二氧化碳课程报告

CO2矿物碳酸化固定小组成员：段大理，刘明远，南海炜，谢坤,吴光财，毛燕敏

世界首个温室气体分布动画从2023年到2023年全球二氧化碳的浓度增长变化图可以看出二氧化碳浓度增长快速，因此二氧化碳的捕集与储存已成为一个不行避开的问题提上日程CO2大规模储存与固定是CO2减排的主要途径,主要包括地质储存、海洋储存以及矿物碳酸化固定，CO2的矿物碳酸化固定是仿照了自然界中CO2的矿物吸取过程,即CO2与含有碱性或碱土金属氧化物的矿石反响,生成永久的、更为稳定的碳酸盐这样一系列过程。但在自然界,矿石碳酸化过程是自然发生的,过程特别缓慢。矿物碳酸化应用于CO2固定需要通过过程强化,加速CO2气体与被采掘矿石之间的化学反响,到工业上可行的反响速率并使工艺流程更节能。CO2矿物碳酸化固定：将温室气体CO2以碳酸盐(CaCO3、MgCO3)的固体形式永久储存起来,此法是削减大气中CO2含量,解除温室效应的一种全新方法。CO2以及全部的碳酸盐化合物中,碳元素都是处于最高价态形式。一般状况下,处于最高价态形式的含碳化合物是比较稳定的,然而CO2并非是最稳定的。如图1中所示,碳酸盐的标准自由能要比CO2的标准自由能低60～180kJ·mol-1,因此碳元素的最稳定形式应当是碳酸盐而不是CO2。CO2与钙镁硅酸盐反响的一般形式为：MxSiyOx+2y+zH2z(s)+xCO2(g)——xMCO3(s)+ySiO2(s)+zH2O(l/g)M=Mg,Ca争论说明:含钙镁硅酸盐矿石与CO2之间的反响焓变都是负值,从而说明这类反响过程都是放热的,因此含钙镁硅酸盐矿石与CO2之间的反响在常温、常压下可以自发进展。但是，CO2与钙镁硅酸盐矿石之间的反响是一个极其缓慢的过程。碳酸化体系的反响动力学与机理矿物碳酸化过程有干法和湿法之分。干法过程：CO2气体直接与矿石原料发生气固反响;湿法过程：碳酸化反响在溶液介质中进展。争论觉察,含钙化合物具有较高的反响活性,其反响速率一般大于含镁化合物,因而更多的机理争论在于含镁化合物,特殊是含镁硅酸盐矿石的湿法碳酸化过程的争论。矿物碳酸化固定工艺路线两种直接路线，即直接干法气固碳酸化和直接湿法碳酸化四种间接路线,即直接干法碳酸化、直接湿法碳酸化过程,以及以盐酸、氯化镁熔盐、乙酸、氢氧化钠为反响媒质的间接过程。

直接湿法碳酸化

直接湿法碳酸化过程中,为提高反响速率,一般向溶液中添加矿物催化剂,如NaHCO3和NaCl混合物。这是由于NaHCO3的参加,增加了溶液中碳酸氢根离子的浓度,从而增大了碳酸化反响速率,而NaCl的参加,使得溶液组成简单,降低了溶液中镁离子的活度,从而加速矿石中镁离子的浸出。蛇纹石粉碎机磨屑筛选磁化分别热处理橄榄石重力分别压缩CO2碳酸氢盐反响器菱镁矿直接湿法矿物碳酸化固定CO2工艺过程被看成是最有希望的,有很多争论者进展了争论,并取得了巨大的进展,CO2矿物碳酸化反响接近完全转化所需的反响时间已经由长达几十小时缩短到1h以内。然而该工艺路线需要采掘大量的矿石,矿石预处理过程能耗高,并且引起的环境问题很难解决。2023年,O’Connor〔哥伦比亚大学教授〕等的争论说明,湿法CO2矿物碳酸化固定过程的经济本钱为50～100美元/吨CO2,这比其他固定方式的本钱要高。也有争论者选择利用一些固体废弃物代替矿石的湿法碳酸化路线,削减了能耗,减轻了环境影响,具肯定的应用前景间接路线以乙酸为媒质的间接路线

Kakizawa〔宾夕法尼亚大学教授〕等估算了分别以硅灰石和废弃建筑材料为原料、乙酸为媒质的间接工艺过程处理100MW火电厂排放出的CO2,所需能耗分别为2023、13189MW,其中在CO2气体分别和压缩方面的能耗约占总能耗的一半。Processschemeofaceticacidroute〔乙酸媒质的间接路线〕试验争论：假设能够强化碳酸盐产物与乙酸媒质分别过程,同时削减原料本钱及预处理能耗,并且将CO2的分别和压缩集成到矿物碳酸化固定工艺过程当中,乙酸为媒质的间接工艺过程将会有较好的工业应用前景。含钙矿物乙酸萃取柱浓缩机结晶器过滤器压缩机分别器火电厂国外CO2矿物碳酸化固定争论进展(1)关于MSWG〔美国能源部DOE〕的争论状况该争论小组致力于湿法CO2矿物碳酸化固定过程的争论,并打算到2023年建成10MW当量的示范工厂。(2)关于煤炭零排放联盟〔ZECA〕的争论状况提出了基于化石能源清洁利用新概念的集成过程,将煤炭能源的高效利用、制氢、发电以及CO2的矿物碳酸化固定相结合。(3)干法二步过程其原理是:首先将蛇纹石加热分解,生成反响活性高的氧化镁;然后是氧化镁与CO2发生碳酸化反响(4)固体废弃物与CO2固定集成2023年,Katsuyama〔布朗大学教授〕等提出以废弃的建筑材料为原料,利用直接湿法碳酸化固定过程生产高纯碳酸钙产品,同时用于尾气脱硫的集成工艺过程Recyclingprocessforwastecement〔废水泥循环利用集成工艺路线〕粉碎机混凝土分类器再生集合建筑撤除废弃物水泥颗粒压缩机分别机脱硫装置提取器沉积反响器将温室气体CO2以固体碳酸

盐形式储存起来具有很多优点:一是由于碳酸盐的热稳定性及其对环境无任何影响,因此CO2矿物碳酸化固定是一种最安全的固定方式;

二是CO2矿物碳酸化固定的原料来源丰富、储量巨大、价格低廉,因此具有大规模固定的潜力和经济效益。争论认为地球上可以用于CO2矿物碳酸化固定的矿石原料的储量远远超过化石能源的储量,因而人类排放的CO2可以完全被矿物吸取掉建议方向(1)从原材料的选择方面,应考虑使用一些含有钙镁的固体废弃物。这些固体废弃物廉价易得,最主要的是原料具有较高的反响活性,不需要预处理,而且有利于改善环境。(2)从工艺路线方面,选择间接工艺过程,同时考虑间接过程所用反响媒质要易于再生循环利用。间接工艺过程可以获得高附加值的副产物,如钙镁碳酸盐,以及回收珍贵金属等,可以降低经济