中低壓條件下非純CO2液相直接礦物碳酸化的實驗研究.pdf

1、當今，“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)濟競爭力，受到了國內(nèi)外眾多專家學者的追捧。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，對其在中低壓條件下針對燃煤煙氣中CO2進行直接液相礦物碳酸化封存的反應(yīng)特性進行了比較系統(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，本文對硅灰石的礦物碳酸化反應(yīng)特性進行了系統(tǒng)的研究分析，從熱力學和實驗角度證實了采用硅灰石作為礦石原料時可以利用液相直接礦物碳酸化技術(shù)對未提純處理的燃煤煙氣中的CO2進行直接封存隔離；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)化效率排序為：純CO2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)特性進行了詳細的理論研究和實驗分析，證實了利用蛇紋石也可以通過液相直接礦物碳酸化技術(shù)直接對煙氣中CO2進行隔離；當反應(yīng)溫度從80℃升高到150℃時，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℃達到200℃時，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)壓力存在一個最佳值使得蛇紋石礦物碳酸化轉(zhuǎn)化效率最大化，當壓力超過這個值后，反應(yīng)壓力的增加不利于蛇紋石礦物碳酸化過程的進行；蛇紋石的物理活化工藝如預熱處理及細化礦石顆粒粒徑均有助于礦物碳酸化反應(yīng)的進行，在反應(yīng)溶液中加入3NaHCO也能加快反應(yīng)的進行，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，但實驗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現(xiàn)對CO2的礦物碳酸化封存；同蛇紋石略有不同，對于不同的氣體氛圍，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，緩沖劑的加入和細化礦石顆

8、粒都可以在一定程度上促進鎂橄欖石礦物碳酸化反應(yīng)的進行，而預熱處理會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，本文對硅灰石、蛇紋石及鎂橄欖石的礦物碳酸化反應(yīng)特性進行了對比分析，揭示了SO2和NO存在條件下礦物碳酸化反應(yīng)機理，初步建立了適合于描述碳酸化反應(yīng)進行程度的雙膜模型；研究結(jié)果顯示，在三種礦石中，硅灰石