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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,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
2、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60180 kJ mol-1,因此碳元
3、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：,Mx SiyOx+2y+z H2z(s)+xCO2(g)xMCO3(s)+ySiO2(s)+z H2 O(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)中進展。,爭論覺
4、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
5、離子的活度,從而加速礦石中鎂離子的浸出。,蛇紋石,粉碎機,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,有很多爭論者進展了爭論,并取得了巨大的進展,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 1 h 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,OConnor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)濟本錢為 50100 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
6、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 100 MW 火電廠排放出的 CO2,所需能耗分別為 2023、13189 MW,其中在 CO2 氣體分別和壓縮方面的能耗約占總能耗的一半。,Process scheme of acetic acid route,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
7、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,結(jié)晶器,過濾器,壓縮機,分別器,火電廠,國外 CO2 礦物碳酸化固定爭論進展,(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 10 MW 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
8、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,Recycling process for waste cement,廢水泥循環(huán)利用集成工藝路線,粉碎機,混凝土,分類器,再生集合,建筑撤除廢棄物,水泥顆粒,壓縮機,分別機,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
9、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)濟本錢。,(3)優(yōu)化工藝過程,爭論過程集成技術(shù)。從能,量和物料集成方面考慮,將 CO2 固定與現(xiàn)有工業(yè),過程耦合起來,如將煉鋼過程中產(chǎn)生的固體廢棄物,用于固定其產(chǎn)生的 CO2 氣體,并且將產(chǎn)生的余熱,用于 CO2 礦物碳酸化固定過程,實現(xiàn)工業(yè)“三廢”,的綜合利用。,Thank you,
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