本实用新型专利技术涉及一种二氧化碳吸收并矿物化装置，包括反应器和三相分离器，反应器包括塔体和导流筒，导流筒设置在塔体内部，所述导流筒设置在所述塔体内部，塔体上设置有进液管和进气管，进液管与进气管的出口端均位于导流筒内部；三相分离器设置在反应器的上端。本实用新型专利技术在反应器内设置导流筒，反应器内以气升式环流的流动使气液固混合状态更好，固体的碱液溶质的溶解速率提高，从而可提高吸收反应速率和吸收率；反应装置集成了三相分离器，在反应的同时可沉降分离碳酸盐，减小了溶液中的固体含量，同时减小了水在吸收和分离单元的转运，提高了过程效率，减小了过程能耗；生成的碳酸盐的颗粒可得到较好的控制，从而可以获得较高的沉降效率。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及二氧化碳的矿物化处置的领域，特别是一种二氧化碳吸收并矿物化装置。
技术介绍
收集处置二氧化碳(CO2)，以减小温室气体排放，是环境和生态领域内重要的技术问题。目前，CO2的收集处置主要包括地质储存、海洋储存、矿物化储存和生物固碳等。CO2的矿物碳酸化固定是指CO2与含有碱性或碱土金属氧化物的矿石(主要是钙镁硅酸盐的矿石)反应，生成碳酸盐从而被封存的一系列过程。矿物化储存是自然界中CO2的吸收方法，所生成的碳酸盐是碳元素的热力学稳定形式，且对环境无任何影响，因此碳酸化固定是一种最稳定和最安全的固碳方式；并且，自然界中存在多种能够吸收CO2的矿石，储量巨大、价格低廉；因此，、矿物碳酸化固碳是CO2收集处置技术最好的选择。目前，公开报道的CO2的碳酸化固定工艺和技术，包括直接干法气固碳酸化和液相吸收碳酸化。直接干法气固碳酸化采用CO2直接与矿石发生一步气固反应生成碳酸盐的路线。该反应路线反应速率慢，效率低，即使加压来提高反应速率，也很难满足大规模工业吸收的需要。因此，液相吸收碳酸化成为主要的碳酸化固碳技术。液相吸收碳酸化又可分为直接吸收法和间接吸收法。直接吸收法是将钙镁硅酸盐等矿石研磨成细小颗粒后，在液相中和CO2反应生成碳酸盐，其本质的反应和直接干法气固碳酸化没有区别，只是由于在液相中CO2溶解为碳酸，进一步和细小的矿石颗粒反应时，反应的速率得到了大幅提高。矿石的研磨成本非常高，而反应速率仍不能满足大规模吸收的需要，因此该法在经济性和高效性上仍不是最好的选择。间接液相吸收法则将矿石先转化得到碱性溶液或悬浮液(以下简称 碱液)，并在碱液中吸收CO2并形成碳酸盐，进一步分离碳酸盐以封存CO2。该法的两个核心环节是矿石的转化和CO2的吸收。根据所采用的矿物质及其转化得到碱液的路线不同，可以得到不同的工艺路线；而根据吸收反应的体系不同(溶液、悬浮液或乳状液)，吸收反应也有不同的技术方案。关于各种方案的工艺和特点在文章Carbon capture and storage using alkaline industrial wastes(Progress in Energy and Combustion Science，38:302-320)以及A review of mineral carbonation technology in sequestration of CO2(Journal of Petroleum Science and Engineering，109:364–392)中已经详细论述。由于钠盐广泛存在、价格低廉，而NaOH在水中具有很高的溶解度，因此以钠盐为吸收矿物质的工艺首先被提出并实现了工业化。典型的工艺如PCT专利WO2009039445(中国专利CN101970084A)所公开的采用以NaHCO3/Na2CO3为碳酸盐的工艺。类似的技术还如PCT专利WO2010068924(中国专利CN101896425A)报道的吸收技术。这些专利通常通过电解钠盐(如Na2SO4)获得NaOH，以NaOH吸收CO2，得到NaHCO3或Na2CO3。专利WO2009039445同时还公开了吸收所使用的鼓泡塔反应器的设计方法和结构。但是该技术因采用高能耗的电解得到NaOH而使其在经济性上失去竞争力。因为NaOH在水中的溶解度高，因此其吸收过程是溶液中的中和反应，反应速率快，反应器的设计也相对较为简单。间接液相吸收法的真正意义则在于采用储量巨大而且廉价的钙镁硅酸盐吸收CO2，并最终生成固体状态的CaCO3、MgCO3等碳酸盐。该法一般先将钙镁硅酸盐转化为氧化物并进一步生产碱，然后以碱的悬浮液或乳状液吸收CO2，生成碳酸盐。例如PCT专利WO2013106730(中国专利CN104284707A)公布了一种采用钙硅酸盐，以HCl媒介，以Mg盐为OH-载体的间接路线。这类工艺路线中，CO2的吸收是通过与Ca(OH)2、Mg(OH)2，或者Mg(OH)2和CaCl2的混合物反应，生成碳酸盐实现的。类似的还有以醋酸为媒介的过程。文献Characteristics of CO2 fixation by chemical conversion to carbonate salts(Chemical Engineering Journal，231:287–293)报道了以乙醇胺(MEA)，二乙醇胺(DEA)， 或者甲基二乙醇胺(MDEA)为媒介吸收CO2，然后结合CaCl2生成碳酸盐的工艺。在上述这些过程中，都涉及CO2在溶解在液相中并反应生成碳酸盐这一核心过程。CO2的溶解速率，碱性化学品的溶解速率以及碳酸盐的结晶沉降速率都会影响吸收效率，而这些步骤中的任一步骤都可能成为吸收过程的限制步骤，通常以简单的鼓泡方法及鼓泡反应器进行该吸收反应时，CO2的吸收和转化率通常不高。例如，以碱金属氢氧化物吸收转化时，由于这类氢氧化物的溶解度非常低，如果以溶液吸收，则吸收负荷非常低，同时将导致大量水的循环，因此需要以氢氧化物的悬浮液吸收CO2。相关动力学研究表明，氢氧化物的溶解将是以悬浮液吸收过程的限速步骤，其动力学特征与以溶液吸收不同。另一方面，在传统的吸收反应中，吸收和分离分别在不同的单元进行，由于碳酸盐的含量通常不高，这就导致大量的水从吸收到分离单元输送，或者循环，导致能量的消耗。迄今为止，仍然没有针对这种吸收过程专门开发高效、集反应和分离一体化的吸收反应器的公开报道。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种二氧化碳吸收并矿物化装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题。本技术提的二氧化碳吸收并矿物化装置，包括反应器和三相分离器，所述反应器竖直设置，所述反应器包括塔体和导流筒，所述导流筒设置在所述塔体内部，所述塔体上设置有进液管和进气管，所述进液管与进气管的出口端均穿过所述塔体并位于所述导流筒的内部；所述三相分离器包括外壳、升液管和降液管，所述外壳的下端连接至所述反应器的上端，所述升液管下端与反应器相连通，上端伸入所述降液管内部，所述降液管下端设有开口，在所述升液管和降液管之间形成降液通道；所述外壳与所述降液管之间形成沉降槽，所述降液通道与沉降槽连通。优选地，所述导流筒上端和下端设置有开口，所述进液管与进气管的出口位于所述导流筒下端的开口内，且所述进液管的出口位于所述进气管的出口上方。优选地，所述进液管的出口处设置有气体分布器。优选地，所述塔体与导流筒均为圆筒形结构，两者的高度比为0.5:1～0.8:1，直径比为0.6:1～0.75:1。优选地，所述导流筒上设置有通孔，所述通孔的面积小于所述导流筒的端面面积的0.4倍。优选地，所述三相分离器包括第一排液管、气体出口和第二排液管，所述第一排液管用于排出三相分离器内的上层液体，所述气体出口用于排出处理后的气体，所述第二排液管用于排出所述三相分离器内的底层液体。优选地，所述第一排液管和第二排液管分别位于所述沉降槽的上部和底部，所述气体出口位于所述外壳的上端。优选地，所述沉降槽沿所述外壳径向上的截面积与所述塔体沿其径向上的截面积之比为1.5:1～4:1。优选地，还包括溢流堰，所述溢流堰沿所述外壳周向设置在其内部，并固定在所述第一排液管的下侧。优本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二氧化碳吸收并矿物化装置，其特征在于，包括反应器(1)和三相分离器(2)，所述反应器(1)竖直设置，所述反应器(1)包括塔体(11)和导流筒(12)，所述导流筒(12)设置在所述塔体(11)内部，所述塔体(11)上设置有进液管(13)和进气管(14)，所述进液管(13)与进气管(14)的出口端均穿过所述塔体(11)并位于所述导流筒(12)的内部；所述三相分离器(2)包括外壳(21)、升液管(22)和降液管(23)，所述外壳(21)的下端连接至所述反应器(1)的上端，所述升液管(22)下端与反应器(1)相连通，上端伸入所述降液管(23)内部，所述降液管(23)下端设有开口，在所述升液管(22)和降液管(23)之间形成降液通道(20)；所述外壳(21)与所述降液管(23)之间形成沉降槽(27)，所述降液通道(20)与沉降槽(27)连通。
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳吸收并矿物化装置，其特征在于，包括反应器(1)和三相分离器(2)，所述反应器(1)竖直设置，所述反应器(1)包括塔体(11)和导流筒(12)，所述导流筒(12)设置在所述塔体(11)内部，所述塔体(11)上设置有进液管(13)和进气管(14)，所述进液管(13)与进气管(14)的出口端均穿过所述塔体(11)并位于所述导流筒(12)的内部；所述三相分离器(2)包括外壳(21)、升液管(22)和降液管(23)，所述外壳(21)的下端连接至所述反应器(1)的上端，所述升液管(22)下端与反应器(1)相连通，上端伸入所述降液管(23)内部，所述降液管(23)下端设有开口，在所述升液管(22)和降液管(23)之间形成降液通道(20)；所述外壳(21)与所述降液管(23)之间形成沉降槽(27)，所述降液通道(20)与沉降槽(27)连通。2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收并矿物化装置，其特征在于，所述导流筒(12)上端和下端设置有开口，所述进液管(13)与进气管(14)的出口位于所述导流筒(12)下端的开口内，且所述进液管(13)的出口位于所述进气管(14)的出口上方。3.根据权利要求2所述的二氧化碳吸收并矿物化装置，其特征在于，所述进液管(13)的出口处设置有气体分布器(15)。4.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收并矿物化装置，其特征在于，所述塔体(11)与导流筒(12)均为圆筒形结构，两者的高度比为0.5:1～0.8:1，直...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国强，张建涛，于常军，丁海川，
申请(专利权)人：原初科技北京有限公司，清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
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