本發(fā)明屬于co2減排和固廢資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種基于鋼渣的高效鈣基碳捕集回收利用系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)。我國是鋼鐵生產(chǎn)和消費大國，粗鋼產(chǎn)量連續(xù)多年居世界第一。鋼鐵行業(yè)也是全球能源消費和碳排放的重要領(lǐng)域之一。當(dāng)前，從高爐和轉(zhuǎn)爐煙氣中捕集co2的主流方法為基于mea的商用濕法碳捕集技術(shù)。盡管濕法碳捕集技術(shù)具有捕集效率高和回收co2純度高等優(yōu)勢，其面臨著再生能耗高、溶劑降解損耗和設(shè)備腐蝕等關(guān)鍵問題。此外，分離純化的co2需經(jīng)過壓縮和管道輸運至適宜場所封存或利用，存在壓縮能耗高、管道投資成本高、輸運泄漏風(fēng)險大和co2資源化利用效率低等缺陷。

2、另一方面，中國鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展帶來了鋼渣產(chǎn)量的大幅增加。當(dāng)前，鋼渣的處理工藝包括：熱悶自解法、機械破碎法、蒸汽陳化法、有壓陳化法和輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術(shù)。這些技術(shù)旨在通過不同的物理或化學(xué)方法，降低鋼渣的活性，提高其穩(wěn)定性，從而減少對環(huán)境的影響。上述處理工藝雖可有效減少鋼渣中的游離cao含量，實現(xiàn)鋼渣的有效處理，但存在設(shè)備損耗大、工藝能耗高、占地面積廣、鋼渣穩(wěn)定性差和二次污染等缺陷。除了處理技術(shù)外，鋼渣的資源化利用也是其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)前，鋼渣的資源利用途徑包括：作為路基材料或道路骨料(道路建設(shè))、作為活性礦物摻合料(水泥和混凝土生產(chǎn))、微晶玻璃生產(chǎn)、燒結(jié)配加料、土壤修復(fù)、煙氣脫硫和污水重金屬吸附等。盡管鋼渣利用取得了一定進展，但仍存在利用率普遍偏低、利用途徑單一和二次污染等問題。

3、鋼渣中游離的ca2+含量高達40％-50％，可協(xié)同co2實現(xiàn)礦化固定，并進一步實現(xiàn)co2的原位轉(zhuǎn)化。因此，鋼渣高效處置協(xié)同co2礦化固定與原位轉(zhuǎn)化極具應(yīng)用前景。但是，基于鋼渣的高效鈣基碳捕集回收利用系統(tǒng)和方法在現(xiàn)有技術(shù)中罕見報導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于鋼渣的高效鈣基碳捕集回收利用系統(tǒng)和方法。該方法通過鋼渣協(xié)同co2礦化固定與原位轉(zhuǎn)化實現(xiàn)了鋼渣中鈣離子的回收利用和煙氣co2低能耗低成本捕集。首先將solvay工藝應(yīng)用于鋼渣處理中，通過氨化處理實現(xiàn)鋼渣中游離ca2+的高效浸出和co2的有效固定，生成高純度caco3，接著引入新型的等離子體氫活化caco3分解技術(shù)，可在較低溫度下高效地將caco3轉(zhuǎn)化為合成氣重返高爐，替代冶金焦還原鐵礦石，實現(xiàn)co2資源循環(huán)利用，同時聯(lián)產(chǎn)cao增值產(chǎn)品，提高經(jīng)濟效益。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于鋼渣的高效鈣基碳捕集回收利用系統(tǒng)，包括鈣基碳捕集、co2原位轉(zhuǎn)化兩個子系統(tǒng)。在鈣基碳捕集子系統(tǒng)中，包括依次連接氨化反應(yīng)爐、第一固液分離器、浸出反應(yīng)爐、轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐、第二固液分離器、回收反應(yīng)爐。在co2原位轉(zhuǎn)化子系統(tǒng)中，包括電解裝置、等離子體發(fā)生器、鼓泡床催化反應(yīng)爐、等離子火炬、高爐。在整個基于鋼渣的鈣基碳捕集回收利用系統(tǒng)和方法中，能量源于高溫?zé)煔夂弯撛挠酂峄厥?。在鈣基碳捕集子系統(tǒng)中，實現(xiàn)鈣基碳捕集的具體步驟如下：

3、步驟1)將煙氣通入氨化反應(yīng)爐，在nh3和nacl作用下，煙氣co2被固定形成nahco3和nh4cl。其中nahco3由于過量形成沉淀。

4、步驟2)經(jīng)余熱利用后的冷卻鋼渣送入浸出反應(yīng)爐內(nèi)，鋼渣在堿液中浸出ca2+并與氨水反應(yīng)形成cacl2。

5、步驟3)將所形成的滲濾液送入轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐與nahco3反應(yīng)形成caco3沉淀。

6、步驟4)nahco3和nh4cl母液在回收反應(yīng)爐進一步反應(yīng)形成nacl和nh3。

7、進一步的，氨化反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為10-60℃，優(yōu)選為20-40℃。

8、進一步的，浸出反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為60-120℃，優(yōu)選為70-90℃。

9、進一步的，轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為10-60℃，優(yōu)選為20-40℃。

10、進一步的，回收反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為60-120℃，優(yōu)選為70-90℃。

11、進一步的，氨化反應(yīng)爐、浸出反應(yīng)爐、轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐、回收反應(yīng)爐能量來自于高溫?zé)煔夂弯撛挠酂峄厥铡?/p>

12、在co2原位轉(zhuǎn)化子系統(tǒng)中，將通過鋼渣協(xié)同礦化固定co2的固相產(chǎn)物caco3送入鼓泡床催化反應(yīng)爐。可再生能源電解水產(chǎn)生的綠氫，經(jīng)等離子體發(fā)生器產(chǎn)生活化的等離子體氫，通入鼓泡床催化反應(yīng)爐。在等離子體氫的作用下，caco3可在氫化分解(無需催化劑)形成co和h2(合成氣)。產(chǎn)生的合成氣可作為還原性介質(zhì)，經(jīng)等離子火炬快速加熱后，循環(huán)至高爐中替代焦炭還原鐵礦石，再生分解產(chǎn)生的cao可作為增值產(chǎn)品應(yīng)用于水泥和建材行業(yè)。

13、進一步的，鼓泡床催化反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為650-700℃。

14、進一步的，鼓泡床催化反應(yīng)爐所需能量來自于高溫?zé)煔夂弯撛挠酂峄厥?。轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐與鼓泡床催化反應(yīng)爐通過連接管相連，實現(xiàn)caco3運輸，從而實現(xiàn)鈣基碳捕集、co2原位轉(zhuǎn)化兩個子系統(tǒng)的連接。

15、本方案提出了一種將鋼渣高效處置與co2礦化固定和轉(zhuǎn)化利用相結(jié)合的創(chuàng)新解決方案，實現(xiàn)了co2低成本減排和廢棄物資源化利用。

16、與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

17、1.提出了一種創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計思路，將鋼渣的高效處置與co2礦化固定與轉(zhuǎn)化利用相結(jié)合，該協(xié)同處理方法在減少環(huán)境污染的同時，可提高資源的循環(huán)利用率。每處理1000kg鋼渣，在礦化階段可固定380kg?co2，產(chǎn)出860kg高純caco3；在caco3分解階段，產(chǎn)生206.4kg?co，替代焦炭88.5kg，同時聯(lián)產(chǎn)474kg?cao增值產(chǎn)品。采用solvay工藝固碳的能耗低于1.8gj/t?co2，相比于傳統(tǒng)濕法碳捕集工藝(2.0～2.4gj/t?co2)，能耗降低效果顯著。該系統(tǒng)設(shè)計不僅有助于解決鋼鐵行業(yè)的環(huán)境問題，還可通過資源化利用鋼渣和減排co2實現(xiàn)經(jīng)濟效益的提升，推動鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展，為實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟提供了新的思路和方法；

18、2.創(chuàng)新性地將solvay工藝應(yīng)用于鋼渣處理中，通過氨化處理單元中的化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)了鋼渣中游離ca2+的高效浸出和co2的有效礦化固定，同時回收純度為98％的高純度caco3沉淀，提高了鋼渣的資源化利用率和co2的固定效率。在10min內(nèi)，鋼渣在60℃時的ca2+浸出效率和沉淀效率分別達80％和95％，遠超傳統(tǒng)的水浸法在處理鋼渣時ca2+浸出效率(<50％)。在傳統(tǒng)工藝中，浸出ca2+的沉淀效率依賴于液相的ph值。當(dāng)caco3沉淀終點的ph由8.0下降到7.3時，ca2+的沉淀率由89.2％上升到92.3％。本設(shè)計提出的solvay工藝在處理鋼渣協(xié)同固定co2過程中ca2+沉淀效率高，無需調(diào)控反應(yīng)體系的ph值。

19、3.引入了一種新型的基于等離子體氫活化的caco3氫化分解技術(shù)，能夠在較低的溫度下高效地將caco3轉(zhuǎn)化為合成氣，替代傳統(tǒng)的焦炭還原鐵礦石過程，聯(lián)產(chǎn)高純度cao應(yīng)用于水泥和建材行業(yè)，提高了資源的利用效率。caco3在n2氣氛下完全分解的溫度超過800℃，而在等離子體氫的氣氛下，caco3活化分解的效率明顯提高。當(dāng)反應(yīng)溫度為650℃時，caco3在等離子體氫的作用下分解效率接近100％。在650℃時，co產(chǎn)量為0.24g?co/g?caco3，caco3分解效率和co選擇性分別為95％和92％。因此，等離子體氫輔助可有效促進caco3氫化分解效率，助力合成氣高效產(chǎn)出，替代焦炭還原鐵礦石。