CO2减排CCS与CCU路线的热力学认识

基于Gibbs自由能理论提出了以自由能耗散Ω作为CO2减排路线的热力学评价依据,减排的意义在于减少耗散。建立了输出功w与Ω的线性函数关系:w=-1/εΩ/α=-1/(1-β)·Ω/α,参数ε、β、α分别代表自由能耗散比、保留比和不可逆损失。分析计算结果表明,CCS减排路线使自由能耗散增加5.7%且转变为环境负荷,从热力学意义上不可取。CCU减排路线以循环利用为手段,将排放物的自由能转化于再生产品中从而实现自由能回收,降低环境负荷,具有热力学优势。以工业固废磷石膏矿化8×104t/a CO2的实例分析表明,CCU是具有经济效益的CO2减排路线,同时带来可观的资源与环境效益。     

天然钾长石-磷石膏矿化CO_2联产硫酸钾过程评价

利用工业固废磷石膏热活化天然钾长石矿化CO2是一种减排CO2、消除工业固废并联产高价值硫酸钾的新方法。通过耦合热活化钾长石及CO2矿化过程,研究了新工艺的技术条件。通过单因素实验确定了最优化操作条件,并对最优条件下操作过程进行了评价。结果表明,钾长石/硫酸钙质量比1∶2,焙烧温度1 200℃,焙烧时间2 h,矿化温度100℃,初始CO2压力4 MPa为最佳工艺参数,此时提钾率为87%,矿化率为7.7%。新工艺在经济上可行。     

天然钾长石-磷石膏矿化CO2联产硫酸钾过程评价

利用工业固废磷石膏热活化天然钾长石矿化CO2是一种减排CO2、消除工业固废并联产高价值硫酸钾的新方法。通过耦合热活化钾长石及CO2矿化过程,研究了新工艺的技术条件。通过单因素实验确定了最优化操作条件,并对最优条件下操作过程进行了评价。结果表明,钾长石/硫酸钙质量比1:2,焙烧温度1200°C,焙烧时间2 h,矿化温度100°C,初始CO2压力4 MPa为最佳工艺参数,此时提钾率为~87%,矿化率为~7.7%。新工艺在经济上可行。     

新材料与新工艺

可在常温常压下捕获并转化二氧化碳的新材料大量的二氧化碳(CO2),也可在常温常压下催化CO2与环氧烷烃反应,生成高附加值环碳酸酯。中国科学院大连化学物理研究所开发出一种共轭微孔高分子材料,其能够在常温常压下捕获较据介绍,CO2减排目前主要有2种方案:一是将CO2通过化学或物理吸附方法捕获,然后进行地下封存;二是将CO2在催化剂作用下与其它化学原料合成出有价值的化学品,如尿素、环碳酸酯和工程塑料等。但这2种方案均需高温或高     

磷石膏制备硫酸铵的工艺

为了降低磷石膏生产造成的环境污染及资源浪费,利用磷石膏与氨水、二氧化碳的反应,制备出硫酸铵.用单因素试验法研究了氨碳摩尔比、液固摩尔比、反应时间、加入批次4个因素对磷石膏中硫酸钙转化率的影响,并得到了优化工艺参数.在室温条件下(25℃),工艺条件是氨碳摩尔比为1.15∶1,反应时间为1.5h,液固摩尔比为2.5∶1,加入批次为3次.结果表明,在优化工艺条件下磷石膏中硫酸钙最大转化率可达到99.08%,硫酸铵中氮质量含量(干基)可达到国家标准一等品指标,游离酸(硫酸)可达合格品指标.用磷石膏生产硫酸铵,不仅解决了磷石膏堆放造成的环境问题,同时也实现了硫资源的循环利用,具有潜在的社会效益和经济效益.     

2020年中国低碳能源中期目标解读

提出了关联能源强度ε与碳强度κ的一个新的能源经济参数—能源碳强度ω;并用以核算、澄清了中国政府宣布的2020年"节能(降低ε)"与"减排(CO2)"两个目标之间的关系.估算出了到2020年中国能源消耗为41亿吨标煤、人均2.93吨标煤、能源弹性系数0.5,二氧化碳排放量不超过76亿吨、占世界24.7%的目标数据;指出了实现这一宏伟目标的最重要途径:除快速发展非化石能源和煤的CCS利用外,就是产业转型和发展天然气冷热电联供能源系统,大幅度提高能效.     

影响建筑磷石膏性能的主要因素研究

磷石膏是磷化工企业排放的废渣,随着磷化工企业的迅猛发展,磷石膏的产量也在急剧攀升,截止目前其年排放量已达到近5000万吨,给社会环境带来了巨大压力,磷石膏的资源化利用迫在眉睫。磷石膏脱水制得的以β-半水石膏为主要成分的建筑磷石膏及制品是其资源化利用的有效途径,同时能达到消耗大量磷石膏废渣的目的。但磷石膏的性能不稳定,致使这种来源广阔、建筑功能优良的资源无法得以有效利用。     

磷石膏中有机物的测定及其对水泥性能的影响

为提高磷石膏在水泥中的有效利用,分析磷石膏对水泥性能的影响,采用红外吸收光谱、色质联谱等测试手段对磷石膏中有机物进行定性和定量分析,并研究有机物对水泥性能的影响。结果表明,磷石膏中有机物为乙二醇甲醚乙酸酯、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷、2-乙基-1,3-二氧戊烷。有机物主要以物理吸附形式分布在石膏晶体表面,含量约为0.1%～0.2%。它使水泥凝结时间延长,强度降低,尤其是28天抗压强度有较大的下降,通过浮选处理可清除。     

CO2的能源化利用技术进展与展望

在当前碳中和背景下,人类向着"少碳、用碳与无碳"的CO2减排之路前行.CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)作为最直接的"碳中和"技术策略,为促进大气CO2净减排发挥了重要作用.然而,当前CCUS技术普遍面临着低效率、高能耗、高成本的技术难题,限制了该类技术的大规模应用与推广.近年来,随着可再生电能的不断发展,CO2减排与能源体系耦合的电池技术、储能技术应运而生,这类CO2能源化利用技术有望解决当前CCUS技术体系高能耗、高成本的技术难题,同时,有利于新能源的周期性消纳.然而,在这类CO2能源化利用技术中,主要是将CO2作为一种能源介质,对外输出的能量并非来自CO2本身;但是,CO2转变为碳酸盐的过程是化学位降低的反应过程,意味着CO2本身也是一种潜在的能源.作者利用这一热力学有利的反应,成功开发了利用CO2本身蕴含的能量进行深度发电的CO2矿化发电技术,并将CO2矿化电池的最大功率密度提升至了96.75 W/m2.     

高硫煤还原分解磷石膏试验研究

简要介绍了磷石膏的组成、危害以及现状.利用高硫煤还原分解磷石膏进行了试验研究,得到了高硫煤还原分解磷石膏时,磷石膏在约1000℃时进行分解,并且在1 200℃达到最高的分解率与脱硫率.随着反应温度的升高,磷石膏的分解率与脱硫率在提高,同时磷石膏分解率达到97%的反应时间逐渐减少.利用高硫煤还原分解磷石膏,可以有效提高烟气中SO2的浓度,磷石膏与高硫煤摩尔比约为0.7时,SO2浓度达到最高约14%,增加了磷石膏再利用的经济效益.     

利用石灰石循环煅烧/碳酸化顺序脱碳脱硫的新方法

在考虑电厂石灰石-石膏湿法脱硫技术造成的CO2排放的基础上,提出了利用循环煅烧/碳酸化分离二氧化碳过程中失活CaO替代脱硫用石灰石的新工艺。借助半经验公式,以600 MW机组为计算实例,进行了失活吸收剂和脱硫所需吸收剂的物料衡算。结果表明:锅炉排烟含CO2浓度为10%~15%时,保证CO2脱除效率85%~95%之间时,分离CO2排放的失活氧化钙物流为166.96~456.70 mol/s,足以提供脱硫需要的12.26~73.48 mol/s吸收剂同时,可减排因脱硫产生的CO21.94~11.64 t/h。     

磷石膏分解制备硫化钙的试验分析

在N2气氛下进行磷石膏还原分解制备硫化钙的研究,选择粒度分析仪测定原料粒径大小,XRD和扫描电镜表征原料和分解物固相特征。考察了原料摩尔配比、反应温度、反应时间和反应气氛等对磷石膏还原分解制备硫化钙的影响。结果表明:在N2气氛下,通过无烟煤过量形成充分的还原性气氛,磷石膏中硫酸钙被C或CO还原生成硫化钙。最佳的反应条件∶无烟煤∶磷石膏(C∶S)=2.4∶1;反应最佳温度900~1 000℃;反应时间2h,磷石膏转化率可达97.60%。     

氧化钙对磷石膏中可溶磷和可溶氟固化性能的影响

磷石膏是湿法磷酸过程产生的大宗固废(主要成分为CaSO₄·2H₂O),针对磷石膏堆场中可溶磷和可溶氟的迁移对周边环境造成一定程度污染的问题,采用氧化钙固化磷石膏中的可溶磷和氟,利用响应曲面优化可溶磷、氟固化工艺参数,通过溶液化学计算、SEM和XRD分析可溶磷和可溶氟固化机理及沉淀产物微观结构和物相组成。响应曲面分析表明,各因素对可溶磷和可溶氟的固化率存在一定交互作用,其中CaO用量影响最为显著,各因素对固化率的影响次序为：CaO用量>液固比>反应时间,经优化后的工艺条件为：CaO用量3.30%(质量分数),液固比1.90,反应时间110 min,可溶磷和可溶氟的固化率分别为98.6%和99.7%。溶液化学计算结果表明固化过程中可溶氟优先可溶磷生成沉淀。SEM及XRD分析结果表明可溶磷主要以CaHPO₄·2H₂O的形式析出,可溶氟则主要以CaF₂形式析出。     

基于生态链理论的大板煤电化基地节能模型构建

按传统的生产方式对大板煤电化基地"十二五"重点发展项目的排污及生态足迹进行预测,计算结果表明到2020年基地生态环境将无法承载产业的发展.因此构建大板煤电化基地节能模式,利用先进技术工艺,通过废物交换利用、能量梯级利用、废水循环利用,实现传统的单向直线模式转变为循环节能模式,本文所构建的节能模式与传统模式对比分析,仅煤电产业到2020年,减排灰渣146万吨、减排石膏28万吨,年节水400万吨,年可回收利用0.83×1016 J能量,生产热水0.26亿吨,节约煤炭28万吨,直接和间接创造的经济价值9.02亿.最后,提出了保障煤电化基地节能模式实施的建议.     

磷石膏制取硫酸铵及其溶析结晶

以磷石膏为原料,利用其与碳酸铵的反应,制备出硫酸铵,并研究了硫酸铵溶液的结晶方法.考查了物料比、反应温度、反应时间、搅拌速度和液固比等因素对磷石膏中硫酸钙转化率的影响.在物料比n(CO32-)/n(SO42-)为1.15,50℃,120 min,搅拌器转速100 r/min,液固比为5:1 mL/g时,磷石膏中硫酸钙转化率可达98.68%.以无水乙醇为溶析剂,从硫酸铵溶液中结晶出硫酸铵,结果表明,结晶温度和硫酸根离子浓度对结晶率影响显著,适宜的结晶温度为25℃,硫酸根浓度越高,结晶率越高.     

有机固废厌氧发酵气体对三峡库区大气环境影响

三峡库区固体有机废物厌氧发酵产生的气体有CH4、CO2、H2S、NH3、H2及多种微量气体。通过分析,三峡库区城镇每年产生垃圾约394万t,人畜禽粪尿每年约为380万吨,整个三峡库区每年填埋垃圾平均产生的甲烷气的量为2.9亿kg,人畜禽粪尿厌氧发酵产生的甲烷量为2.3亿kg,甲烷是一种比较重要的温室气体,对温室效应的贡献率仅次于二氧化碳,其他气体除了对产生区域有较大影响外,由于量小(二氧化碳除外),对整个大气环境影响相对较小。     

一种应用于氢能产业一体化的新型多功能盐穴储氢库

为实现“双碳”目标,解决氢能大规模储存难题,结合我国氢能发展趋势,首次提出了包含盐穴储氢库的三种发展情景下的氢能“制-储-用”一体化方案：①情景一为盐穴储存绿氢,用以燃料电池及炼钢炼铁领域的应用;②情景二为盐穴储存绿氢及CO2-O2混合气体,用于地面合成甲烷及甲烷富氧燃烧发电;③情景三为盐穴储存合成甲烷,用以除发电以外的其他用途。从盐穴储氢库全生命周期的角度,分析了储氢库在三种发展情景下的作用,首次提出了多功能储氢库的概念：可起到废电利用、电力平衡、氢能安全高效储存、CO2减排等多项作用。以昆明市安宁盐矿及云南省为例,结合云南省水电为主的电力结构,分析了多功能盐穴储氢库在情景一、二中的建设需求：①情景一,采用绿氢直接炼钢炼铁工艺,需电解绿氢约60万吨,配套多功能盐穴储氢库总气量1.3亿m3,可实现昆钢减排1307吨;②情景二,针对云南未来电力季节性缺额问题,假设甲烷富氧发电厂提供半年枯期电力,装机200MW,仅需建设多功能盐穴储氢库总库容478万m3,可消纳水电5.34亿度,提供枯期发电量2.88亿度。     

磷石膏制建筑石膏的试验研究

磷石膏的无控排放已对环境造成了严重污染,也形成了大量的资源浪费,资源化利用是解决其问题的根本途径。作者分别探讨了煅烧温度、煅烧时间、粉磨时间及生石灰添加量对磷石膏制备建筑石膏性能的影响,结果表明:随着煅烧温度的升高及煅烧时间的延长,由磷石膏制得的建筑石膏力学性能出现先增后降的趋势,在150℃条件下煅烧1.5h得到的建筑石膏性能最好,2h抗折强度1.90 MPa,2h抗压强度3.98 MPa,初凝时间为9 min,终凝时间为13min;将磷石膏粉磨3min,比表面积为306.3m2/kg,经煅烧制得的建筑石膏标准稠度为68%,2h抗折和抗压强度分别可达到2.39 MPa和5.47 MPa。使用0.4%生石灰对磷石膏进行改性后制得的建筑石膏的pH值为4.26,各项技术指标均达到GB/T 9776—2008《建筑石膏》中优等品的要求。     

利用畜禽废水中的氨氮驯化矿化垃圾填料氧化填埋场的CH4

探讨通过利用畜禽废水中氨氮实现矿化垃圾中铵氧化菌的富集,再利用其对CH4同等氧化能力实现垃圾填埋场温室气体总量减排。研究结果表明：矿化垃圾对畜禽污水中氨氮具备较强的硝化能力,运行120d内氨氮去除率高于60%;投加200mg·kg-1氨氮后的培养研究中,120h驯化后矿化垃圾硝酸盐氮的生成量分别为原生矿化垃圾样品和粘土样品的2.0倍和3.8倍;矿化垃圾和粘土样品中CH4消耗和CO2的净生成趋势可分别采用一级和零级动力学模型来表征（R2〉0.68）;与氮转化趋势类似,基于CO2的净生成速率,120d驯化后矿化垃圾的CH4氧化能力比粘土样和原生矿化垃圾分别提高了59.3%和10.6%。矿化垃圾经高氨氮畜禽养殖废水驯化可有望提高其对CH4的氧化能力,而污水中其他组分（CODCr、SS及磷素等）富集对CH4氧化过程的影响还亟待进一步研究。     

利用工业废弃物生产水泥熟料工艺新技术

宁夏石嘴山惠磊建材公司的"利用工业废弃物生产水泥熟料工艺新技术",通过了工信部科技成果鉴定。该技术使用的是惠磊建材公司利用自主创新技术对原有水泥熟料生产线实施改造后的新型半干法立窑。原材料全部是电石渣、双氰胺渣等工业固体废物,生产用水则全部利用工业废水。利用此项新技术生产的水泥熟料,综合标准煤耗、可比熟料综合电耗、窑系统颗粒物、CO2、SO2、氮氧化物排放浓度等均远低于国家相关标准值,产品质量完全符合国家标准要求。专家指出,该新技术既节能减排、又高效利废,对于推进工业固