二氧化碳论文：二氧化碳碳捕集和封存碳酸盐沉淀钙镁离子

1、二氧化碳论文：二氧化碳碳捕集和封存碳酸盐沉淀钙镁离 子【中文摘要】全球气候变化已成为人类目前所面临的最主要的环 境问题之一。C02 勺捕集和圭寸存是减缓温室效应，避免出现全球气候 灾害的必要措施。C02 排放所引起的气候变化是全球性的、 多层次的，因而人类的应对措施也不可能是单一的，必然是百花齐放，任何单一 技术或方式都不可能解决全部问题。本文提出了一种新的碳封存方式 利用形成难溶碳酸盐沉淀的方式来进行 C02 封存。此方法利用海 水等富含钙镁离子的媒介，与含有 C02 勺气流进行传质反应，促使 CO2 向液相溶解并向CO -转化,并结合钙镁离子生成难溶的钙镁碳酸盐 沉淀，实现 CO2 在固相

2、中的安全、长久、稳定封存。首先，对海水脱碳 的原理进行了分析。海水捕集封存 C02 所依赖的是由气-液-固三相组 成的联动的碳酸盐体系，其流程是 C02 从气相中进入液相，在液相中 转化成 HCO3 和 CO32-，然后液相中的 CO32 结合钙镁离子从液相中析 出,成为碳酸盐固相。这一过程的两个主要驱动力是气态 CO2 的压力 和海水溶液的碱度，也就是 pH 值,对这两个要素在热力学平衡状态时 对海水碳酸盐体系各成分的影响进行了分析。 单位体积海水捕集封存 CO2 的潜力估算表明，以海水为媒介进行碳捕集封存是一种可行的、 有潜力的方法，并且浓海水、工业废水、地下卤水以及盐田废水等可 以作为海

3、水的替代，有利于因地制宜地应用此工艺，提高了此法的适 用性。其次,在理论分析的基础上，开展了海水脱碳的试验研究，即 C02 气流与一定碱度的海水在鼓泡床反应器中传质反应。 海水溶液保持一定的碱度是 C02 碳酸盐化过程顺利进行的必要条件。在常温常压下 海水脱碳适宜的 pH值范围是 8-10,弱碱及其共轭盐是良好的提高海 水碱度的添加剂，比如氨-氯化铵缓冲溶液。反应开始后，酸性气体 C02 的通入使海水溶液开始酸化，pH 值持续降低，海水体系中 CO32 的含 量不断上升，达到沉淀临界浓度时，结合 Ca2+和 Mg2 从溶液中以碳酸 盐沉淀的形式析出。海水与 C02 反应生成碳酸盐的过程是分步沉

4、淀，碳酸钙比碳酸镁需要的临界碳酸根浓度小，先从溶液体系中沉淀出 来。Ca2+和 Mg2+勺初始浓度分别为 420mg/L 和 1350mg/L,到反应终止 时，溶液中钙镁离子浓度分别为12 mg/L 和 120 mg/L,占反应初始浓 度的比例分别为 3 唏口 9%,说明超过90%勺钙镁离子都结合碳酸根从海 水体系中沉淀析出，将 CO2 以固态碳酸盐的形式封存下来。单位体积 海水对 CO 以固态形式封存的量为61.45mmol/L。固碳产物钙镁碳酸 盐经过沉淀结晶之后成为具有一定晶型的晶体，具有热力学和化学稳 定性,在常规的环境条件下，不会发生热分解；并且在自然界的酸碱度 条件下,也不会发生盐

5、的复分解反应,CO2 被稳定封存在固相碳酸盐中, 代表了一种安全、长久、稳定的碳圭寸存方式。变工况条件下的海水脱 碳试验表明，提高海水浓度、碱度、反应温度和气流速度能促进碳酸 盐化反应的进行。最后，基于 ASPENPLUS 勺海水脱碳流程模拟弥补了 实验室条件下某些试验工况无法开展的不足，并以吸收塔出口 CO2 脱 除率为目标函数，进行灵敏度分析，为工艺流程的改进和优化提供了 指导和依据。【英文摘要】 With the in creas ing concern abouthuma n-i nduced global climate cha nge, C02 becomes the primar

6、y focusbecause its concentrationincreace is believed to be themost importa nt factor for the gree nhouse effect. It is n ecessary and urgent to develop carb on capture and sequestrati on. The climate cha ngecaused by CO2 emissi on is a global and multi-tiered crisis. A variety ofmethods and tech no

7、logies should be studied to solve the problem,because no single one can settle the problem alone.This paper reported ano vel method to carb on sequestrati on through carb on ati on processbetwee n gaseous CO2 and brine soluti on or other Ca2+/Mg2+-richaqueous solutio ns. Mass tran sfer and reacti on

8、 enhance the conversionof CO2to CO32-, which is fin allyfixedin carb on ate precipitati on by Ca2+/Mg2+. The solid carb on atesequestrati on sta nds for a simple, perma nent and en vir onmen tally friendly method of trapp ing CO2, which makes our method a promisingcomplementary solution to other methods of CO2sequestrati on .First,thetheory of CO2sequestrati on byseawater is an alyzed. The in tegrated carb on ate system, which invo Ivesgas-liquid-solid three phases, plays a key role in carb on capture andsequestrati on using Ca2+