基于CO2循环的低碳高效白云石煅烧新工艺

白云石是一种广泛应用的冶金、建材和化工原料。针对白云石煅烧过程中CO₂排放严重等问题,构建了基于CO₂循环载热与资源化回收的白云石低碳煅烧竖窑新工艺。通过白云石（CaCO₃·MgCO₃）煅烧过程的Gibbs自由能变计算,发现提高煅烧温度（50~100 K）可有效克服CO₂对反应的抑制作用;通过纯CO₂环境中CaCO₃分解过程的热重实验分析,验证了CO₂循环煅烧白云石煅烧的可行性;通过化学反应动力学计算,解析了全CO₂组分环境下CO₂压力对CaCO₃·MgCO₃高温分解过程的影响,并发现提高CO₂压力可促进气固传热,从而提升分解速率和改善矿料分解均匀性;对CO₂循环煅烧工艺系统能-质平衡计算表明：该工艺理论能耗仅为140 kg/(t 煅白),且煅烧过程的CO₂排放降低70%以上,环境效益显著。     

碳酸钙热分解进展

CaCO₃热分解产生CaO与CO₂的反应,是钙循环过程中CaCO₃再生的重要反应。钙循环过程在烟气脱碳、反应吸附强化甲烷蒸气重整制氢以及太阳热能储存等过程中都有重要应用。评价CaCO₃热分解的重要性能是分解温度和分解速率。本文从CaCO₃分解机理、热力学和反应动力学方面,分析了颗粒粒径、结构和组成以及加热速率、分解气氛和分解压力等变量对CaCO₃分解温度和分解速率的影响,为工业应用时降低CaCO₃分解温度、提高分解速率、减少分解能耗的研究提供了参考。     

高温烟气中煤焦气化行为

针对高温烟气中煤焦的气化行为,本文采用FactSage 6.1计算了煤焦在高温烟气下的高温反应特性,并利用热重分析仪分析了煤焦气化行为。通过沉降炉实验进一步研究了不同温度、气体配比、粒径条件下气体产物的动态析出特性,同时计算了评价指标α、β、LHV值。结果表明：随着温度的升高,气体产物H₂和CO的含量增加,β、α、LHV值增大,CH₄和CO₂的含量下降。在温度为1200℃时,β、α值分别由CO₂/CO比为10∶70时的10.80%、5.21%增加到CO₂/CO比为50∶30时的24.71%、41.06%。同时,随着CO₂/CO比值的增大,高温烟气对煤焦气化反应抑制减弱。通过对比反应温度和粒径对煤焦气化反应的影响,得出反应温度远大于粒径对煤焦气化反应的影响。通过实验验证了向高温烟气中喷吹煤焦制备高品质可燃气体方法的可行性。     

CH3COONa-NH4OH-H2O体系下磷石膏矿化CO2-联产高纯CaCO3

基于我国面临CO₂减排与磷石膏资源化利用的巨大压力，本文提出助剂循环使用的CO₂矿化与磷石膏资源化利用过程耦合的学术思想，立题以磷石膏为原料，研究醋酸钠体系下氨水强化磷石膏浸出液矿化CO₂联产高纯CaCO₃的反应过程。实验过程中系统讨论了不同工艺条件对磷石膏中Ca²⁺的浸出及浸出液矿化CO₂反应效能的影响，并系统表征了反应条件对矿化产物晶粒尺寸、结构与形貌的影响。结果表明：低温常压条件下1t磷石膏可以矿化吸收208kg的CO₂，同时联产472kg纯度为99.63%的球形球霰石。通过调节矿化反应条件可有效调控矿化产物的晶粒尺寸；提高反应温度和延长反应时间有利于亚稳态的球霰石向热力学更稳定的文石和方解石转化。实验过程中实现了醋酸钠的循环利用与回收。本文为磷石膏的资源化利用与高纯CaCO₃的制备提供了新的思路。     

失活石灰石自活化增强循环捕集CO2特性

钙循环工艺是一种低成本高效率捕集CO₂技术,运行过程需不断补充新鲜吸收剂并排出失活吸收剂,实现失活钙基吸收剂原位资源化利用具有重要意义。为研究颗粒状石灰石失活后自活化特性,运用双固定床反应器制备了失活石灰石,分析了自活化后石灰石碳酸化转化率随循环次数的变化规律,采用XRD、SEM、N₂吸附等分析测试手段探究了自活化提高失活石灰石循环捕集CO₂性能机理。结果表明,失活石灰石置于环境中可吸收空气中水分生成Ca(OH)₂,吸水率φ达100%后,继续吸水生成氢氧化钙水合物,极限吸水率为130%。不同程度自活化后的石灰石循环捕集CO₂性能均有不同程度提高,随吸水率变化呈线性升高趋势。与分析纯CaCO₃相比,失活石灰石对吸水率变化更敏感,随吸水率升高其循环捕集CO₂性能提高更快。吸水率为130%时,自活化后石灰石循环捕集CO₂性能甚至优于新鲜石灰石。微观结构分析结果显示：新鲜石灰石因高温烧结而失活过程中,CaO晶粒尺寸由41...     

H2O和SO2对CFB内石灰石同时煅烧/硫化反应中煅烧动力学的协同作用

采用自制恒温热重分析仪,研究了CFB工况下石灰石同时煅烧/硫化反应中H₂O和SO₂对石灰石煅烧动力学和孔结构的协同作用。煅烧环境中的H₂O能够促进石灰石的分解,但SO₂会减慢石灰石分解速度,且测试发现SO₂使煅烧后颗粒的孔容积下降,分解反应的效率因子减小。基于此提出SO₂减缓煅烧反应的机理：高温下,石灰石颗粒外层首先分解并生成多孔CaO层,其中的孔隙作为内部CaCO₃分解产生CO₂的外扩散通道,当煅烧气氛中含有SO₂时,颗粒的CaO层与SO₂反应生成CaSO₄,堵塞了CaO中的孔隙,增加了CO₂扩散的阻力,从而减缓了其分解速度。当石灰石在含有15% H₂O和0.3% SO₂的环境中分解时,其分解速度比不含二者的环境下快,而比含15% H₂O但不含SO₂的环境下慢,说明H₂O和SO₂对改变石灰石分解的速度有协同效应,但15% H₂O的作用比0.3% SO₂的作用更大。对效率因子的计算表明,该现象可能由于石灰石煅烧反应的速度控制步骤中本征反应速度的影响比扩散阻力的作用更大,而H₂O能够直接加速煅烧反应的本征速度。温度、粒径等均能够影响石灰石同时煅烧/硫化反应的中的煅烧速度。H₂O还能够促进CaO的烧结,并且H₂O和SO₂在降低石灰石煅烧产物的孔面积和孔容积上具有叠加效应。     

低品位石灰石溶解特性及动力学模型

石灰石资源的不可创造和不可再生导致优质石灰石资源逐渐稀缺,石灰石品位不断下降。低品位石灰石应用导致脱硫系统效率下降已逐渐成为行业内的频发事故。为明晰低品位石灰石脱硫浆液在酸性环境下的溶解动力学,开展了溶解体系温度、pH以及石灰石颗粒粒径等关键因素对低品位石灰石溶解特性的影响规律研究。结果表明,CaMg(CO₃)₂是低品位石灰石中存在的主要杂质,其在酸性环境中的溶解速率远低于CaCO₃;由CaMg(CO₃)₂形成的惰性残留层决定了低品位石灰石的溶解过程主要由产物层内扩散控制。此外,基于未反应核的收缩模型,建立了低品位石灰石的半经验溶解动力学方程。     

二氧化碳矿化波特兰水泥浆体性能与机制

CO₂捕集、利用与封存(CCUS)技术作为应对全球气候与环境危机的重要技术手段受到重视。利用水泥基材料的矿化反应吸收CO₂不仅可实现CO₂永久封存,改善产品力学性能,还能减少混凝土中水泥用量,从而减少大量CO₂排放。以OPC浆体为原材料,系统性研究不同因素(温度、CO₂添加量和CaCO₃掺杂量)对水泥固碳性能及力学性能的影响,并测试分析了矿化产物的组成、微观形貌及微观孔结构,总结了温度、CO₂与CaCO₃对OPC净浆矿化过程的相互影响机制,并归纳了外加碳酸钙下二氧化碳矿化OPC浆体的微观反应过程模型。结果表明,70℃下固碳率为77.99%,28 d强度提升6.7%,CO₂最佳添加量为0.5%,添加CaCO₃能提高OPC浆体的固碳率和强度,CaCO₃添加量为10%时,CO₂掺量可增至3%,同时保持强度增益。     

粉土中CO2水合物的稳定性条件

测定纯CO₂水合物和干密度为1.40、1.50、1.65 g·cm^-3粉土中CO₂水合物的稳定性条件。通过实验数据的对比分析,表明了粉土孔隙效应对CO₂水合物稳定性条件具有重要影响,较于纯水合物,粉土中水合物稳定性压力更高、温度更低。另外,比较了不同初始分解温度下1.50 g·cm^-3粉土中CO₂水合物的稳定性条件,证明了水合物初始分解温度会对沉积物中水合物的稳定性条件测定产生影响。最后,基于修正的van der Waals-Platteeuw相似文献   

菱镁矿输送床轻烧过程反应与产物微观结构特性

利用高温烟气加热实验室规模输送床模拟菱镁矿闪速轻烧工业输送床反应器，建立基于热重分析计算菱镁矿中MgCO₃分解率方法，研究了煅烧条件和原料粒径对菱镁矿细粉输送床分解的转化率和产品活性的影响，揭示了煅烧过程中产物微观结构变化特性。菱镁矿粉（<150 μm）轻烧为秒级快速反应，仅需1~2 s菱镁矿中MgCO₃分解率即可达98%以上，验证了输送床闪速轻烧技术的可行性。输送床煅烧产物的柠檬酸显色时间17~55 s，活性显著高于固定床煅烧产物（显色时间294 s），且产物活性由菱镁矿分解率和微观结构共同决定；煅烧过程中产物MgO晶粒尺寸逐渐增大，表面结构由疏松多孔变为致密光滑，该结构变化可在数秒内完成。     

石灰石在不同CO2浓度下的热分解特性研究

通过采用X射线衍射仪(XRD)、岩相分析和同步热分析(TG-DSC)等方式,开展石灰石的晶体结构、微观结构和热分解特性研究,并使用悬浮炉探究温度、CO₂浓度对石灰石热分解的影响。研究表明：随反应温度的升高和CO₂浓度的降低,反应时间逐渐变短后趋于平缓;在950℃时78%CO₂浓度条件下τ90约为43.2s。该研究将为优化高CO₂分压下生料分解提供实验基础和理论依据。     

H2O/空气气氛下碳酸钙催化煤气化特性的研究

为改善煤的气化特性，在常压中试固定床上，研究了H₂O/空气气氛下CaCO₃催化剂与石嘴山煤共气化的产气特性，并采用SEM和XRD对原煤和残焦进行表征。结果表明：气化温度800℃，当CaCO₃负载质量分数为2%时，H₂和CO生成量最高，分别占煤气组分体积分数的41.98%和26.66%，煤气热值最大，为9.05 MJ/m³；与原煤相比，添加CaCO₃可使煤气化温度降低约50℃；气化后的残焦中出现了CaCO₃、微弱的CaS、钙长石，表明CaCO₃有一定的固硫作用，由于残焦表面的CaCO₃有团聚现象，分散性较差，导致其催化效果较弱。     

CO2水合物浆在水平圆管中的传热特性

在CO₂水合物浆流动传热特性测试实验系统上,采用套管式电加热的方法对CO₂水合物浆进行了分解实验,并对CO₂水合物浆的流动传热特性进行了分析。对CO₂水合物浆的相变特性进行了研究,得到CO₂水合物浆的相变温度在8～12℃。研究了在固相体积分数为13.2%以及流速为0.45m/s的条件下CO₂水合物浆在内径为8mm的水平不锈钢管中的传热特性,计算得到CO₂水合物浆在不锈钢水平圆管中的对流传热系数为1500～1800 W/(m²·K),并且其在流动传热过程中呈现先增大随后趋向平稳的趋势,在水合物的相变区相应的对流传热系数表现最大。研究了分解加热功率对管壁温和对流传热系数的影响,发现加热功率对管壁温度的影响较强。在实际应用中可利用CO₂水合物浆的相变作用来增强传热,提高传热效率。     

纳米CaCO3孔径调控及其对碳酸化反应性能的影响

研究了纳米CaCO₃颗粒间孔径调控对CaO与CO₂碳酸化反应性能的影响。通过有机模板法制备得到一系列比表面积相近、孔径分布不同的纳米CaCO₃,并考察其再生和碳酸化反应性能差异。结果表明：增大平均孔径能促进纳米CaCO₃的热分解反应,并降低分解温度约15℃。将平均孔径由15 nm增大至113 nm可显著提高碳酸化反应速率和转化率。研究认为平均孔径和比表面积对碳酸化反应转化率的影响存在交互作用;比表面积小的纳米CaCO₃,表现出碳酸化反应转化率受扩散控制影响较大,而比表面积较大的表现为碳酸化反应转化率以表面反应影响控制为主的规律。     

煤/生物质流态化富氧燃烧的CO2富集特性

流化床富氧燃烧是具有重要应用前景的燃烧中碳捕集技术。为更深入认识固体燃料的流态化富氧燃烧行为,构建了微型流态化反应-质谱联用实验系统,反应器直径10 mm,燃烧温度700～900℃,探索了基于在线质谱分析的流态化燃烧过程特性表征方法,以烟煤和花梨木为对象,研究了煤、生物质及其混合物在富氧气氛和流态化条件下的燃烧行为,重点考察了氧浓度、燃烧温度、煤与生物质质量比对CO₂谱峰曲线形态、反应总时间、起始反应时刻、烟气中富集CO₂体积分数、颗粒燃烧产生CO₂量、CO₂相对生成率等特性的影响。结果表明,在O₂/CO₂燃烧气氛下,随着氧体积分数增加,燃烧总反应时间缩短,颗粒燃烧产生的CO₂量和生成速率均增加,但烟气中富集的CO₂体积分数减小;提高燃烧温度,缩短了燃烧过程所需的时间,可以促进CO₂的富集,烟气中CO₂浓度、颗粒燃烧产生的CO₂量和生成速率均增加;生物质比例增大,起始反应时间提前,燃烧反应所需总时间减少,烟气中富集的CO₂浓度和颗粒燃烧产生的CO₂均减少,但CO₂生成速率增加。     

磷石膏气-液-固吸附制备纳米碳酸钙

以磷石膏(PG)为原料,在气(CO₂)-液(NH3·H2O)-固(PG)三相体系中反应结晶制备纳米碳酸钙。研究了温度、CO₂流量和反应时间对碳酸钙粒径分布的影响。结果表明,当CO₂流量为138～251mL/min时,在相应的温度下,可以得到平均粒径为86～104nm的PG衍生纳米CaCO₃。研究表明,碳酸钙的粒径受温度、CO₂流量和反应时间的相互影响。随着温度的升高和反应时间的严格控制,较低的CO₂流量有利于纳米CaCO₃颗粒的形成。此外,PG衍生的纳米CaO经10次煅烧-碳化循环后仍保持0.27g/g的CO₂吸附能力,与商用纳米CaO相同。     

碱性吸附剂对燃煤烟气中SO3的吸附特性

炉膛内高温燃烧和选择性催化还原(SCR)催化剂产生的SO₃会严重损害设备和运行安全。本研究在模拟烟气条件下考察了Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、NaHCO₃、NaHSO₃四种碱性吸附剂对SO₃的吸附性能，并研究了烟气气氛和温度对优选吸附剂的SO₃吸附能力的影响。采用热重分析研究了吸附剂的分解过程，对反应前后的吸附剂形貌结构特性进行了研究。结果表明：NaHCO₃和NaHSO₃两种吸附剂在中高温下都具有良好的吸附效果；NaHCO₃和NaHSO₃在自身分解和吸附SO₃的过程中释放气体产物而改善了吸附剂孔隙结构，提高了吸附剂对SO₃的吸附效果；烟气中的SO₂与SO₃在NaHCO₃上的吸附过程中存在竞争吸附，降低了NaHCO₃对...     

电石渣制备球霰石型CaCO3的影响因素研究

为了高附加值利用电石渣以及封存CO₂,以电石渣为原料，使用多种添加剂，常压制备了球状球霰石。利用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等考察了添加剂种类、反应温度、电石渣中杂质、反应体系对合成CaCO₃中球霰石的影响。结果表明，甘氨酸和丝氨酸对诱导生成球霰石的效果显著，反应温度的增加不利于球霰石的生成，电石渣中的杂质Al₂O₃和SiO₂可以诱导Ca(OH)₂矿化CO₂体系形成方解石。不同反应体系会影响所制备球霰石的晶体大小，电石渣-CO₂体系制备的晶体尺寸最小。在15℃的电石渣-CO₂反应体系中，通过添加甘氨酸可以制备单分散的表面有粗糙突起的球霰石型CaCO₃。以上研究结果为利用电石渣等碱性工业废渣制备高附加值球霰石，同时安全有效封存大量CO₂温室气体提供了一种简便方法。     

富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为

选取SJS烟煤,利用高温管式炉模拟富氧燃烧,在600~1400℃温度范围内研究了O₂浓度、CO₂浓度及温度对砷挥发的影响,并进行了空气燃烧模式下的对比实验。对不同工况下的灰样进行FTIR表征并结合化学热力学软件模拟进行分析,结果表明:富氧气氛和空气气氛下煤中砷的挥发比例均随温度升高不断增大,并在低温区间(<900℃)和高温区间(>900℃)分别出现了砷的剧烈失重,但O₂浓度和CO₂浓度影响了不同气氛下砷的具体挥发行为。低温下(<900℃)O₂浓度是影响砷挥发的主要因素,O₂浓度越高,砷的挥发比例越大;相同O₂浓度下,CO₂浓度越高,砷的挥发比例越低,CO₂的存在抑制了煤中砷的挥发。高温下(>900℃)CO₂浓度是影响砷挥发的主要因素,富氧气氛下高CO₂浓度对热量的阻碍导致相同条件下砷酸盐发生分解需要更高的温度,因此富氧气氛下砷的挥发较空气模式滞后;此外CO₂在煤颗粒表面形成还原性气氛,高价态砷化合物向不稳定的低价态砷化合物转变,低价态砷化合物的快速分解导致高温下富氧气氛中砷的挥发速率较常规空气模式快。     

抑制性气氛中菱镁矿分解特性与动力学研究

利用热重分析仪研究了菱镁矿在含产物(CO₂)抑制性气氛中的分解反应特性，并根据Flynn-WallOzawa法和Coats-Redfern法计算获得了反应动力学参数。结果表明：随着反应气氛中CO₂浓度的增加，菱镁矿分解受到的抑制作用显著增强，初始分解温度与反应活化能呈对数型增加，最大反应速率对应温度则呈指数型增加；在含不同浓度的CO₂气氛中菱镁矿分解均遵循成核与生长控制模型G(x)=-ln(1-x)。该论文为实际工业生产中菱镁矿煅烧及资源利用提供了理论依据。