(chǎn)輕質碳酸鎂系列產(chǎn)品，從化工生產(chǎn)角度提供一種環(huán)保節(jié)能系列產(chǎn)品新工藝。
[0015]本發(fā)明工藝廣泛適合各行各業(yè)的一般工業(yè)燃煤鍋爐燃煤(普通燃煤工業(yè)鍋爐)煙氣，之所以過多以石灰生產(chǎn)行業(yè)進行描述，一是石灰窯是最基本最原始的燃煤工業(yè)爐，其含硫含碳煙氣產(chǎn)生機理與其他工業(yè)爐并無不同；二是其煙氣溫度較其它燃煤工業(yè)爐相對較低，余熱利用相對困難；三是其產(chǎn)品附加值低，脫硫負擔較重，更具有說服力。
[0016]對石灰爐來講，這種工藝融合了煙氣脫硫和脫硫液轉化吸收、余熱發(fā)電和二次低位熱能蒸汽乃至多級熱能利用、白云石灰碳化法生產(chǎn)輕質碳酸鎂和碳酸鈣以及石灰和白云石灰生產(chǎn)工藝，形成了一個新的的聯(lián)合工藝，使原分離工藝在本聯(lián)合工藝中的優(yōu)點發(fā)揮到極致，在環(huán)保優(yōu)先基礎上實現(xiàn)了資源、能源實現(xiàn)了“減量化、再利用、再循環(huán)”。該聯(lián)合工藝原料來源充足、價格低廉、原理科學、反應迅捷、副產(chǎn)物具有較高使用價值和市場前景、固體物和廢水實現(xiàn)零排放標準。
[0017]對廣義燃煤工業(yè)(普通燃煤工業(yè)或者泛指燃煤工業(yè)窯爐)煙氣來說，本發(fā)明從整體上包括四個單元:
[0018]第一單元是煙氣產(chǎn)生和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒)。該單元的任務是通過燃煤工業(yè)窯爐燃燒和在灰窯中混加無煙煤、白云石獲得白云石灰和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣以及燃煤工業(yè)窯爐產(chǎn)出成品或者半成品。工業(yè)窯爐成品或者半成品用于銷售或者后續(xù)工藝加工，灰窯獲得的白云石灰部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)。
[0019]第二單元是余熱發(fā)電利用部分。該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫。
[0020]第三單元是煙氣脫硫部分。該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氧氧化鎂沉淀供第四部分直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂送第四單元干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0021]第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分。該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水進入液相，氧氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三部分氫氧化鎂沉淀直接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
[0022]本部分氫氧化鎂與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀是本發(fā)明的一個重要技術特征，該反應直接迅速，與傳統(tǒng)熱解法生產(chǎn)碳酸鎂相比具有巨大節(jié)能優(yōu)勢。
[0023]對廣義燃煤工業(yè)窯爐煙氣，本發(fā)明采取的工藝過程是:
[0024]首先在第一單元，實施白云石煅燒和燃煤工業(yè)窯爐煙氣產(chǎn)生。以無煙煤為燃料與白云石按照適合比 煤工業(yè)窯爐添加的原料轉化為相應成品或者半成品；同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣。
[0025]在第二單元，將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電，所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三部分脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)。
[0026]在第三單元，實施脫硫和回收石膏。首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca (OH) 2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH) 2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO4水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應，形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液，經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0027]第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn)，將第三單元經(jīng)過脫硫后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧 化鎂成品。
[0028]對石灰生產(chǎn)行業(yè)來說，本發(fā)明從整體上包括四個單元:
[0029]第一單元是石灰和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒)。該單元的任務是通過在石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、石灰石，在白云石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、白云石，煅燒后分別獲得石灰、白云石灰和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣。石灰可以形成商品出售；白云石灰可以部分作為商品出售，部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)。
[0030]實施這一單元時，主體設備是石灰煅燒窯(灰窯)。其灰窯的數(shù)量可以是一個或者多個。多個灰窯時，可以用集煙管道將若干個灰窯連接起來，使煙氣便于集中使用與處理，最好使用連體多座比如8座灰窯。白云石灰窯和石灰石窯的比例不受該工藝限制，以滿足系統(tǒng)對白云石灰的需要為主?？紤]到余熱利用效率，可以采取煙氣管道保溫、縮短管道長度等措施，使熱能按照由高到低合理運用。特別在考慮煙氣除塵時，應該先用熱后除塵以及講究處理方式，減少煙氣溫度損失。
[0031]第二單元是余熱發(fā)電利用部分。該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫。[0032]第三單元是煙氣脫硫部分。該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氫氧化鎂沉淀供第四單元直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0033]第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分。該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水(碳酸氫鎂)進入液相，氫氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三單元氫氧化鎂沉淀直接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
[0034]本部分氫氧化鎂與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀是本發(fā)明的一個重要技術特征，該反應直接迅速，與傳統(tǒng)熱解法生產(chǎn)碳酸鎂相比具有巨大節(jié)能優(yōu)勢。[0035]以石灰生產(chǎn)為例，本發(fā)明采取的工藝過程是:
[0036]首先在第一單元，實施白云石以及石灰石的煅燒。以無煙煤為燃料與白云石或者石灰石按照適合比例分別投入白z?石煅燒窯(灰窯)或者石灰煅燒窯(灰窯)煅燒，使白云石(MgCO3.CaCO3)轉化為白云石灰(Mg0.CaO),石灰石(CaCO3)轉化為石灰(CaO);同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣。
[0037]在第二單元，將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電，所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三單元脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)。
[0038]為了提高余熱利用效率，可以采取煙氣保溫措施，減少煙氣溫降，提高一次余熱發(fā)電效率。發(fā)電后蒸汽輸送，也應該采取保溫措施，以提高二次余熱蒸汽的溫度，提高干燥效果。干燥后的三次余熱基本變成80攝氏度左右的熱水，可用于采暖，也可用于發(fā)電余熱鍋爐使用，更可以先采暖后返回余熱鍋爐。
[0039]在第三單元，實施脫硫和回收石膏。首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca (OH) 2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH) 2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO4水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應，形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液，經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0040]第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn)，將第三單元經(jīng)過脫疏后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧化鎂成品。
[0041]本發(fā)明依據(jù)的化學反應原理是:
[0042]石灰石鍛燒CaCO3 — Ca0+C02 丨(I)
[0043]白云石煅燒MgCO3.CaCO3 — Mg0.Ca0+2C02 丨 (2)
[0044]水解消化Mg0.Ca0+2H20 — Mg (OH) 2.Ca (OH) 2 (3 )
[0045]鈣鎂分離Mg (OH) 2.Ca (OH) 2+MgCL2 — 2Mg (OH) 2 丨 +CaCL2(4)
[0046]SO2 脫除 Mg (OH) 2+S02+02 — MgS04+H20(5)
[0047]SO3 脫除 Mg (OH) 2+S03 — MgS04+H20(6)
[0048]白云石灰漿碳化Mg (OH) 2.Ca (OH) 2+3C02 — Mg (HCO3) 2+CaC03 丨 +H2O (7)
[0049]堿式碳酸鎂轉化2Mg (HCO3) 2+3Mg (OH) 2 — 4MgC03.Mg (OH) 2.4H20 (8)
[0050]石膏沉淀MgS04+CaCL2+2H20 — CaSO4.2H20 丨 +MgCL2(9)
[0051]以石灰生產(chǎn)工藝為例，本發(fā)明采取以下技術方案和步驟得以實現(xiàn):
[0052]①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照5-8: I重量比混合裝入石灰窯上部，在850 - 110(TC煅燒溫度下，燒成石灰CaO并分解出二氧化碳CO2,石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。為了提高窯爐煙氣出口溫度，為發(fā)電提供優(yōu)勢條件，在不影響石灰窯正常操作情況下，可適度調整無煙煤比例。其反應原理如化學方程式(I)所示。
[0053]②白云石煅燒步驟:將白云石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照8-10: I重量比混合裝入白云石灰窯上部，控制溫度850 - 1100°C，燒成白云石灰Mg0.CaO并分解出二氧化碳CO2,白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。為了調整窯爐煙氣出口溫度，為發(fā)電提供優(yōu)勢條件，在不影響石灰窯正常操作情況下，可適度提高無煙煤比例。其反應原理如化學方程式(2)所示。
[0054]③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 3 — 8重量比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳，消化用水可用Mg(OH)2沉淀洗滌水。其反應原理如化學方程式(3)所示。
[0055]④鈣鎂分離步驟:將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg(OH)2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)過濾洗滌使二者分離分別得到Mg(OH)2濾餅和CaCL2溶液。其反應原理如化學方程式⑷所示。
[0056]⑤余熱利用步驟:將石灰窯或者石灰窯組(多座石灰窯)以及白云石灰窯或者白云石灰窯組(多座白云石灰窯)的煙氣引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水(80°C左右三次低位熱能熱水)或者提供生活供暖后返回廢熱鍋爐或者直接送回廢熱鍋爐系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)熱能。
[0057]⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1:2 — 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液。將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程,得到的未反應的Mg (OH) 2楽:狀物或者濾餅返回本步驟并調和成料漿重復使用。脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序。其反應原理如化學方程式(5)和(6)所示。
[0058]⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2H20沉淀和MgCL2溶液的上清液。經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的CaSO4.2H20可以直接作為成品出售，可做為水泥廠配料；經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離。其反應原理如化學方程式(9)所示。
[0059]⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿送入噴淋或者噴霧碳化塔頂部，以分散方式自上而下與自下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工 序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣。到此，煙氣中的硫氧化物得到脫除，二氧化碳得到吸收轉化，煙氣余熱也得到充分利用，尾氣可以排空。其反應原理如化學方程式如
(7)所示。
[0060]⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中進行復分解反應得到得到堿式碳酸鎂。其反應原理如化學方程式如
(8)所示。
[0061]⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。硫酸鈣(石膏)經(jīng)自然風干造粒后供水泥廠。
[0062]此外，步驟⑩產(chǎn)品干燥工序后的二次低位熱能蒸汽變成了三次低位熱能熱水，其熱水出口溫度在60-80°C之間，可以作為生活等供暖使用，也可直接返回至廢熱鍋爐用水，可充分利用熱源。作為供暖使用后，其取暖換熱后水仍然有利于廢熱鍋爐使用。
[0063]本發(fā)明實施過程所涉及的一系列化學反應，在通常煙氣處理條件下，反應迅速徹底，對溫度、濃度、壓力條件的要求不高，實踐中可以根據(jù)具體的煙氣指標和原料供應條件加以靈活運用，以滿足整個過程物料輸送順暢、操作方便為宜。
[0064]本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點:[0065]與氧化鎂或者氫氧化鎂特別是與“白云石灰用于煙氣脫硫的方法”脫硫原理和工藝相比，除有效解決了煙氣脫硫外，還解決了二氧化碳的回收利用，特別是巧妙將煙氣脫硫、余熱發(fā)電、石灰(或者燃煤工業(yè)其他行業(yè))生產(chǎn)與輕質碳酸鎂生產(chǎn)有機結合實現(xiàn)了圓滿工藝閉合。在脫硫降碳同時，將熱能利用到極致；在系統(tǒng)物料平衡利用時，把輕質碳酸鎂生產(chǎn)新工藝節(jié)能、降耗、高效的優(yōu)點發(fā)揮到極致；在考慮以燃煤煙氣環(huán)保難題時，把石灰生產(chǎn)企業(yè)新的出路展現(xiàn)到極致。投入的白云石、石灰石變成了石灰產(chǎn)品，燃煤煙氣和窯氣被制成了碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鎂和石膏產(chǎn)品，窯氣余熱的熱污染被轉變成電能滿足了系統(tǒng)大部分動力消耗，發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽用來干燥系統(tǒng)產(chǎn)品，干燥產(chǎn)品后的三次低位熱能熱水用來供暖并返回發(fā)電廢熱鍋爐，燃煤煙氣的最終尾氣不僅脫了硫還降了碳，在極大降低成本同時，真正意義上解決了石灰生產(chǎn)、碳酸鎂生產(chǎn)、脫硫過程和余熱發(fā)電廢氣、廢渣和廢水零排放問題，為現(xiàn)代環(huán)境治理提供了有力技術支撐，為燃煤工業(yè)企業(yè)指明了出路，為以礦山資源優(yōu)勢為本的地區(qū)發(fā)展經(jīng)濟提供了依據(jù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0066]圖1:本發(fā)明廣義燃煤煙氣聯(lián)合工藝單元構成及功能示意圖。
[0067]圖2:本發(fā)明廣義燃煤煙氣聯(lián)合工藝流程示意圖。
[0068]圖3:本發(fā)明石灰窯燃煤煙氣聯(lián)合工藝單元構成及功能示意圖。
[0069]圖4:本發(fā)明石灰窯燃煤煙氣聯(lián)合工藝流程示意圖。
[0070]圖1從普通燃煤煙氣展示本發(fā)明聯(lián)合工藝的單元構成及功能區(qū)分，其中原料是指不同行業(yè)入爐的相關原料，相當于圖3中石灰石；成品和半成品是指不同行業(yè)經(jīng)工業(yè)爐加工出的產(chǎn)物，相當于圖3中的石灰；工業(yè)爐是指不同行業(yè)不同用途的燃煤工業(yè)爐，相當于圖3中煅燒石灰石的灰窯。詳細構成與功能參考圖3【專利附圖】
【附圖說明】。
[0071]圖2從普通燃煤煙氣展示本發(fā)明聯(lián)合工藝工藝流程，參考圖4【專利附圖】
【附圖說明】。
[0072] 圖3從石灰生產(chǎn)行業(yè)總體上將本發(fā)明按照專業(yè)劃分出石灰煅燒、余熱發(fā)電、煙氣脫硫、碳化降碳四個單元的結合，展示出四個單元的聯(lián)系關系和各單元的功能。從熱能利用角度看，首先從第一單元灰窯出來的余熱煙氣先進入第二單元廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽(一次蒸汽)驅動發(fā)電機組(裝置)發(fā)電的，發(fā)出的電可以轉化成光能、動能和熱能多種形式；其次從第二單元發(fā)電機組出來的二次蒸汽(在此稱為二次低位熱能蒸汽)被第四單元用來干燥碳酸鈣、碳酸鎂和氫氧化鎂產(chǎn)品，熱交換得到合理運用；再其次是經(jīng)過第四單元干燥后，蒸汽冷凝相變成了熱水(也可以稱三次低位熱能熱水)，熱水循環(huán)返回到廢熱鍋爐，當然，在返回廢熱鍋爐前還可以供暖等再次利用。從脫硫降碳角度看，熱交換后的含硫(SOx)含碳(CO2)煙氣或者稱爐氣的脫硫降碳過程是先在第三單元完成脫硫，再送往第四單元降碳碳化的，碳化過程中，含硫(SOx)爐氣在氫氧化鈣存在時得到進一步脫硫形成硫酸鈣，而大部分含碳(CO2)煙氣被白云石灰漿吸收變成碳酸氫鎂(重鎂水)和碳酸鈣，因而，所排放的脫硫降碳爐氣尾氣是低碳潔凈的。從物料走向來看，石灰石變成了石灰成品；白云石分別被變成了輕質碳酸鎂、氫氧化鎂中高端產(chǎn)品，即使多余的白云石灰也可以參考石灰作為成品用于諸多行業(yè)比如電廠脫硫；煤質中的硫也被脫硫形成硫酸鎂最終形成了石膏低值產(chǎn)品而用于水泥等行業(yè)。由此可見，本飛發(fā)明聯(lián)合工藝是一個理論上封閉平衡體系，實現(xiàn)了石灰生產(chǎn)、發(fā)電和鎂鹽生產(chǎn)的廢棄物零排放，十分適合當今嚴厲環(huán)保政策下燃煤窯爐企業(yè)謀求生存和出路的可靠保證，且能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0073]圖4展示了本發(fā)明對石灰生產(chǎn)行業(yè)整體工藝流程圖，合并了石灰工藝、余熱發(fā)電工藝、脫硫工藝、降碳碳化生產(chǎn)鎂鹽工藝的流程融合以及技術步驟走向，生動具體明示了本發(fā)明聯(lián)合工藝的過程，對公眾實施本發(fā)明提供了詳細技術支撐。
[0074]值得提示的是，在圖2表示的流程圖中，關于氫氧化鎂的干燥使用第二單元二次低位熱能蒸汽涉及的流程線并沒有標出，特在此聲明。不標出的原因是為了流程圖布局的美觀和整潔。
【具體實施方式】
[0075]現(xiàn)通過實施例就本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0076]①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照8:1重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差，控制煅燒溫度850 — 1100°C之間，燒成石灰CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出的二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形式從灰窯上部或者頂部順管道由引風機排出，石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。
[0077]②白云石煅燒步驟:將 白云石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照7: I重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差在200°C以上，控制煅燒溫度900 - 1050°C之間，燒成白云石灰Mg0.CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形勢從灰窯上部或者頂部順管道排出，白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。
[0078]③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 8重量比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳。
[0079]④鈣鎂分離步驟:在反應器中攪拌作用下將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg (OH) 2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)壓濾洗滌使二者分離分別得到Mg(OH)2濾餅和CaCL2溶液。
[0080]⑤余熱利用步驟:將石灰窯以及白云石灰窯的煙氣合并，引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水返回廢熱鍋爐系統(tǒng)用于余熱發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽。
[0081]⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1: 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液。將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程，得到的未反應的Mg (OH) 2漿狀物返回本步驟并調和成料漿重復使用。脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序。[0082]⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2H20沉淀和MgCL2溶液的上清液。經(jīng)沉降分離出的CaSO4.2H20可以直接作為成品出售，經(jīng)沉降分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離。
[0083]⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿泵入噴淋碳化塔頂部，以分散方式自上而下與白下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液經(jīng)壓濾分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣，尾氣排空。
[0084]⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中混合攪拌進行復分解反應得到堿式碳酸鎂。
[0085]⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0086]此外，步驟⑩產(chǎn)品干燥工序后的二次低位熱能蒸汽變成了三次低位熱能熱水，其熱水出口溫度在60-80°C之間，可以作 為生活等供暖使用，也可直接返回至廢熱鍋爐用水，可充分利用熱源。作為供暖使用后，其取暖換熱后水仍然有利于廢熱鍋爐使用。
【權利要求】
1.一種白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，包括四個單元: 第一單元是煙氣產(chǎn)生和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒):該單元的任務是通過燃煤工業(yè)窯爐燃燒和在灰窯中混加無煙煤、白云石獲得白云石灰和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣以及燃煤工業(yè)窯爐產(chǎn)出成品或者半成品；燃煤工業(yè)窯爐成品或者半成品用于銷售或者后續(xù)工藝加工，灰窯獲得的白云石灰部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)； 第二單元是余熱發(fā)電利用部分:該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫； 第三單元是煙氣脫硫部分:該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氫氧化鎂沉淀供第四單元直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂送第四單元干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分:該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水進入液相，氫氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三部分氫氧化鎂沉淀直 接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其工藝過程特征在于: 首先在第一單元，實施白云石煅燒和燃煤工業(yè)鍋爐煙氣產(chǎn)生，以無煙煤為燃料與白云石按照適合比例投入白云石煅燒窯(灰窯)煅燒，使白云石(MgCO3.CaCO3)轉化為白云石灰(Mg0.CaO)，燃煤工業(yè)鍋爐添加的原料轉化為相應成品或者半成品；同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣； 在第二單元，將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電，所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三部分脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)； 在第三單元，實施脫硫和回收石膏:首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca(OH)2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH)2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO1水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應,形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液,經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn):將第三單元經(jīng)過脫硫后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧化鎂成品。
3.根據(jù)權利要求1所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，所述的燃煤工業(yè)窯爐為石灰窯，其特征在于從整體上包括四個單元: 第一單元是石灰和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒):該單元的任務是通過在石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、石灰石，在白云石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、白云石，煅燒后分別獲得石灰、白云石灰 和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣；石灰可以形成商品出售；白云石灰部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)； 第二單元是余熱發(fā)電利用部分:該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫； 第三單元是煙氣脫硫部分:該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氫氧化鎂沉淀供第四單元直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分:該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水(碳酸氫鎂)進入液相，氫氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三單元氫氧化鎂沉淀直接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
4.根據(jù)權利要求3所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其工藝過程特征在于: 首先在第一單元，實施白云石以及石灰石的煅燒:以無煙煤為燃料與白云石或者石灰石按照適合比例分別投入白云石煅燒窯或者石灰煅燒窯煅燒，使白云石(MgCO3.CaCO3)轉化為白云石灰(Mg0.CaO)，石灰石(CaCO3)轉化為石灰(CaO);同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣； 在第二單元， 將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電:所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三部分脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)； 在第三單元，實施脫硫和回收石膏:首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca(OH)2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH)2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO4水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應,形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液,經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn):將第三單元經(jīng)過脫硫后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧化鎂成品。
5.根據(jù)權利要求3或者4所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其技術方案和步驟特征在于: ①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照5-8: I重量比混合裝入石灰窯上部，在850 - 110(TC煅燒溫度下，燒成石灰CaO并分解出二氧化碳CO2，石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ②白云石煅燒步驟:將白云石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照8-10: I重量比混合裝入白云石灰窯上部，控制溫度850 - 1100°C，燒成白云石灰Mg0.CaO并分解出二氧化碳CO2,白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 3 — 8重量比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳，消化用水可用Mg (OH) 2沉淀洗滌水； ④鈣鎂分離步驟:將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg(OH)2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)過濾洗滌使二者分離分別得到Mg (OH) 2濾餅和CaCL2溶液； ⑤余熱利用步驟:將石灰窯或者石灰窯組(多座石灰窯)以及白云石灰窯或者白云石灰窯組(多座白云石灰窯)的煙氣引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水(三次低位熱能熱水)或者提供生活供暖后返回廢熱鍋爐或者直接送回廢熱鍋爐系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)熱能； ⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1: 2 — 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液；將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程，得到的未反應的Mg(OH)2漿狀物或者濾餅返回本步驟并調和 成料漿重復使用；脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序; ⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2Η20沉淀和MgCL2溶液的上清液；經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的CaSO4.2Η20可以直接作為成品出售，可做為水泥廠配料；經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離； ⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿送入噴淋或者噴霧碳化塔頂部，以分散方式自上而下與白下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣，尾氣排空； ⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中進行復分解反應得到得到堿式碳酸鎂； ⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。
6.根據(jù)權利要求5所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其技術方案和步驟程特征在于: ①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照8: I重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差，控制煅燒溫度850 -1100°C之間，燒成石灰CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出的二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形式從灰窯上部或者頂部順管道由引風機排出，石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ②白云石煅燒步驟:將白云石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照7: I重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差在200°C以上，控制煅燒溫度900 - 1050°C之間，燒成白云石灰MgO ^CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形勢從灰窯上部或者頂部順管道排出，白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 8重量 比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳； ④鈣鎂分離步驟:在反應器中攪拌作用下將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg(OH)2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)壓濾洗滌使二者分離分別得到Mg(OH)2濾餅和CaCL2溶液； ⑤余熱利用步驟:將石灰窯以及白云石灰窯的煙氣合并，引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水返回廢熱鍋爐系統(tǒng)用于余熱發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽； ⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1: 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液；將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程，得到的未反應的Mg (OH) 2漿狀物返回本步驟并調和成料漿重復使用；脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序； ⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2Η20沉淀和MgCL2溶液的上清液；經(jīng)沉降分離出的CaSO4.2Η20可以直接作為成品出售，經(jīng)沉降分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離； ⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿泵入噴淋碳化塔頂部，以分散方式白上而下與白下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液經(jīng)壓濾分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣，尾氣排空； ⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中混合攪拌進行復分解反應得到堿式碳酸鎂； ⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然 水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。
【文檔編號】F23J15/02GK103922369SQ201410112442
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月22日 優(yōu)先權日:2014年3月22日
【發(fā)明者】彭振超, 韓默先 申請人:彭振超, 韓默先
【專利摘要】本發(fā)明涉及到燃煤煙氣余熱發(fā)電，白云石灰煙氣脫硫，煙氣二氧化碳碳化白云石灰乳降碳，窯氣熱污染轉變成電能滿足系統(tǒng)大部分動力消耗，發(fā)電排出二次低位熱能蒸汽干燥系統(tǒng)產(chǎn)品輕質碳酸鎂、氫氧化鎂和輕質碳酸鈣，干燥產(chǎn)品后的三次低位熱能熱水用來供暖并返回發(fā)電廢熱鍋爐，脫硫產(chǎn)物制取石膏實現(xiàn)廢棄物零排放聯(lián)合工藝。屬燃煤煙氣控制【技術領域】。其利用系統(tǒng)氫氧化鎂直接與白云石灰降碳形成的重鎂水直接復分解生產(chǎn)輕質碳酸鎂的方法開創(chuàng)了新鎂鹽生產(chǎn)先河，為現(xiàn)代燃煤工業(yè)行業(yè)與鎂鹽化工結合指明了新的發(fā)展方向，提供了有力技術支撐，特別是為以燃煤和礦山資源為優(yōu)勢的行業(yè)生存指明了出路。
【專利說明】白云石灰煙氣脫硫降碳發(fā)電生產(chǎn)碳酸鎂系列產(chǎn)品工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于二氧化硫污染控制【技術領域】。涉及到燃煤煙氣余熱發(fā)電，白云石灰煙氣脫硫，煙氣二氧化碳碳化白云石灰乳降碳，發(fā)電二次低位熱能蒸汽干燥輕質碳酸鎂、氫氧化鎂和輕質碳酸鈣，干燥器冷凝水一一三次低位熱能熱水供暖或者循環(huán)回廢熱鍋爐，以及脫硫產(chǎn)物制取石膏實現(xiàn)過程廢棄物零排放的燃煤窯爐煙氣余熱利用、脫硫降碳和制取有價產(chǎn)品聯(lián)合工藝。
【背景技術】
[0002]硫氧化物SOx主要指二氧化硫和三氧化硫是造成空氣污染形成霧霾天氣現(xiàn)象的主要物質之一，對環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟發(fā)展和人體健康危害很大。
[0003]二氧化碳CO2是造成溫室效應的主要原因。
[0004]隨著工業(yè)發(fā)展速度增快，煤資源越來越緊張，煤種變化越來越大，含硫量高(高硫煤1% -4% )的煤種用量逐年增多，導致我國SOj^P CO2排放強度已經(jīng)遠高于世界平均水平，嚴重破壞了人類和社會生存與發(fā)展環(huán)境。淘汰落后產(chǎn)能、調整工業(yè)企業(yè)結構、加快企業(yè)升級改造、強制限制和拆除污染裝備、勒令關閉污染企業(yè)經(jīng)營等等國家及地方政府的舉措毫不留情地進一步實施。圍繞環(huán)境污染整治，發(fā)展經(jīng)濟建設，解決社會民生問題也急迫擺在政府和各級職能部門。全社會都聚焦在嚴肅整治污染與發(fā)展經(jīng)濟建設的矛盾體這個嚴重問題上。鼓勵企業(yè)實施環(huán)保新工藝、使用潔凈能源、征集環(huán)境治理救活優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)有效辦法、招標解決專項環(huán)保技術難題、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術工藝的相關政策層出不窮。能源型特別是煤炭資源與礦產(chǎn)資源結合型產(chǎn)業(yè)在生死抉擇面前遭遇從來沒有遇到的最嚴重挑戰(zhàn)。
[0005]針對口益嚴峻環(huán)境的霧霾和空氣質量惡化，國家實施了 PM2.5空氣質量檢測并對檢測結果予以實時公布。長期結果顯示:華北是受霧霾影響的重災區(qū)，在重災區(qū)中京津冀地區(qū)霧霾和空氣質量尤其嚴重。在全國污染最嚴重的前十個城市中，河北省占到7個。在河北省這七個城市中，邢臺市進入第一名的幾率十分穩(wěn)定，是全國空氣污染的熱點。
[0006]邢臺市位于河北省南部，太行山東麓，是一個以礦、煤炭、冶金、焦化玻璃、水泥、機械加工等為優(yōu)勢的粗放型資源加工為主業(yè)的中型城市，靠山吃山是當?shù)囟嗄炅晳T。
[0007]以邢臺環(huán)境治理為例，這幾年來市委市政府和各級職能部門十分重視，出臺了一系列治理政策，采取了一系列強硬措施，提出了“還我青山綠水”的口號，發(fā)動了“全民洗城”運動，強硬實施“節(jié)能減排”計劃，嚴厲拆除污染裝備，高標準淘汰了落后產(chǎn)能工藝，強制關閉污染企業(yè)，特別是采用“一刀切”手段大面積成行業(yè)關停了以燃煤為能源的礦山粗加工企業(yè)和工業(yè)企業(yè)。
[0008]以邢臺縣西部山區(qū)和丘陵地區(qū)的石灰石、白云石開采與加工為主的石灰煅燒行業(yè)為例，在這種資源聚集的20平方公里范圍內，集中豎立著大小石灰窯爐500個左右，每個石灰窯平均日產(chǎn)石灰能力達到60-100噸，單窯日燒煤(含硫量2%左右)12噸以上，這樣每個石灰窯日排硫達到0.25噸，折合二氧化硫0.75噸，排放二氧化碳達到40噸以上。若這500個石灰窯連續(xù)生產(chǎn)，則日排放到空氣中的二氧化硫就達到375噸，二氧化碳達到2萬噸，這是個龐大的數(shù)字。盡管這些年淘汰了土窯、豎立了許多機械窯，特別是建立了不少集中化大型多座機械環(huán)保窯，并分別按照規(guī)劃建立了分別以石灰和白云石灰為主的兩個工業(yè)化園區(qū)，形成日產(chǎn)石灰(包括白云石灰)5萬噸能力，日工業(yè)產(chǎn)值達到1500萬元，日財稅收入超百萬的工業(yè)化規(guī)模，但是，由于沒有有效的脫硫降碳措施，在嚴峻的環(huán)保制度面前被政府忍痛關停了。這無疑是對企業(yè)主在經(jīng)濟上的致命打擊，也是政府財稅來源的巨大損失。
[0009]以“ 低開采、高利用、低排放”為準則，采取有效技術措施和系統(tǒng)工程手段給予這個行業(yè)于支持，在滿足環(huán)保要求基礎上救活這個行業(yè)是當務之急。僅僅依靠使用潔凈能源、限制燃煤能源等政策不能從現(xiàn)實根本上解決硫的治理和限制二氧化碳排放。必須站在實事求是角度，以科學原理為指導，采取綜合科技手段，攻克制約行業(yè)發(fā)展的技術難題，為燃煤行業(yè)提供能源合理利用、廢氣綜合治理并回收、經(jīng)濟上可行的行業(yè)生產(chǎn)與環(huán)保治理技術規(guī)范，使之造福人民造福社會。
[0010]燃煤工業(yè)窯爐是造成污染的主要原因，包括冶金行業(yè)的各種冶金爐、熱電廠蒸汽發(fā)電鍋爐、化工行業(yè)煅燒爐以及玻璃、水泥、陶瓷等諸多行業(yè)的燃煤工業(yè)爐。
[0011]就目前的脫硫技術而言，各種脫硫方法和技術五花八門，層出不窮。單就燃煤煙氣脫硫，特別是以熱電廠為主的燃煤煙氣脫硫，目前的脫硫技術是成熟和實用的，尤其是以氧化鎂或者氫氧化鎂脫硫技術，得到全世界認可。但是也存在投資大、運轉復雜，特別是還存在脫硫不除碳和脫硫后產(chǎn)物硫酸鎂稀釋溶液的排放形成二次地下水污染問題。在冶金、熱電、化工等規(guī)?；髽I(yè)，脫硫手段基本都在不同層面上實施，脫硫手段和存在問題與熱電廠大同小異。但是對于石灰生產(chǎn)行業(yè)，由于工藝古樸傳統(tǒng)、布局分散、集中化規(guī)模小、煙氣溫度相對較低并且遠離城市疏于監(jiān)管等原因，采取灰窯脫硫的鮮有發(fā)現(xiàn)。雖然在理論上這個技術同樣可以嫁接到石灰生產(chǎn)行業(yè)，滿足其脫硫技術需要，但是單純脫硫龐大的投資和成本卻是石灰行業(yè)的負擔。
[0012]本發(fā)明人在2011年02月14日向國家知識產(chǎn)權局專利局遞交了“白云石灰用于煙氣脫硫的方法”發(fā)明專利申請，申請?zhí)?201110039331.2，公開(公告)號:102172472A。該發(fā)明通過廉價MgCl2溶液巧妙解決了白云石灰鈣鎂分離問題，其過程中生成的Mg (OH) 2很好地解決了煙氣脫硫重要問題，也使得投入的白云石灰和補充的MgCl2溶液最終被制成了Mg (OH) 2或者MgO成品以及CaSO4.I / 2H20建筑石膏，極大降低了脫硫成本，并使得脫硫行為從純投入變成盈利成為現(xiàn)實。
[0013]這個方案雖然解決了燃煤煙氣脫硫主要問題，也合理解決了脫硫只投入不產(chǎn)出問題，但是他依然存在缺陷，一是沒有很好解決二氧化碳的減排和有價回收利用，二是在能源綜合利用和中間產(chǎn)物與其他化工單元聯(lián)合上還存在較大發(fā)展空間。特別是針對類似石灰等普通燃煤能耗生產(chǎn)行業(yè)，還需要提出更佳實施方案。
【發(fā)明內容】
[0014]本發(fā)明的目的是提供一種新的煙氣脫硫降碳聯(lián)合工藝，這種工藝以白云石灰為脫硫劑，使燃煤煙氣在余熱發(fā)電、脫硫降碳同時又充分利用系統(tǒng)熱能和系統(tǒng)物質特性，平衡生產(chǎn)輕質碳酸鎂系列產(chǎn)品，從化工生產(chǎn)角度提供一種環(huán)保節(jié)能系列產(chǎn)品新工藝。
[0015]本發(fā)明工藝廣泛適合各行各業(yè)的一般工業(yè)燃煤鍋爐燃煤(普通燃煤工業(yè)鍋爐)煙氣，之所以過多以石灰生產(chǎn)行業(yè)進行描述，一是石灰窯是最基本最原始的燃煤工業(yè)爐，其含硫含碳煙氣產(chǎn)生機理與其他工業(yè)爐并無不同；二是其煙氣溫度較其它燃煤工業(yè)爐相對較低，余熱利用相對困難；三是其產(chǎn)品附加值低，脫硫負擔較重，更具有說服力。
[0016]對石灰爐來講，這種工藝融合了煙氣脫硫和脫硫液轉化吸收、余熱發(fā)電和二次低位熱能蒸汽乃至多級熱能利用、白云石灰碳化法生產(chǎn)輕質碳酸鎂和碳酸鈣以及石灰和白云石灰生產(chǎn)工藝，形成了一個新的的聯(lián)合工藝，使原分離工藝在本聯(lián)合工藝中的優(yōu)點發(fā)揮到極致，在環(huán)保優(yōu)先基礎上實現(xiàn)了資源、能源實現(xiàn)了“減量化、再利用、再循環(huán)”。該聯(lián)合工藝原料來源充足、價格低廉、原理科學、反應迅捷、副產(chǎn)物具有較高使用價值和市場前景、固體物和廢水實現(xiàn)零排放標準。
[0017]對廣義燃煤工業(yè)(普通燃煤工業(yè)或者泛指燃煤工業(yè)窯爐)煙氣來說，本發(fā)明從整體上包括四個單元:
[0018]第一單元是煙氣產(chǎn)生和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒)。該單元的任務是通過燃煤工業(yè)窯爐燃燒和在灰窯中混加無煙煤、白云石獲得白云石灰和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣以及燃煤工業(yè)窯爐產(chǎn)出成品或者半成品。工業(yè)窯爐成品或者半成品用于銷售或者后續(xù)工藝加工，灰窯獲得的白云石灰部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)。
[0019]第二單元是余熱發(fā)電利用部分。該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫。
[0020]第三單元是煙氣脫硫部分。該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氧氧化鎂沉淀供第四部分直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂送第四單元干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0021]第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分。該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水進入液相，氧氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三部分氫氧化鎂沉淀直接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
[0022]本部分氫氧化鎂與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀是本發(fā)明的一個重要技術特征，該反應直接迅速，與傳統(tǒng)熱解法生產(chǎn)碳酸鎂相比具有巨大節(jié)能優(yōu)勢。
[0023]對廣義燃煤工業(yè)窯爐煙氣，本發(fā)明采取的工藝過程是:
[0024]首先在第一單元，實施白云石煅燒和燃煤工業(yè)窯爐煙氣產(chǎn)生。以無煙煤為燃料與白云石按照適合比 煤工業(yè)窯爐添加的原料轉化為相應成品或者半成品；同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣。
[0025]在第二單元，將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電，所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三部分脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)。
[0026]在第三單元，實施脫硫和回收石膏。首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca (OH) 2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH) 2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO4水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應，形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液，經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0027]第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn)，將第三單元經(jīng)過脫硫后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧 化鎂成品。
[0028]對石灰生產(chǎn)行業(yè)來說，本發(fā)明從整體上包括四個單元:
[0029]第一單元是石灰和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒)。該單元的任務是通過在石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、石灰石，在白云石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、白云石，煅燒后分別獲得石灰、白云石灰和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣。石灰可以形成商品出售；白云石灰可以部分作為商品出售，部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)。
[0030]實施這一單元時，主體設備是石灰煅燒窯(灰窯)。其灰窯的數(shù)量可以是一個或者多個。多個灰窯時，可以用集煙管道將若干個灰窯連接起來，使煙氣便于集中使用與處理，最好使用連體多座比如8座灰窯。白云石灰窯和石灰石窯的比例不受該工藝限制，以滿足系統(tǒng)對白云石灰的需要為主?？紤]到余熱利用效率，可以采取煙氣管道保溫、縮短管道長度等措施，使熱能按照由高到低合理運用。特別在考慮煙氣除塵時，應該先用熱后除塵以及講究處理方式，減少煙氣溫度損失。
[0031]第二單元是余熱發(fā)電利用部分。該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫。[0032]第三單元是煙氣脫硫部分。該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氫氧化鎂沉淀供第四單元直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0033]第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分。該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水(碳酸氫鎂)進入液相，氫氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三單元氫氧化鎂沉淀直接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
[0034]本部分氫氧化鎂與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀是本發(fā)明的一個重要技術特征，該反應直接迅速，與傳統(tǒng)熱解法生產(chǎn)碳酸鎂相比具有巨大節(jié)能優(yōu)勢。[0035]以石灰生產(chǎn)為例，本發(fā)明采取的工藝過程是:
[0036]首先在第一單元，實施白云石以及石灰石的煅燒。以無煙煤為燃料與白云石或者石灰石按照適合比例分別投入白z?石煅燒窯(灰窯)或者石灰煅燒窯(灰窯)煅燒，使白云石(MgCO3.CaCO3)轉化為白云石灰(Mg0.CaO),石灰石(CaCO3)轉化為石灰(CaO);同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣。
[0037]在第二單元，將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電，所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三單元脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)。
[0038]為了提高余熱利用效率，可以采取煙氣保溫措施，減少煙氣溫降，提高一次余熱發(fā)電效率。發(fā)電后蒸汽輸送，也應該采取保溫措施，以提高二次余熱蒸汽的溫度，提高干燥效果。干燥后的三次余熱基本變成80攝氏度左右的熱水，可用于采暖，也可用于發(fā)電余熱鍋爐使用，更可以先采暖后返回余熱鍋爐。
[0039]在第三單元，實施脫硫和回收石膏。首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca (OH) 2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH) 2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO4水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應，形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液，經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0040]第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn)，將第三單元經(jīng)過脫疏后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧化鎂成品。
[0041]本發(fā)明依據(jù)的化學反應原理是:
[0042]石灰石鍛燒CaCO3 — Ca0+C02 丨(I)
[0043]白云石煅燒MgCO3.CaCO3 — Mg0.Ca0+2C02 丨 (2)
[0044]水解消化Mg0.Ca0+2H20 — Mg (OH) 2.Ca (OH) 2 (3 )
[0045]鈣鎂分離Mg (OH) 2.Ca (OH) 2+MgCL2 — 2Mg (OH) 2 丨 +CaCL2(4)
[0046]SO2 脫除 Mg (OH) 2+S02+02 — MgS04+H20(5)
[0047]SO3 脫除 Mg (OH) 2+S03 — MgS04+H20(6)
[0048]白云石灰漿碳化Mg (OH) 2.Ca (OH) 2+3C02 — Mg (HCO3) 2+CaC03 丨 +H2O (7)
[0049]堿式碳酸鎂轉化2Mg (HCO3) 2+3Mg (OH) 2 — 4MgC03.Mg (OH) 2.4H20 (8)
[0050]石膏沉淀MgS04+CaCL2+2H20 — CaSO4.2H20 丨 +MgCL2(9)
[0051]以石灰生產(chǎn)工藝為例，本發(fā)明采取以下技術方案和步驟得以實現(xiàn):
[0052]①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照5-8: I重量比混合裝入石灰窯上部，在850 - 110(TC煅燒溫度下，燒成石灰CaO并分解出二氧化碳CO2,石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。為了提高窯爐煙氣出口溫度，為發(fā)電提供優(yōu)勢條件，在不影響石灰窯正常操作情況下，可適度調整無煙煤比例。其反應原理如化學方程式(I)所示。
[0053]②白云石煅燒步驟:將白云石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照8-10: I重量比混合裝入白云石灰窯上部，控制溫度850 - 1100°C，燒成白云石灰Mg0.CaO并分解出二氧化碳CO2,白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。為了調整窯爐煙氣出口溫度，為發(fā)電提供優(yōu)勢條件，在不影響石灰窯正常操作情況下，可適度提高無煙煤比例。其反應原理如化學方程式(2)所示。
[0054]③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 3 — 8重量比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳，消化用水可用Mg(OH)2沉淀洗滌水。其反應原理如化學方程式(3)所示。
[0055]④鈣鎂分離步驟:將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg(OH)2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)過濾洗滌使二者分離分別得到Mg(OH)2濾餅和CaCL2溶液。其反應原理如化學方程式⑷所示。
[0056]⑤余熱利用步驟:將石灰窯或者石灰窯組(多座石灰窯)以及白云石灰窯或者白云石灰窯組(多座白云石灰窯)的煙氣引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水(80°C左右三次低位熱能熱水)或者提供生活供暖后返回廢熱鍋爐或者直接送回廢熱鍋爐系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)熱能。
[0057]⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1:2 — 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液。將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程,得到的未反應的Mg (OH) 2楽:狀物或者濾餅返回本步驟并調和成料漿重復使用。脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序。其反應原理如化學方程式(5)和(6)所示。
[0058]⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2H20沉淀和MgCL2溶液的上清液。經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的CaSO4.2H20可以直接作為成品出售，可做為水泥廠配料；經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離。其反應原理如化學方程式(9)所示。
[0059]⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿送入噴淋或者噴霧碳化塔頂部，以分散方式自上而下與自下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工 序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣。到此，煙氣中的硫氧化物得到脫除，二氧化碳得到吸收轉化，煙氣余熱也得到充分利用，尾氣可以排空。其反應原理如化學方程式如
(7)所示。
[0060]⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中進行復分解反應得到得到堿式碳酸鎂。其反應原理如化學方程式如
(8)所示。
[0061]⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。硫酸鈣(石膏)經(jīng)自然風干造粒后供水泥廠。
[0062]此外，步驟⑩產(chǎn)品干燥工序后的二次低位熱能蒸汽變成了三次低位熱能熱水，其熱水出口溫度在60-80°C之間，可以作為生活等供暖使用，也可直接返回至廢熱鍋爐用水，可充分利用熱源。作為供暖使用后，其取暖換熱后水仍然有利于廢熱鍋爐使用。
[0063]本發(fā)明實施過程所涉及的一系列化學反應，在通常煙氣處理條件下，反應迅速徹底，對溫度、濃度、壓力條件的要求不高，實踐中可以根據(jù)具體的煙氣指標和原料供應條件加以靈活運用，以滿足整個過程物料輸送順暢、操作方便為宜。
[0064]本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點:[0065]與氧化鎂或者氫氧化鎂特別是與“白云石灰用于煙氣脫硫的方法”脫硫原理和工藝相比，除有效解決了煙氣脫硫外，還解決了二氧化碳的回收利用，特別是巧妙將煙氣脫硫、余熱發(fā)電、石灰(或者燃煤工業(yè)其他行業(yè))生產(chǎn)與輕質碳酸鎂生產(chǎn)有機結合實現(xiàn)了圓滿工藝閉合。在脫硫降碳同時，將熱能利用到極致；在系統(tǒng)物料平衡利用時，把輕質碳酸鎂生產(chǎn)新工藝節(jié)能、降耗、高效的優(yōu)點發(fā)揮到極致；在考慮以燃煤煙氣環(huán)保難題時，把石灰生產(chǎn)企業(yè)新的出路展現(xiàn)到極致。投入的白云石、石灰石變成了石灰產(chǎn)品，燃煤煙氣和窯氣被制成了碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鎂和石膏產(chǎn)品，窯氣余熱的熱污染被轉變成電能滿足了系統(tǒng)大部分動力消耗，發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽用來干燥系統(tǒng)產(chǎn)品，干燥產(chǎn)品后的三次低位熱能熱水用來供暖并返回發(fā)電廢熱鍋爐，燃煤煙氣的最終尾氣不僅脫了硫還降了碳，在極大降低成本同時，真正意義上解決了石灰生產(chǎn)、碳酸鎂生產(chǎn)、脫硫過程和余熱發(fā)電廢氣、廢渣和廢水零排放問題，為現(xiàn)代環(huán)境治理提供了有力技術支撐，為燃煤工業(yè)企業(yè)指明了出路，為以礦山資源優(yōu)勢為本的地區(qū)發(fā)展經(jīng)濟提供了依據(jù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0066]圖1:本發(fā)明廣義燃煤煙氣聯(lián)合工藝單元構成及功能示意圖。
[0067]圖2:本發(fā)明廣義燃煤煙氣聯(lián)合工藝流程示意圖。
[0068]圖3:本發(fā)明石灰窯燃煤煙氣聯(lián)合工藝單元構成及功能示意圖。
[0069]圖4:本發(fā)明石灰窯燃煤煙氣聯(lián)合工藝流程示意圖。
[0070]圖1從普通燃煤煙氣展示本發(fā)明聯(lián)合工藝的單元構成及功能區(qū)分，其中原料是指不同行業(yè)入爐的相關原料，相當于圖3中石灰石；成品和半成品是指不同行業(yè)經(jīng)工業(yè)爐加工出的產(chǎn)物，相當于圖3中的石灰；工業(yè)爐是指不同行業(yè)不同用途的燃煤工業(yè)爐，相當于圖3中煅燒石灰石的灰窯。詳細構成與功能參考圖3【專利附圖】
【附圖說明】。
[0071]圖2從普通燃煤煙氣展示本發(fā)明聯(lián)合工藝工藝流程，參考圖4【專利附圖】
【附圖說明】。
[0072] 圖3從石灰生產(chǎn)行業(yè)總體上將本發(fā)明按照專業(yè)劃分出石灰煅燒、余熱發(fā)電、煙氣脫硫、碳化降碳四個單元的結合，展示出四個單元的聯(lián)系關系和各單元的功能。從熱能利用角度看，首先從第一單元灰窯出來的余熱煙氣先進入第二單元廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽(一次蒸汽)驅動發(fā)電機組(裝置)發(fā)電的，發(fā)出的電可以轉化成光能、動能和熱能多種形式；其次從第二單元發(fā)電機組出來的二次蒸汽(在此稱為二次低位熱能蒸汽)被第四單元用來干燥碳酸鈣、碳酸鎂和氫氧化鎂產(chǎn)品，熱交換得到合理運用；再其次是經(jīng)過第四單元干燥后，蒸汽冷凝相變成了熱水(也可以稱三次低位熱能熱水)，熱水循環(huán)返回到廢熱鍋爐，當然，在返回廢熱鍋爐前還可以供暖等再次利用。從脫硫降碳角度看，熱交換后的含硫(SOx)含碳(CO2)煙氣或者稱爐氣的脫硫降碳過程是先在第三單元完成脫硫，再送往第四單元降碳碳化的，碳化過程中，含硫(SOx)爐氣在氫氧化鈣存在時得到進一步脫硫形成硫酸鈣，而大部分含碳(CO2)煙氣被白云石灰漿吸收變成碳酸氫鎂(重鎂水)和碳酸鈣，因而，所排放的脫硫降碳爐氣尾氣是低碳潔凈的。從物料走向來看，石灰石變成了石灰成品；白云石分別被變成了輕質碳酸鎂、氫氧化鎂中高端產(chǎn)品，即使多余的白云石灰也可以參考石灰作為成品用于諸多行業(yè)比如電廠脫硫；煤質中的硫也被脫硫形成硫酸鎂最終形成了石膏低值產(chǎn)品而用于水泥等行業(yè)。由此可見，本飛發(fā)明聯(lián)合工藝是一個理論上封閉平衡體系，實現(xiàn)了石灰生產(chǎn)、發(fā)電和鎂鹽生產(chǎn)的廢棄物零排放，十分適合當今嚴厲環(huán)保政策下燃煤窯爐企業(yè)謀求生存和出路的可靠保證，且能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0073]圖4展示了本發(fā)明對石灰生產(chǎn)行業(yè)整體工藝流程圖，合并了石灰工藝、余熱發(fā)電工藝、脫硫工藝、降碳碳化生產(chǎn)鎂鹽工藝的流程融合以及技術步驟走向，生動具體明示了本發(fā)明聯(lián)合工藝的過程，對公眾實施本發(fā)明提供了詳細技術支撐。
[0074]值得提示的是，在圖2表示的流程圖中，關于氫氧化鎂的干燥使用第二單元二次低位熱能蒸汽涉及的流程線并沒有標出，特在此聲明。不標出的原因是為了流程圖布局的美觀和整潔。
【具體實施方式】
[0075]現(xiàn)通過實施例就本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0076]①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照8:1重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差，控制煅燒溫度850 — 1100°C之間，燒成石灰CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出的二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形式從灰窯上部或者頂部順管道由引風機排出，石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。
[0077]②白云石煅燒步驟:將 白云石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照7: I重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差在200°C以上，控制煅燒溫度900 - 1050°C之間，燒成白云石灰Mg0.CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形勢從灰窯上部或者頂部順管道排出，白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空。
[0078]③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 8重量比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳。
[0079]④鈣鎂分離步驟:在反應器中攪拌作用下將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg (OH) 2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)壓濾洗滌使二者分離分別得到Mg(OH)2濾餅和CaCL2溶液。
[0080]⑤余熱利用步驟:將石灰窯以及白云石灰窯的煙氣合并，引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水返回廢熱鍋爐系統(tǒng)用于余熱發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽。
[0081]⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1: 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液。將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程，得到的未反應的Mg (OH) 2漿狀物返回本步驟并調和成料漿重復使用。脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序。[0082]⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2H20沉淀和MgCL2溶液的上清液。經(jīng)沉降分離出的CaSO4.2H20可以直接作為成品出售，經(jīng)沉降分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離。
[0083]⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿泵入噴淋碳化塔頂部，以分散方式自上而下與白下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液經(jīng)壓濾分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣，尾氣排空。
[0084]⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中混合攪拌進行復分解反應得到堿式碳酸鎂。
[0085]⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0086]此外，步驟⑩產(chǎn)品干燥工序后的二次低位熱能蒸汽變成了三次低位熱能熱水，其熱水出口溫度在60-80°C之間，可以作 為生活等供暖使用，也可直接返回至廢熱鍋爐用水，可充分利用熱源。作為供暖使用后，其取暖換熱后水仍然有利于廢熱鍋爐使用。
【權利要求】
1.一種白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，包括四個單元: 第一單元是煙氣產(chǎn)生和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒):該單元的任務是通過燃煤工業(yè)窯爐燃燒和在灰窯中混加無煙煤、白云石獲得白云石灰和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣以及燃煤工業(yè)窯爐產(chǎn)出成品或者半成品；燃煤工業(yè)窯爐成品或者半成品用于銷售或者后續(xù)工藝加工，灰窯獲得的白云石灰部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)； 第二單元是余熱發(fā)電利用部分:該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫； 第三單元是煙氣脫硫部分:該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氫氧化鎂沉淀供第四單元直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂送第四單元干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分:該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水進入液相，氫氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三部分氫氧化鎂沉淀直 接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其工藝過程特征在于: 首先在第一單元，實施白云石煅燒和燃煤工業(yè)鍋爐煙氣產(chǎn)生，以無煙煤為燃料與白云石按照適合比例投入白云石煅燒窯(灰窯)煅燒，使白云石(MgCO3.CaCO3)轉化為白云石灰(Mg0.CaO)，燃煤工業(yè)鍋爐添加的原料轉化為相應成品或者半成品；同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣； 在第二單元，將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電，所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三部分脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)； 在第三單元，實施脫硫和回收石膏:首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca(OH)2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH)2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO1水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應,形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液,經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn):將第三單元經(jīng)過脫硫后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二部分經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧化鎂成品。
3.根據(jù)權利要求1所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，所述的燃煤工業(yè)窯爐為石灰窯，其特征在于從整體上包括四個單元: 第一單元是石灰和白云石灰制取部分(簡稱石灰煅燒):該單元的任務是通過在石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、石灰石，在白云石灰窯(灰窯)中混加無煙煤、白云石，煅燒后分別獲得石灰、白云石灰 和含硫氧化物SOx和二氧化碳CO2的爐氣或者煙氣；石灰可以形成商品出售；白云石灰部分送往第三單元(煙氣脫硫)脫硫，部分送往第四單元(碳化降碳)碳化，其余部分可以商品出售；爐氣送第二單元(余熱發(fā)電)供廢熱鍋爐或者余熱鍋爐發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽(也稱二次低位熱能蒸汽)； 第二單元是余熱發(fā)電利用部分:該部分的作用是吸收第一單元余熱爐氣和引用第四單元冷凝水(三次低位熱能熱水)進行余熱利用，產(chǎn)出的電能用于系統(tǒng)動力需要，產(chǎn)生的蒸汽(二次低位熱能蒸汽)用于第四單元干燥產(chǎn)品，排出的爐氣送第三單元進行脫硫； 第三單元是煙氣脫硫部分:該部分的任務一是將第一單元白云石灰用氯化鎂溶液實施鈣鎂分離，分離出的氫氧化鎂調漿脫除第二單元送來煙氣中的硫氧化物形成硫酸鎂脫硫液；二是用分離出的氯化鈣溶液沉淀硫酸鎂溶液獲得二水硫酸鈣；三是提供氫氧化鎂沉淀供第四單元直接與重鎂水反應生成碳酸鎂(堿式碳酸鎂)沉淀；四是將多余的氫氧化鎂干燥粉碎制取氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元是降碳碳化部分，也是輕質碳酸鎂、碳酸鈣的制取部分:該部分的作用一是將第一單元送來白云石灰水解消化成白云石灰漿，與第三單元脫硫后的爐氣進行碳化，白云石灰漿中氫氧化鎂吸收爐氣中二氧化碳轉化為重鎂水(碳酸氫鎂)進入液相，氫氧化鈣變成碳酸鈣進入固相，爐氣變成凈化氣體排空；二是將重鎂水與碳酸鈣固液分離，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥碳酸鈣并經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；三是完成堿式碳酸鎂轉化反應，將第三單元氫氧化鎂沉淀直接與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，用第二單元產(chǎn)生的二次低位熱能蒸汽干燥經(jīng)粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品。
4.根據(jù)權利要求3所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其工藝過程特征在于: 首先在第一單元，實施白云石以及石灰石的煅燒:以無煙煤為燃料與白云石或者石灰石按照適合比例分別投入白云石煅燒窯或者石灰煅燒窯煅燒，使白云石(MgCO3.CaCO3)轉化為白云石灰(Mg0.CaO)，石灰石(CaCO3)轉化為石灰(CaO);同時，產(chǎn)生含有硫氧化物和二氧化碳成分的較高溫度煙氣； 在第二單元， 將第一單元爐氣引入廢熱鍋爐實施煙氣余熱發(fā)電:所發(fā)電量用于系統(tǒng)動力，發(fā)電后蒸汽(二次低位熱能蒸汽)通過管道輸送到第四單元干燥碳酸鎂、碳酸鈣或者氫氧化鎂；從余熱鍋爐流出的換過熱的煙氣直接送第三部分脫硫；廢熱鍋爐用水可采用第四單元干燥產(chǎn)品后形成的冷凝水(三次低位熱能熱水)； 在第三單元，實施脫硫和回收石膏:首先將白云石灰水解消化并精制為白云石灰乳，與MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，使白云石灰乳中的Ca(OH)2轉變成溶解度高的CaCL2液體進入液相，使白云石灰乳中的Mg(OH)2進入固相，經(jīng)過濾洗滌實現(xiàn)了鈣鎂分離，將一部分分離出的Mg(OH)2濾餅稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2和SO3以及O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成MgSO4水溶液，達到脫硫目的；將脫硫形成的MgSO4溶液與鈣鎂分離中得到的CaCL2液體進行石膏沉淀反應,形成CaS04.2H20沉淀和MgCL2溶液,經(jīng)過沉降或者過濾分離后，固體為CaS04.2H20(石膏)，而MgCL2溶液與白云石灰乳重新進行鈣鎂分離反應；將另一部分分離出的Mg(OH)2濾餅輸送到第四單元與重鎂水反應生成堿式碳酸鎂沉淀；將多余部分分離出的Mg(OH)2濾餅送第四單元用第二單元蒸汽干燥并粉碎可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品； 第四單元，實施輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂生產(chǎn):將第三單元經(jīng)過脫硫后的以二氧化碳為主的爐氣，與白云石灰漿做逆向碳化，二氧化碳從碳化塔底部進入，白云石灰漿從頂部噴淋或者噴霧而下，與二氧化碳充分接觸，使氫氧化鎂以碳酸氫鎂(重鎂水)形式進入液相，氫氧化鈣以碳酸鈣形式進入固相通過過濾實施分離；將第三單元部分氫氧化鎂沉淀直接與分離出的重鎂水反應生成堿式碳酸鎂，過濾分離獲得堿式碳酸鎂濾餅，將堿式碳酸鎂送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鎂干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鎂成品；將過濾分離出的碳酸鈣濾餅送干燥器，用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成碳酸鈣干燥并經(jīng)過粉碎獲得輕質碳酸鈣成品；將第三單元部分多余的氫氧化鎂沉淀直接用第二單元經(jīng)過發(fā)電的二次低位熱能蒸汽做熱源，完成干燥并經(jīng)過粉碎獲得氫氧化鎂成品。
5.根據(jù)權利要求3或者4所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其技術方案和步驟特征在于: ①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照5-8: I重量比混合裝入石灰窯上部，在850 - 110(TC煅燒溫度下，燒成石灰CaO并分解出二氧化碳CO2，石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ②白云石煅燒步驟:將白云石破碎至適合均勻粒度與無煙煤按照8-10: I重量比混合裝入白云石灰窯上部，控制溫度850 - 1100°C，燒成白云石灰Mg0.CaO并分解出二氧化碳CO2,白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 3 — 8重量比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳，消化用水可用Mg (OH) 2沉淀洗滌水； ④鈣鎂分離步驟:將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg(OH)2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)過濾洗滌使二者分離分別得到Mg (OH) 2濾餅和CaCL2溶液； ⑤余熱利用步驟:將石灰窯或者石灰窯組(多座石灰窯)以及白云石灰窯或者白云石灰窯組(多座白云石灰窯)的煙氣引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水(三次低位熱能熱水)或者提供生活供暖后返回廢熱鍋爐或者直接送回廢熱鍋爐系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)熱能； ⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1: 2 — 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液；將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程，得到的未反應的Mg(OH)2漿狀物或者濾餅返回本步驟并調和 成料漿重復使用；脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序; ⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2Η20沉淀和MgCL2溶液的上清液；經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的CaSO4.2Η20可以直接作為成品出售，可做為水泥廠配料；經(jīng)沉降分離或者過濾分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離； ⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿送入噴淋或者噴霧碳化塔頂部，以分散方式自上而下與白下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣，尾氣排空； ⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中進行復分解反應得到得到堿式碳酸鎂； ⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。
6.根據(jù)權利要求5所述的白云石灰用于煙氣脫硫降碳發(fā)電制取碳酸鎂系列產(chǎn)品的工藝，其技術方案和步驟程特征在于: ①石灰石煅燒步驟:將石灰石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照8: I重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差，控制煅燒溫度850 -1100°C之間，燒成石灰CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出的二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形式從灰窯上部或者頂部順管道由引風機排出，石灰經(jīng)粉碎獲得石灰成品；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ②白云石煅燒步驟:將白云石破碎至5-7厘米均勻粒度，與無煙煤按照7: I重量比混合，從具有密閉功能的加料口裝入石灰窯上部，使石料和無煙煤逐步升溫，隨著料層下移溫度逐步升高，控制灰窯上部窯氣溫度與灰窯中下部煅燒帶的溫差在200°C以上，控制煅燒溫度900 - 1050°C之間，燒成白云石灰MgO ^CaO經(jīng)灰窯冷卻帶降溫后從灰窯底部出窯；分解出二氧化碳CO2與燃煤中硫在灰窯形成的硫氧化物氣體以煙氣形勢從灰窯上部或者頂部順管道排出，白云石灰經(jīng)粉碎獲得白云石灰成品，部分白云石灰用于本發(fā)明水解消化步驟以及碳化重鎂水；二氧化碳隨煙氣依次進入余熱發(fā)電、除塵脫硫、碳化、排空； ③水解消化步驟:將白云石灰與水按照1: 8重量 比配料，在消化槽中邊攪拌邊加料進行操作，使白云石灰水解消化為白云石灰乳； ④鈣鎂分離步驟:在反應器中攪拌作用下將白云石灰乳與足量的MgCL2溶液進行鈣鎂分離反應，得到Mg(OH)2固相沉淀物和CaCL2液相水溶液的混合物，經(jīng)壓濾洗滌使二者分離分別得到Mg(OH)2濾餅和CaCL2溶液； ⑤余熱利用步驟:將石灰窯以及白云石灰窯的煙氣合并，引入廢熱鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生電能用于動力消耗；發(fā)電機組排出的二次低位熱能蒸汽分別輸送到本發(fā)明相關輕質碳酸鎂、輕質碳酸鈣以及氫氧化鎂干燥；經(jīng)干燥后蒸汽冷凝形成的熱水返回廢熱鍋爐系統(tǒng)用于余熱發(fā)電和產(chǎn)生蒸汽； ⑥SO2和SO3脫除步驟:將步驟④得到的Mg(OH)2濾餅用水按照1: 8重量比稀釋調和成漿料，輸送到吸收單元與煙氣中SO2及其SO3以及煙氣中的O2反應進行脫硫，使SO2以及SO3轉化形成高溶解度的MgSO4溶液；將MgSO4溶液與脫硫吸收塔底部匯集的部分沒有反應完全的Mg(OH)2沉淀物通過沉降分離、過濾分離等分離手段進行分離，得到的上清液或者濾液為MgSO4溶液被輸送到下步石膏沉淀過程，得到的未反應的Mg (OH) 2漿狀物返回本步驟并調和成料漿重復使用；脫硫后的煙氣尾氣主要成分是二氧化碳送往碳化工序； ⑦石膏沉淀步驟:將步驟⑥脫硫后形成的MgSO4溶液與步驟④鈣鎂分離步驟得到的足量的CaCL2溶液進行二水石膏的沉淀反應，形成CaSO4.2Η20沉淀和MgCL2溶液的上清液；經(jīng)沉降分離出的CaSO4.2Η20可以直接作為成品出售，經(jīng)沉降分離出的MgCL2溶液，返回到步驟④用于鈣鎂分離； ⑧白云石灰漿碳化步驟:將③水解消化步驟獲得的白云石灰漿泵入噴淋碳化塔頂部，以分散方式白上而下與白下而上的步驟⑥獲得的二氧化碳尾氣進行逆向吸收反應，使白云石灰中氫氧化鎂轉變成碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)進入液相，使白云石灰中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣進入固相，固液經(jīng)壓濾分離后，碳酸氫鎂水溶液(重鎂水)送到堿式碳酸鎂合成工序，碳酸鈣送干燥工序用于生產(chǎn)輕質碳酸鈣，尾氣排空； ⑨堿式碳酸鎂轉化步驟:將步驟⑧得到的碳酸氫鎂溶液與步驟④鈣鎂分離得到的氫氧化鎂在反應器中混合攪拌進行復分解反應得到堿式碳酸鎂； ⑩產(chǎn)品干燥步驟:一是碳酸鈣濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的碳酸鈣予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品；二是堿式碳酸鎂干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將含有自然水的堿式碳酸鎂予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到輕質碳酸鎂產(chǎn)品；三是氫氧化鎂濾餅干燥，將步驟⑤余熱利用步驟得到的二次低位熱能蒸汽輸送至干燥器，將步驟④鈣鎂分離得到的含有自然 水的氫氧化鎂濾餅予以脫水干燥，經(jīng)過粉碎得到氫氧化鎂產(chǎn)品。
【文檔編號】F23J15/02GK103922369SQ201410112442
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月22日 優(yōu)先權日:2014年3月22日
【發(fā)明者】彭振超, 韓默先 申請人:彭振超, 韓默先
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