二氧化碳課程報告

CO2礦物碳酸化固定小組成員：段大理，劉明遠(yuǎn)，南海煒，謝坤,吳光財，毛燕敏

世界首個溫室氣體分布動畫從2023年到2023年全球二氧化碳的濃度增長變化圖可以看出二氧化碳濃度增長快速，因此二氧化碳的捕集與儲存已成為一個不行避開的問題提上日程CO2大規(guī)模儲存與固定是CO2減排的主要途徑,主要包括地質(zhì)儲存、海洋儲存以及礦物碳酸化固定，CO2的礦物碳酸化固定是仿照了自然界中CO2的礦物吸取過程,即CO2與含有堿性或堿土金屬氧化物的礦石反響,生成永久的、更為穩(wěn)定的碳酸鹽這樣一系列過程。但在自然界,礦石碳酸化過程是自然發(fā)生的,過程特別緩慢。礦物碳酸化應(yīng)用于CO2固定需要通過過程強化,加速CO2氣體與被采掘礦石之間的化學(xué)反響,到工業(yè)上可行的反響速率并使工藝流程更節(jié)能。CO2礦物碳酸化固定：將溫室氣體CO2以碳酸鹽(CaCO3、MgCO3)的固體形式永久儲存起來,此法是削減大氣中CO2含量,解除溫室效應(yīng)的一種全新方法。CO2以及全部的碳酸鹽化合物中,碳元素都是處于最高價態(tài)形式。一般狀況下,處于最高價態(tài)形式的含碳化合物是比較穩(wěn)定的,然而CO2并非是最穩(wěn)定的。如圖1中所示,碳酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)自由能要比CO2的標(biāo)準(zhǔn)自由能低60～180kJ·mol-1,因此碳元素的最穩(wěn)定形式應(yīng)當(dāng)是碳酸鹽而不是CO2。CO2與鈣鎂硅酸鹽反響的一般形式為：MxSiyOx+2y+zH2z(s)+xCO2(g)——xMCO3(s)+ySiO2(s)+zH2O(l/g)M=Mg,Ca爭論說明:含鈣鎂硅酸鹽礦石與CO2之間的反響焓變都是負(fù)值,從而說明這類反響過程都是放熱的,因此含鈣鎂硅酸鹽礦石與CO2之間的反響在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)展。但是，CO2與鈣鎂硅酸鹽礦石之間的反響是一個極其緩慢的過程。碳酸化體系的反響動力學(xué)與機(jī)理礦物碳酸化過程有干法和濕法之分。干法過程：CO2氣體直接與礦石原料發(fā)生氣固反響;濕法過程：碳酸化反響在溶液介質(zhì)中進(jìn)展。爭論覺察,含鈣化合物具有較高的反響活性,其反響速率一般大于含鎂化合物,因而更多的機(jī)理爭論在于含鎂化合物,特殊是含鎂硅酸鹽礦石的濕法碳酸化過程的爭論。礦物碳酸化固定工藝路線兩種直接路線，即直接干法氣固碳酸化和直接濕法碳酸化四種間接路線,即直接干法碳酸化、直接濕法碳酸化過程,以及以鹽酸、氯化鎂熔鹽、乙酸、氫氧化鈉為反響媒質(zhì)的間接過程。

直接濕法碳酸化

直接濕法碳酸化過程中,為提高反響速率,一般向溶液中添加礦物催化劑,如NaHCO3和NaCl混合物。這是由于NaHCO3的參加,增加了溶液中碳酸氫根離子的濃度,從而增大了碳酸化反響速率,而NaCl的參加,使得溶液組成簡單,降低了溶液中鎂離子的活度,從而加速礦石中鎂離子的浸出。蛇紋石粉碎機(jī)磨屑篩選磁化分別熱處理橄欖石重力分別壓縮CO2碳酸氫鹽反響器菱鎂礦直接濕法礦物碳酸化固定CO2工藝過程被看成是最有希望的,有很多爭論者進(jìn)展了爭論,并取得了巨大的進(jìn)展,CO2礦物碳酸化反響接近完全轉(zhuǎn)化所需的反響時間已經(jīng)由長達(dá)幾十小時縮短到1h以內(nèi)。然而該工藝路線需要采掘大量的礦石,礦石預(yù)處理過程能耗高,并且引起的環(huán)境問題很難解決。2023年,O’Connor〔哥倫比亞大學(xué)教授〕等的爭論說明,濕法CO2礦物碳酸化固定過程的經(jīng)濟(jì)本錢為50～100美元/噸CO2,這比其他固定方式的本錢要高。也有爭論者選擇利用一些固體廢棄物代替礦石的濕法碳酸化路線,削減了能耗,減輕了環(huán)境影響,具肯定的應(yīng)用前景間接路線以乙酸為媒質(zhì)的間接路線

Kakizawa〔賓夕法尼亞大學(xué)教授〕等估算了分別以硅灰石和廢棄建筑材料為原料、乙酸為媒質(zhì)的間接工藝過程處理100MW火電廠排放出的CO2,所需能耗分別為2023、13189MW,其中在CO2氣體分別和壓縮方面的能耗約占總能耗的一半。Processschemeofaceticacidroute〔乙酸媒質(zhì)的間接路線〕試驗爭論：假設(shè)能夠強化碳酸鹽產(chǎn)物與乙酸媒質(zhì)分別過程,同時削減原料本錢及預(yù)處理能耗,并且將CO2的分別和壓縮集成到礦物碳酸化固定工藝過程當(dāng)中,乙酸為媒質(zhì)的間接工藝過程將會有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。含鈣礦物乙酸萃取柱濃縮機(jī)結(jié)晶器過濾器壓縮機(jī)分別器火電廠國外CO2礦物碳酸化固定爭論進(jìn)展(1)關(guān)于MSWG〔美國能源部DOE〕的爭論狀況該爭論小組致力于濕法CO2礦物碳酸化固定過程的爭論,并打算到2023年建成10MW當(dāng)量的示范工廠。(2)關(guān)于煤炭零排放聯(lián)盟〔ZECA〕的爭論狀況提出了基于化石能源清潔利用新概念的集成過程,將煤炭能源的高效利用、制氫、發(fā)電以及CO2的礦物碳酸化固定相結(jié)合。(3)干法二步過程其原理是:首先將蛇紋石加熱分解,生成反響活性高的氧化鎂;然后是氧化鎂與CO2發(fā)生碳酸化反響(4)固體廢棄物與CO2固定集成2023年,Katsuyama〔布朗大學(xué)教授〕等提出以廢棄的建筑材料為原料,利用直接濕法碳酸化固定過程生產(chǎn)高純碳酸鈣產(chǎn)品,同時用于尾氣脫硫的集成工藝過程Recyclingprocessforwastecement〔廢水泥循環(huán)利用集成工藝路線〕粉碎機(jī)混凝土分類器再生集合建筑撤除廢棄物水泥顆粒壓縮機(jī)分別機(jī)脫硫裝置提取器沉積反響器將溫室氣體CO2以固體碳酸

鹽形式儲存起來具有很多優(yōu)點:一是由于碳酸鹽的熱穩(wěn)定性及其對環(huán)境無任何影響,因此CO2礦物碳酸化固定是一種最安全的固定方式;

二是CO2礦物碳酸化固定的原料來源豐富、儲量巨大、價格低廉,因此具有大規(guī)模固定的潛力和經(jīng)濟(jì)效益。爭論認(rèn)為地球上可以用于CO2礦物碳酸化固定的礦石原料的儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化石能源的儲量,因而人類排放的CO2可以完全被礦物吸取掉建議方向(1)從原材料的選擇方面,應(yīng)考慮使用一些含有鈣鎂的固體廢棄物。這些固體廢棄物廉價易得,最主要的是原料具有較高的反響活性,不需要預(yù)處理,而且有利于改善環(huán)境。(2)從工藝路線方面,選擇間接工藝過程,同時考慮間接過程所用反響媒質(zhì)要易于再生循環(huán)利用。間接工藝過程可以獲得高附加值的副產(chǎn)物,如鈣鎂碳酸鹽,以及回收珍貴金屬等,可以降低經(jīng)濟(jì)