用於固定二氧化碳的系統的製作方法

2023-09-09 18:30:35 2

專利名稱：用於固定二氧化碳的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於固定包含在廢氣中的二氧化碳的系統。更具體地，本發明涉及一種通過從原渣中提取鹼金屬成分，並使提取的鹼金屬成分與二氧化碳反應以生成碳酸鹽沉澱來固定二氧化碳的系統，其中所述碳酸鹽沉澱通過浸沒式膜單元進行分離。
背景技術：
出於環境考慮，許多工業領域中的包括二氧化碳的廢氣需要處理。處理廢氣的典型工藝包括分離/回收工藝和固定(固定化)工藝。固定工藝的目的是將二氧化碳轉化成含碳化合物(例如，碳酸鹽)並將含碳化合物轉化成適用於其它工業過程的化合物，從而能夠以環境友好的方式除去已知可引起全球變暖的二氧化碳，並將二氧化碳作為有用材料利用。目前，使用單一反應器，在其中從原渣中提取鹼金屬成分與碳酸化反應同時進行。然而，在這種常規方法中，由於鹼金屬成分提取和碳酸化反應同時進行，提取的鹼金屬成分被碳酸化，碳酸化的成分形成為沉澱，然後碳酸鹽沉澱聚集在礦渣的表面上，其導致鹼金屬成分提取受到阻礙，碳酸化反應耗時較長，並且碳酸化率降低。進一步，在常規的方法中，由於礦渣、碳酸鹽沉澱和殘餘的工藝水/溶液共存，難以再利用工藝水/溶液和用於提取的化學溶劑(例如，醋酸)。因此，作為常規方法，已經使用如下方法其中按照如圖3所示的順序次序以單獨的批次進行鹼金屬成分提取、通過注射二氧化碳的碳酸鹽轉化、和用於固體/液體分離的過濾。上述在該背景技術部分中公開的信息僅用於增強對本發明背景的理解，因此其可能含有不構成在該國本領域普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容
本發明的實施方式提供一種用於固定二氧化碳的系統。該系統包括第一反應器和與第一反應器相連的第二反應器。向第一反應器中引入原渣。在第一反應器中，從原渣中提取鹼金屬成分。然後將含有提取的鹼金屬成分的溶液從第一反應器中排出。將來自第一反應器的含有提取的鹼金屬成分的溶液和二氧化碳引入第二反應器中。在第二反應器中，通過弓I入的二氧化碳與弓I入的溶液之間的碳酸化反應，將包含在弓I入的溶液中的鹼金屬成分轉化成碳酸鹽沉澱。在第二反應器內設置浸沒式膜單元以分離碳酸鹽沉澱。優選地，浸沒式膜單元可以包括多個中空纖維膜和一對中空箱體。中空箱體設置在中空纖維膜的上端和下端，並且通過再循環管線與第一反應器相連，通過所述再循環管線可以在分離碳酸鹽沉澱之後將溶液再循環到第一反應器中。優選地，在第二反應器中在浸沒式膜單元下方設置空氣擴散器，用於將氣體二氧化碳輸送到第二反應器的內部。 優選地，在再循環管線上安裝真空泵。
用該系統，除其它外，可以更有效地固定二氧化碳，並且可以將從浸沒式膜單元過濾的溶液再利用於鹼金屬提取反應器中。


現在將參考本發明的某些示例性實施方式來詳細地描述本發明的上述和其它特徵，其在所附附圖中說明，下文給出的這些實施方式僅僅用於示例說明，因此不是對本發明的限制，其中圖1和圖2是表示根據本發明的實施方式的用於固定二氧化碳的系統的圖；且圖3是表示常規的二氧化碳固定方法的流程圖。附圖中提到的附圖標記包括對以下元件的參照，其在下面進一步討論
10 :鹼金屬成分提取反應器12:供應管線14:再循環管線
20:碳酸化反應器
30:浸沒式膜單元
32:中空纖維膜
34:中空箱體
36:空氣擴散器
38:真空泵應當理解到，所附的附圖並非必然是按比例的，其說明了本發明基本原理的各種優選特徵的一定程度上簡化的代表。本文公開的本發明的具體設計特徵，包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部分取決於具體的既定用途和使用環境。在附圖中，附圖標記在附圖的幾張圖中通篇指代本發明的相同或等同部件。
具體實施例方式下面將詳細地參照本發明的各個實施方式，其實施例圖示在所附附圖中，並在下文加以描述。儘管將結合示例性實施方式描述本發明，但應當理解，本說明書無意於將本發明局限於這些示例性實施方式。相反，本發明不僅要涵蓋這些示例性實施方式，還要涵蓋由所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍內的各種替代形式、修改、等效形式和其它實施方式。如圖1所示，根據本發明的實施方式的用於固定二氧化碳的系統包括鹼金屬成分提取反應器(10)，與鹼金屬成分提取反應器(10)相連的碳酸化反應器(20)，和設置在碳酸化反應器(20)之內的浸沒式膜單元(30)。向鹼金屬成分提取反應器(10)中引入原渣。在鹼金屬成分提取反應器(10)中，從原渣中提取鹼金屬成分。然後將含有提取的鹼金屬成分的溶液從鹼金屬成分提取反應器(10)中排出。將排出的後提取溶液和二氧化碳引入碳酸化反應器(20)中。在碳酸化反應器
(20)中，通過弓丨入的二氧化碳與引入的溶液之間的碳酸化反應，將包含在引入的溶液中的鹼金屬成分轉化成碳酸鹽沉澱。設置在第二反應器內的浸沒式膜單元(30)起到分離碳酸鹽沉澱的作用。優選地，浸沒式膜單元可以包括多個中空纖維膜(32)和一對中空箱體(34)。中空纖維膜可以，適當地，由聚合物材料例如聚乙烯、乙酸纖維素等製成。中空箱體(34)設置在中空纖維膜(32)的上端和下端。例如，將中空纖維膜(32)的上端插入一個中空箱體(34)中並且將中空纖維膜(32)的下端插入另一個中空箱體(34)中，使得中空箱體(34)通過中空纖維膜(32)彼此流體連通。在這種情況下，鹼金屬成分提取反應器(10)的出口通過供應管線(12)與碳酸化反應器(20)連接，並且鹼金屬成分提取反應器(10)的入口通過再循環管線(14)與中空箱體(34)的出口連接。在一些實施方式中，可以在再循環管線(14)處安裝至少一個真空泵(36)。優選地，該系統在碳酸化反應器內在浸沒式膜單元(30)下方還可以包括空氣擴散器(36)，用於產生二氧化碳氣泡。空氣擴散器(36)接收從二氧化碳供應器(未示出)供應的二氧化碳，所述二氧化碳供應器與碳酸化反應器相連，用於供應二氧化碳。根據引入碳
酸化反應器(20)中的溶液的鹼金屬成分的量控制供應的二氧化碳的量。此處，將描述根據本發明的實施方式的用於固定二氧化碳的系統的操作。在鹼金屬成分提取反應器(10)處提取鹼金屬成分(例如Ca、Mg等)。更詳細地，將原渣(例如來自高爐煉鐵工藝的礦渣，來自電爐煉鋼工藝的礦渣等)供應到鹼金屬成分提取反應器(10)。將含有醋酸的水溶液作為提取溶劑供應，原渣與含有醋酸的水溶液的比例為約2至約20 ( S卩，礦渣溶液=約2 20 I)。攪拌所得的溶液直到提取出至少90%的包含在原渣中的鹼金屬成分。從鹼金屬成分提取反應器(10)中排出的後提取溶液通過供應管線(12)供應到碳酸化反應器(20)。將從二氧化碳供應器供應的二氧化碳經由空氣擴散器(36)引入碳酸化反應器(20)。根據引入到碳酸化反應器(20)中的溶液的鹼金屬成分的量控制供應的二氧化碳的量。在碳酸化反應器(20)中，進行碳酸化反應並生成碳酸鹽沉澱。即，氣體二氧化碳在碳酸化反應器(20)中與鹼金屬離子反應以生成碳酸鹽沉澱。通過浸沒式膜單元(30)從包含在碳酸化反應器(20)中的溶液中分離碳酸鹽沉澱。更具體地，在殘餘溶液(在碳酸化反應後的提取的鹼金屬成分的溶液)通過毛細管作用經由中空纖維膜(32)轉移時，碳酸鹽沉澱存在於碳酸化反應器中而不經由中空纖維膜(20)轉移。然後通過操作真空泵(36)將溶液經由中空箱體(34)和再循環管線(14)進行轉移，並再循環到鹼金屬成分提取反應器
(10)，以在鹼金屬成分提取中再利用。另一方面，通過空氣擴散器(36)供應的二氧化碳氣泡形成為具有小的直徑(例如，O. 5_或更小)，以防止懸浮固體在中空纖維膜(32)的表面上形成濾餅層，從而提高鹼金屬成分溶液的過濾效率。根據本發明，由於提取、碳酸化和過濾連續進行，可以以成本效益高且更簡單的方式固定二氧化碳。而且，從浸沒式膜單元過濾的溶液可以在鹼金屬提取工藝中再利用。
權利要求
1.一種用於固定二氧化碳的系統，所述系統包括 第一反應器，向其中引入礦渣，在其中從所述礦渣中提取鹼金屬成分，並從其中排出含有提取的鹼金屬成分的溶液；和 第二反應器，向其中引入二氧化碳和含有提取的鹼金屬成分的溶液，並在其中通過引入的二氧化碳與引入的溶液之間的碳酸化反應，將包含在引入的溶液中的鹼金屬成分轉化成碳酸鹽沉澱， 其中，在所述第二反應器內設置浸沒式膜單元以分離所述碳酸鹽沉澱。
2.如權利要求1所述的系統，在所述第一反應器與所述第二反應器之間還包括再循環管線，以將包含在所述第二反應器中的溶液再循環到所述第一反應器中。
3.如權利要求2所述的系統，其中，在所述再循環管線上安裝真空泵。
4.如權利要求1所述的系統，其中，所述浸沒式膜單元包括 多個中空纖維膜；和 設置在所述中空纖維膜的上端和下端的一對中空箱體。
5.如權利要求4所述的系統，其中，所述中空箱體通過再循環管線與所述第一反應器連接，通過所述再循環管線能夠將包含在所述第二反應器中的溶液再循環到所述第一反應器。
6.如權利要求1所述的系統，其中，在所述第二反應器中在所述浸沒式膜單元下方設置空氣擴散器，用於向所述第二反應器的內部輸送氣體二氧化碳。
7.如權利要求5所述的系統，其中，在所述再循環管線上安裝真空泵。
全文摘要
本發明涉及一種用於固定二氧化碳的系統。該系統包括用於從礦渣中提取鹼金屬成分的第一反應器，和用二氧化碳使該提取的鹼金屬成分碳酸化的第二反應器。用該系統，可以以更簡單且成本效益高的方式固定二氧化碳。
文檔編號C01B31/22GK102992322SQ201110462110
公開日2013年3月27日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年9月14日
發明者金兌映, 鄭聖燁, 李起春, 曹旼鎬, 孫錫頄, 樸東哲 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社, 現代制鐵株式會社