本發(fā)明主要涉及水泥窯尾氣中二氧化碳的富集再利用領(lǐng)域，具體是一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法。

背景技術(shù)：

1、水泥行業(yè)作為我國(guó)碳排放較大的行業(yè)之一（2020年co2排放12.3億噸，其中約63%的co2排放源于碳酸鹽分解，約35%來(lái)源于燃煤），碳減排難度大，在如今節(jié)能減排的大背景下，面臨著非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2、碳捕集純化技術(shù)可以捕集大量的尾氣排放中的co2，是未來(lái)大規(guī)模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖可行的方法。水泥行業(yè)作為碳排放大戶，存在工藝過(guò)程排放量大、源頭減排有限等特點(diǎn)，在碳減排道路上任重道遠(yuǎn)。

3、并且，如何將水泥行業(yè)的碳排放進(jìn)行進(jìn)一步的利用，使其覆蓋碳減排成本甚至盈利，是一個(gè)重要的研究課題。

4、在此背景下，研究水泥窯尾氣捕集并富集二氧化碳技術(shù)，提供納米碳酸鈣生產(chǎn)中的“碳”元素，通過(guò)從規(guī)模更大的鋼鐵廠、水泥廠集中采購(gòu)生石灰或氫氧化鈣來(lái)提供納米碳酸鈣生產(chǎn)中的“鈣”元素，可以既實(shí)現(xiàn)碳減排的目的，又能夠生產(chǎn)副產(chǎn)品進(jìn)行盈利，一舉兩得。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，它既實(shí)現(xiàn)碳減排的目的，又能夠生產(chǎn)副產(chǎn)品進(jìn)行盈利，一舉兩得。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，使用水泥窯尾氣富集二氧化碳，聯(lián)合制備納米碳酸鈣；該方法包括如下步驟：

4、（1）對(duì)水泥窯尾氣進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法包括除塵、降溫、增壓、噴淋工序；

5、（2）預(yù)處理后的尾氣脫除水；

6、（3）干燥后的尾氣進(jìn)入變壓吸附工序，經(jīng)過(guò)吸附、均壓降壓、置換、抽真空、均壓升壓、最終升壓處理完成二氧化碳的富集；

7、（4）富集后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入濃度調(diào)配工序，與步驟（2）中預(yù)處理后的干燥尾氣混合，調(diào)配成體積濃度為35-45%的二氧化碳混合氣送至納米碳酸鈣碳化裝置；

8、（5）采用生石灰與水進(jìn)行消化反應(yīng)，得到7-20%濃度ca(oh)2料漿，或采用氫氧化鈣與水混合調(diào)制成7-20%濃度的ca(oh)2料漿，除雜后投入碳化反應(yīng)釜中，在18-35℃下攪拌，通入富集調(diào)配后的co2混合氣體進(jìn)行碳化反應(yīng)；其中除雜工序中產(chǎn)生的固廢主要成分為二氧化硅（70%）、碳酸鈣（25%）、氫氧化鈣（5%），該部分廢棄物可回收至水泥窯做為原材料使用。

9、（6）在碳化進(jìn)行10分鐘之前加入晶型控制劑、表面活性劑1并攪拌均勻，然后繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，直到碳化反應(yīng)釜料漿的電導(dǎo)率值降至最低點(diǎn)0.3-0.5ms/cm，停止碳化反應(yīng)，得到碳酸鈣；其中表面活性劑1為c12-c18脂肪酸中的一種或多種，添加量為ca(oh)2料漿的1.0-3.5%；

10、（7）對(duì)步驟（6）中碳化反應(yīng)后的碳酸鈣加入表面活性劑2進(jìn)行攪拌活化，得到的漿料經(jīng)壓濾、干燥、粉碎，得到活性納米碳酸鈣，其中表面活性劑2為c12-c18脂肪酸鈉鹽的一種或多種，添加量為ca(oh)2料漿的0.5-1.5%。

11、本方法生產(chǎn)的納米碳酸鈣為表面疏水的活性產(chǎn)品。

12、優(yōu)選的，所述步驟（1）中除塵效率99%，尾氣降溫至40±2℃，增壓至0.12mpa，噴淋脫除so2、氨、粉塵、vocs，使得預(yù)處理后的尾氣so2含量＜0.1mg/m3。

13、優(yōu)選的，所述步驟（2）中脫水采用3塔吸附脫水，其中采用的吸附劑為活性氧化鋁、硅石球、硅鋁酸鹽分子篩的一種或多種。

14、優(yōu)選的，所述步驟（2）中脫水采用2塔吸附脫水，1塔再生，交替循環(huán)，其工藝包括吸附、逆放、抽真空、最終升壓4個(gè)過(guò)程，其中采用的吸附劑為活性氧化鋁、硅石球、硅鋁酸鹽分子篩的一種或多種。

15、優(yōu)選的，所述步驟（3）中二氧化碳吸附劑包括活性炭、沸石、液體有機(jī)胺、光相應(yīng)吸附材料中的一種或多種。

16、優(yōu)選的，所述步驟（3）中變壓吸附處理后的co2體積含量達(dá)到85%及以上。

17、優(yōu)選的，所述步驟（4）中調(diào)配后co2混合氣溫度控制范圍為35-40℃。

18、優(yōu)選的，所述步驟（5）中，若采用生石灰與水制備ca(oh)2料漿，則生石灰的氧化鈣含量≥95%，活性大于350ml/4n-hcl；若采用氫氧化鈣調(diào)配ca(oh)2料漿，則氫氧化鈣原料中氫氧化鈣含量≥98%，白度≥92%。

19、優(yōu)選的，所述步驟（6）中晶型控制劑為檸檬酸、蔗糖、聚合磷酸鹽中的一種或幾種的混合物，總加入量為ca(oh)2料漿的0.5-2.5%。

20、優(yōu)選的，所述步驟（7）中干燥溫度為115-130℃。

21、優(yōu)選的，所述步驟（7）中粉碎分級(jí)指通過(guò)粉碎分級(jí)的方法使產(chǎn)成品表觀粉體粒度d97≤9μm。

22、優(yōu)選的，所述步驟（7）中粒度分布窄的納米碳酸鈣指一次粒徑在40-100nm的納米碳酸鈣。

23、對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

24、在步驟（6）與步驟（7）中，本發(fā)明在碳酸鈣形成期內(nèi)的堿性條件下完成了表面包覆，提高了生產(chǎn)效率，且產(chǎn)品質(zhì)量和成本優(yōu)于在碳酸鈣形成后再進(jìn)行有機(jī)包覆的傳統(tǒng)工藝。

25、本工藝充分利用了水泥窯尾氣中的二氧化碳，將二氧化碳進(jìn)行富集后配合外購(gòu)的氧化鈣或者氫氧化鈣制備納米碳酸鈣，既解決了水泥行業(yè)碳減排的難題，又開創(chuàng)了水泥行業(yè)副產(chǎn)品盈利的模式，一舉兩得。

26、采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)納米碳酸鈣具有立方狀、一次粒徑40-100nm、表觀粒度d97≤9um的特點(diǎn)，作為功能性填料，可以普遍應(yīng)用在橡膠、塑料、硅橡膠等工業(yè)領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于，使用水泥窯尾氣富集二氧化碳，聯(lián)合制備納米碳酸鈣；該方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（1）中除塵效率99%，尾氣降溫至40±2℃，增壓至0.12mpa，噴淋脫除so2、氨、粉塵、vocs，使得預(yù)處理后的尾氣so2含量＜0.1mg/m3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（2）中脫水采用3塔吸附脫水，其中采用的吸附劑為活性氧化鋁、硅石球、硅鋁酸鹽分子篩的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（2）中脫水采用2塔吸附脫水，1塔再生，交替循環(huán)，其工藝包括吸附、逆放、抽真空、最終升壓4個(gè)過(guò)程，其中采用的吸附劑為活性氧化鋁、硅石球、硅鋁酸鹽分子篩的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（3）中二氧化碳吸附劑包括活性炭、沸石、液體有機(jī)胺、光相應(yīng)吸附材料中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（3）中變壓吸附處理后的co2體積含量達(dá)到85%及以上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（4）中調(diào)配后co2混合氣溫度控制范圍為35-40℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（5）中，若采用生石灰與水制備ca(oh)2料漿，則生石灰的氧化鈣含量≥95%，活性大于350ml/4n-hcl；若采用氫氧化鈣調(diào)配ca(oh)2料漿，則氫氧化鈣原料中氫氧化鈣含量≥98%，白度≥92%。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（6）中晶型控制劑為檸檬酸、蔗糖、聚合磷酸鹽中的一種或幾種的混合物，總加入量為ca(oh)2料漿的0.5-2.5%。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于：所述步驟（7）中干燥溫度為115-130℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種水泥窯尾氣富集二氧化碳聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，主要涉及水泥窯尾氣中二氧化碳的富集再利用領(lǐng)域。水泥窯尾氣二氧化碳通過(guò)物理吸附法富集后，其體積濃度達(dá)到35%?45%；在18?35℃的溫度條件下，與7?20%氫氧化鈣溶液反應(yīng)生成納米碳酸鈣。該方法與傳統(tǒng)石灰窯生產(chǎn)氧化鈣后再制備納米碳酸鈣相比更具環(huán)保性，能耗更低、碳捕集和利用效益更強(qiáng)。該方法可制備多種晶型納米碳酸鈣；一次粒徑40?100nm、表觀粒度D97≤9um，該方法產(chǎn)品作為功能性填料，普遍應(yīng)用在橡膠、塑料、硅橡膠等工業(yè)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：張全,姜旭,崔萬(wàn)順,李鵬,孫京瑋,劉曉軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山能新材料（淄博）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9