專利名稱：用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中的CO₂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中的CO2的方法，特別涉及一種用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法。
背景技術(shù)：
CO2是造成溫室效應(yīng)最主要的氣體，約占溫室氣體的2/3。近年來，隨著大量化石燃料的消耗，引起大氣中CO2迅速增加，由此引起的溫室效應(yīng)、全球變暖，逐漸引起國際社會的廣泛關(guān)注。通過CO2的源頭減排和固定封存是減少大氣中CO2的重要途徑，然而占人類CO2總排放3/4的化石燃料在相當(dāng)長得時期內(nèi)是世界各國采取的首選燃料，至少持續(xù)至21世紀(jì)中葉，因而CO2的固定封存是減少大氣中CO2濃度的重要途徑之一。CO2固定技術(shù)主要有地址固定、海洋封存、生物固碳和CO2礦物碳酸化固定等，相比于其他固定技術(shù)，CO2礦物碳酸化固定技術(shù)的環(huán)境風(fēng)險小、可實現(xiàn)CO2的永久封存。截止目前，大家研究的CO2礦物碳酸化固定是模仿自然界中Ca/Mg娃酸礦物質(zhì)的風(fēng)化過程,反應(yīng)方程如下(Ca，Mg) xSiyH2z (s) +CO2 (g) = x (Ca，Mg) CO3 (s) +ySi02 (s) +zH20 (1/g)CO2礦物碳酸化固定工藝路線有直接路線和間接路線，分別為I)直接工藝為碳酸化反應(yīng)由CO2與礦石顆粒直接一步進(jìn)行，生成碳酸鹽，包括直接干法氣固碳酸化、直接濕法碳酸化。2)間接工藝為首先用浸出劑媒質(zhì)從礦物中浸出鈣、鎂離子，然后進(jìn)行碳酸化反應(yīng)生成碳酸鹽及媒質(zhì)，所用的媒質(zhì)主要有鹽酸、硫酸、氯化鎂熔鹽、乙酸、氫氧化鈉等，媒質(zhì)再循環(huán)利用。在上述工藝路線中，直接干法工藝反應(yīng)過程慢、反應(yīng)條件苛刻、轉(zhuǎn)化率低，直接濕法需采掘大量礦石，礦石處理能耗高，并會引起環(huán)境問題，間接路線存在媒質(zhì)再利用能耗高、腐蝕性強(qiáng)等缺陷，總之現(xiàn)有的工藝技術(shù)存在經(jīng)濟(jì)成本高、難于工業(yè)化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供經(jīng)濟(jì)可行、易于工業(yè)化、環(huán)保的用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中的CO2的方法。本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的一種用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，按照如下步驟進(jìn)行(I)預(yù)處理將鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏用熱水洗滌，去除水溶性磷、三氧化硫、氟化物以及鉀、鈉、鎂、鋁等水溶性鹽；(2)氨水堿溶將步驟(I)清洗后的的磷石膏加入氨水在常溫下進(jìn)行堿溶反應(yīng)，浸出部分I丐離子；(3)碳酸化固定反應(yīng)將步驟(2)產(chǎn)生的固液混合物加入到密閉的反應(yīng)器中，通入CO2廢氣進(jìn)行氣液固多相 的CO2碳酸化固定反應(yīng)，反應(yīng)溫度為40-55°C，同時不斷補(bǔ)充氨水，維持反應(yīng)體系的PH值為8. 0-9. 5、液固比為2. 0-3. O,反應(yīng)時間120_150min，生成碳酸鈣結(jié)晶，經(jīng)過濾分離、洗滌和干燥得到結(jié)晶狀碳酸鈣；(4)硫銨的制備向步驟(3)中獲得的結(jié)晶母液中加入硫酸中和至中性，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、噴漿造粒、干燥和篩分制得粒狀硫酸銨產(chǎn)品。采用上述技術(shù)方案，首先本發(fā)明采用工業(yè)固廢磷石膏來固化二氧化碳，減少了含鈣鎂硅酸鹽礦石的開采，降低了原材料成本，磷石膏是細(xì)小結(jié)晶顆粒，不用進(jìn)行粉碎，減少了投資和運(yùn)行費(fèi)用，步驟(I)中的廢水返回磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)復(fù)用，步驟(2)到步驟(4)的整個步驟也幾乎沒有任何的廢水廢氣排放，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。其次，二氧化碳的碳酸化和二氧化碳的固定反應(yīng)在同一個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，縮短了工藝流程，降低了裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用，本發(fā)明采用氨水堿溶強(qiáng)化浸出鈣離子，經(jīng)處理可副產(chǎn)硫酸銨肥料產(chǎn)品，解決了目前采用的鹽酸、硫酸、氯化鎂熔鹽、乙酸、氫氧化鈉等媒質(zhì)的循環(huán)利用能耗高、腐蝕性強(qiáng)的問題。本發(fā)明制備的碳酸鈣的CaO > 45%, MgO < O. 5%, R2O < 1.0%, SO3 < 1.0%，是一種合格的石灰石原料，可用作硅酸鹽水泥原料、復(fù)合肥填充物和雙飛粉等，以替代天然石灰石原料，減少天然石灰石的開采和加工等，保護(hù)自然環(huán)境，節(jié)約能源，減少加工費(fèi)用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。在上述技術(shù)方案中，為了盡量的去除磷石膏中的水溶性雜質(zhì)步驟(I)中所述熱水的溫度為70-80°C。在上述技術(shù)方案中，所述步驟(I)的具體操作為將磷石膏加入熱水中，充分?jǐn)嚢?，然后過濾、洗滌，得到清洗后的磷石膏，所述磷石膏與熱水的體積比為I : 3。這樣能保證能將磷石膏中的水溶性雜質(zhì)全部去除。在上述技術(shù)方案中，所述氨水的質(zhì)量濃度為6%-15%。若氨水的濃度過高，則會導(dǎo)致氣氨揮發(fā)污染大氣環(huán)境，影響工作人員操作；若氨水濃度太低，則將使得系統(tǒng)水量增力口，這樣結(jié)晶母液中的硫酸銨的含量就降低，增加硫酸銨溶液處理的能耗和成本。在上述技術(shù)方案中步驟(3)中的過濾分離采用真空過濾。在上述技術(shù)方案中，為了提高結(jié)晶母液中硫酸銨的濃度，降低硫酸銨的制造成本，步驟(3)中獲得的結(jié)晶母液部分返回步驟(2)中用于配制氨水，以便提高結(jié)晶母液中的硫酸銨的濃度，其余的則加入硫酸中和制備硫酸銨。在上述技術(shù)方案中所述磷石膏的CaSO4. 2H20含量大于或等于80%，為細(xì)小結(jié)晶體，無需進(jìn)行粉碎加工。有益效果本發(fā)明利用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏固定工業(yè)廢氣二氧化碳，生成碳酸鈣和硫酸銨，即利用兩種廢物生成兩種有價值的產(chǎn)品，降低了原料生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品價值，易于工業(yè)化，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和工業(yè)應(yīng)用前景。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明實施例I(I)預(yù)處理將鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏加入70-80°C的熱水中，所述磷石膏與熱水的體積比為I : 3，充分?jǐn)嚢?、然后過濾，洗滌，去除水溶性磷、三氧化硫、氟化物以及鉀、鈉、鎂、鋁等水溶性鹽，然后過濾得到洗滌后的磷石膏，所述磷石膏的CaSO4. 2H20含量大于或等于80%，為細(xì)小結(jié)晶體，無需進(jìn)行粉碎加工。廢水返回磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)復(fù)用，或送去污水處理廠處理后達(dá)標(biāo)排放。(2)氨水堿溶將步驟⑴清洗后的磷石膏中加入質(zhì)量濃度為6% -15%的氨水至PH大于7，在常溫下進(jìn)行堿溶反應(yīng)，浸出部分鈣離子。
(3)碳酸化固定反應(yīng)將步驟(2)產(chǎn)生的固液混合物加入到密閉的反應(yīng)器中，通入CO2廢氣進(jìn)行氣液固多相的CO2碳酸化固定反應(yīng)，反應(yīng)溫度為40-55°C，同時不斷補(bǔ)充氨水，維持反應(yīng)體系的PH值為8. 0-9. 5、液固比為2. 0-3. O,反應(yīng)時間120_150min，生成碳酸鈣結(jié)晶，經(jīng)真空過濾分離、洗滌和干燥得到結(jié)晶狀碳酸鈣。(4)硫銨的制備將步驟(3)中獲得的結(jié)晶母液部分返回至步驟(2)中用于配制氨水，以提高結(jié)晶母液中的硫酸銨的含量，其余則加入硫酸中和至中性，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、噴漿造粒、干燥和篩分制得粒狀硫酸銨產(chǎn)品。本發(fā)明不局限與具體實施方式
，首先，熱水洗滌磷石膏可以采用沖洗，只是這樣消耗的水比較多，氨水的濃度也可以采用濃氨水或者更稀的氨水，只是采用濃氨水將會導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場氨味很重，污染環(huán)境，影響工人操作，采用更稀的氨水將會導(dǎo)致結(jié)晶母液中硫酸銨的濃度偏低，增加硫酸銨的生產(chǎn)成本，總之只要采用本發(fā)明的磷石膏以及用氨水作為媒質(zhì)固定二氧化碳，生產(chǎn)碳酸鈣和硫酸銨均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，其特征在于包括如下步驟(1)預(yù)處理將鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏用熱水洗滌，去除水溶性磷、三氧化硫、氟化物以及鉀、鈉、鎂、鋁等水溶性鹽；(2)氨水堿溶將步驟(I)清洗后的的磷石膏加入氨水在常溫下進(jìn)行堿溶反應(yīng)，浸出部分隹丐離子；(3)碳酸化固定反應(yīng)將步驟(2)產(chǎn)生的固液混合物加入到密閉的反應(yīng)器中，通入CO2 廢氣進(jìn)行氣液固多相的CO2碳酸化固定反應(yīng)，反應(yīng)溫度為40-55°C，同時不斷補(bǔ)充氨水，維持反應(yīng)體系的PH值為8. 0-9. 5、液固比為2. 0-3. 0，反應(yīng)時間120_150min，生成碳酸鈣結(jié)晶，經(jīng)過濾分離、洗滌和干燥得到結(jié)晶狀碳酸鈣；(4)硫銨的制備向步驟(3)中獲得的結(jié)晶母液中加入硫酸中和至中性，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、 噴漿造粒、干燥和篩分制得粒狀硫酸銨產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，其特征在于步驟(I)中所述熱水的溫度為70-80°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中 CO2的方法，其特征在于所述步驟(I)的具體操作為將磷石膏加入熱水中，充分?jǐn)嚢瑁缓筮^濾，洗滌，得到清洗后的磷石膏，所述磷石膏與熱水的體積比為I : 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，其特征在于所述氨水的質(zhì)量濃度為6% -15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，其特征在于步驟(3)中的過濾分離采用真空過濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，其特征在于步驟(3)中獲得的結(jié)晶母液部分返回步驟(2)中用于配制氨水，以便提高結(jié)晶母液中的硫酸銨的濃度，其余的則加入硫酸中和制備硫酸銨。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，其特征在于所述磷石膏的CaSO4. 2H20含量大于或等于80%,為細(xì)小結(jié)晶體,無需進(jìn)行粉碎加工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用鈣基大宗工業(yè)固廢磷石膏強(qiáng)化碳酸化固定工業(yè)廢氣中CO2的方法，包括如下步驟(1)將磷石膏用熱水洗滌，去除水溶性雜質(zhì)；(2)將步驟(1)清洗后的的磷石膏加入氨水進(jìn)行堿溶反應(yīng)，浸出鈣部分離子；(3)將步驟(2)產(chǎn)生的固液混合物加入到密閉的反應(yīng)器中，通入CO2廢氣進(jìn)行氣液固多相的CO2碳酸化固定反應(yīng)，生成碳酸鈣結(jié)晶，經(jīng)過濾分離、洗滌和干燥得到結(jié)晶狀碳酸鈣；4)向步驟(3)中獲得的結(jié)晶母液加入硫酸中和至中性，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、噴漿造粒、干燥和篩分制得粒狀硫酸銨產(chǎn)品。本發(fā)明即利用兩種廢物生成兩種有價值的產(chǎn)品，降低了原料生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品價值，易于工業(yè)化，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C01F11/18GK102627309SQ201210142229
公開日2012年8月8日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者任先順, 葉少華, 周佩, 張彥英, 梅勝明, 毛克萬, 王 琦, 盛勇, 陳明鳳, 陳雷 申請人:中化化肥有限公司重慶磷復(fù)肥工程技術(shù)研究中心