中低壓條件下非純CO2液相直接礦物碳酸化的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)今，“溫室效應(yīng)”已眾所周知，其帶來的影響也愈發(fā)被人們重視，而導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要原因——CO2的大量排放也越來越受到人們的關(guān)注。我國作為能源消費(fèi)大國，每年需要消耗的煤炭量居世界首位，而隨之帶來的CO2的排放量也在世界前茅，因此我國面臨的CO2減排壓力也是非常巨大的。作為一種新興的CO2封存技術(shù)，礦物封存具有極大的發(fā)展?jié)摿徒?jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，受到了國內(nèi)外眾多專家學(xué)者的追捧。本文采用自然界中三種典型的富含鈣鎂的硅酸鹽礦石硅灰石、蛇紋石及鎂橄欖

2、石，對(duì)其在中低壓條件下針對(duì)燃煤煙氣中CO2進(jìn)行直接液相礦物碳酸化封存的反應(yīng)特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)全面的研究，以期為CO2礦物碳酸化隔離的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用和地質(zhì)埋存提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　首先，本文對(duì)硅灰石的礦物碳酸化反應(yīng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析，從熱力學(xué)和實(shí)驗(yàn)角度證實(shí)了采用硅灰石作為礦石原料時(shí)可以利用液相直接礦物碳酸化技術(shù)對(duì)未提純處理的燃煤煙氣中的CO2進(jìn)行直接封存隔離；研究結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度的升高、礦石顆粒粒徑的減小以及反應(yīng)

3、體系中緩沖劑的加入，硅灰石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率顯著增加，而預(yù)熱處理無法改善其礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率；反應(yīng)壓力的增加對(duì)硅灰石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率的影響在不同的氣體氛圍下是不同的，對(duì)純CO2和含SO2模擬煙氣氛圍，反應(yīng)壓力的增加可以提高其礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率，而對(duì)含NO模擬煙氣和富氧燃燒煙氣氛圍，反應(yīng)壓力的增加反而不利于其礦物碳酸化反應(yīng)的進(jìn)行；整體而言，四種氣體氛圍下硅灰石的礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率排序?yàn)椋杭僀O2氛圍＞富氧燃燒煙氣氛圍＞含SO2煙氣氛圍＞

4、含NO煙氣氛圍。
　　其次，本文也對(duì)鎂基硅酸鹽礦石蛇紋石的液相直接礦物碳酸化反應(yīng)特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究和實(shí)驗(yàn)分析，證實(shí)了利用蛇紋石也可以通過液相直接礦物碳酸化技術(shù)直接對(duì)煙氣中CO2進(jìn)行隔離；當(dāng)反應(yīng)溫度從80℃升高到150℃時(shí)，蛇紋石的礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率隨之逐漸增大，而溫度繼續(xù)升高超過150℃達(dá)到200℃時(shí)，其礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率隨著溫度的升高而逐漸降低；與硅灰石類似，不同的氣體氛圍下反應(yīng)壓力的增加對(duì)蛇紋石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率的影響也

5、不同，在純CO2和含SO2模擬煙氣氛圍下，反應(yīng)壓力的增加，可以使得蛇紋石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率增大，而在含NO模擬煙氣和富氧燃燒煙氣氛圍下，反應(yīng)壓力存在一個(gè)最佳值使得蛇紋石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率最大化，當(dāng)壓力超過這個(gè)值后，反應(yīng)壓力的增加不利于蛇紋石礦物碳酸化過程的進(jìn)行；蛇紋石的物理活化工藝如預(yù)熱處理及細(xì)化礦石顆粒粒徑均有助于礦物碳酸化反應(yīng)的進(jìn)行，在反應(yīng)溶液中加入3NaHCO也能加快反應(yīng)的進(jìn)行，從而增加蛇紋石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率；總體來說，氣體氛圍

6、對(duì)蛇紋石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率的影響與硅灰石有很大的相似性，其排序也為：純CO2氛圍＞富氧燃燒煙氣氛圍＞含SO2煙氣氛圍＞含NO煙氣氛圍。
　　另外，另一種鎂基硅酸鹽礦石鎂橄欖石的礦物碳酸化反應(yīng)特性也被本文列入研究體系；雖然鎂橄欖石的熱力學(xué)研究結(jié)果顯示鎂橄欖石礦物碳酸化隔離燃煤煙氣中CO2是可行的，但實(shí)驗(yàn)研究表明鎂橄欖石礦石反應(yīng)活性較低，在中低壓條件下難以實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2的礦物碳酸化封存；同蛇紋石略有不同，對(duì)于不同的氣體氛圍，反應(yīng)溫度升高

7、，鎂橄欖石碳酸化轉(zhuǎn)化效率變化趨勢(shì)有所差別，具體而言，在純CO2和富氧燃燒煙氣氛圍下，鎂橄欖石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率會(huì)不斷增大，而在含SO2模擬煙氣以及含NO模擬煙氣氛圍下，鎂橄欖石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率會(huì)出現(xiàn)先增大后減小的轉(zhuǎn)折變化；在純CO2和含SO2模擬煙氣氛圍下，反應(yīng)壓力的增加鎂橄欖石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率增加，而在含NO模擬煙氣和富氧燃燒煙氣氛圍下，鎂橄欖石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率隨反應(yīng)壓力增加略有下降；同以上兩種礦石一樣，緩沖劑的加入和細(xì)化礦石顆

8、粒都可以在一定程度上促進(jìn)鎂橄欖石礦物碳酸化反應(yīng)的進(jìn)行，而預(yù)熱處理會(huì)降低鎂橄欖石礦石的反應(yīng)活性，不利于其液相礦物碳酸化封存CO2；總的來說，鎂橄欖石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率都不高，本文中得到的其最高礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率僅為18.4％。
　　最后，本文對(duì)硅灰石、蛇紋石及鎂橄欖石的礦物碳酸化反應(yīng)特性進(jìn)行了對(duì)比分析，揭示了SO2和NO存在條件下礦物碳酸化反應(yīng)機(jī)理，初步建立了適合于描述碳酸化反應(yīng)進(jìn)行程度的雙膜模型；研究結(jié)果顯示，在三種礦石中，硅灰石