CO2矿物碳酸化隔离实验初探

引言 煤炭对于世界能源消费特别是对于我国这样一个以煤炭资源为主的发展中国家具有重要意义.     

强化碳酸化固定CO2反应过程分析与机理探讨

以乙酸为媒质的间接碳酸化固定CO₂工艺路线,主要包括乙酸媒质浸出钙镁离子形成乙酸盐,碳酸化过程乙酸盐转化成碳酸钙产品,同时生成乙酸媒质循环利用。然而在碳酸化过程碳酸化反应结晶转化率低,从而制约该工艺路线的进一步工业应用。采用有机溶剂TBP萃取乙酸与碳酸钙结晶过程耦合,可以实现碳酸化反应结晶转化率的大幅度提高。通过实验研究了体系达到平衡时初始乙酸钙浓度对碳酸化过程的影响,结果表明碳酸化反应结晶转化率都在40%以上,比文献报道的高出一倍。基于强化碳酸化过程的机理分析,初步进行了耦合过程的热力学平衡计算。研究结果表明：由于有机溶剂TBP的加入,体系的酸性条件得到改善,有利于碳酸钙结晶析出;然而高浓度条件下,乙酸根与钙离子之间强烈的相互作用成为进一步提高碳酸化反应结晶转化率的主要障碍。     

强化碳酸化固定CO2反应过程分析与机理探讨

以乙酸为媒质的间接碳酸化固定CO₂工艺路线,主要包括乙酸媒质浸出钙镁离子形成乙酸盐,碳酸化过程乙酸盐转化成碳酸钙产品,同时生成乙酸媒质循环利用。然而在碳酸化过程碳酸化反应结晶转化率低,从而制约该工艺路线的进一步工业应用。采用有机溶剂TBP萃取乙酸与碳酸钙结晶过程耦合,可以实现碳酸化反应结晶转化率的大幅度提高。通过实验研究了体系达到平衡时初始乙酸钙浓度对碳酸化过程的影响,结果表明碳酸化反应结晶转化率都在40%以上,比文献报道的高出一倍。基于强化碳酸化过程的机理分析,初步进行了耦合过程的热力学平衡计算。研究结果表明：由于有机溶剂TBP的加入,体系的酸性条件得到改善,有利于碳酸钙结晶析出;然而高浓度条件下,乙酸根与钙离子之间强烈的相互作用成为进一步提高碳酸化反应结晶转化率的主要障碍。     

固体废弃物碳酸化研究综述

重点探讨矿物碳酸化的适宜原料,提出碳酸化的反应机理及模型,同时介绍加速碳酸化的工艺路线和国外研究进展,指出利用碳酸化技术是有效利用固体废弃物的途径之一.     

二氧化碳矿物碳酸化固定的技术进展

CO2矿物碳酸化固定可实现CO2的永久封存,环境风险性小,但苛刻的反应条件、过低的反应速率是困扰该技术发展的瓶颈.对CO2矿物碳酸化固定的工艺路线、所用原料及其强化措施的研究现状做了详细评述;指出以工业固体废弃物为原料,结合运用超重力强化传递反应技术与碳酸酐酶高效催化性能,实现烟气CO2分离、碳酸化固定、固体废弃物资源化利用多过程集成耦合的原位CO2固定技术是适合我国现阶段国情的CO2重要控制措施.     

CO2矿物封存技术研究进展

CO₂捕集与封存技术是目前实现碳减排最有效的方法。其中,CO₂矿物封存（又称CO₂矿化）是利用CO₂与含钙镁硅酸盐矿物进行反应使CO₂以稳定的碳酸盐形式永久储存起来。本文首先介绍了CO₂矿化的基本原理和技术路线,其中间接矿化反应条件较温和、矿化效率更高、得到的产物也更纯,因此对于CO₂间接矿化的研究也更广泛。本文综述并对比了天然矿物及工业固废矿化CO₂的研究进展,指出工业固废更有利于CO₂矿化过程。工业固废矿化CO₂过程矿化CO₂的同时处理了工业固废,实现以废治废,因此它在经济上也是具有一定优势。在此基础上,本文以高炉渣为代表,介绍了其矿化CO₂的详细研究进展,指出采用可循环的助剂、回收高炉渣中有价元素可提升矿化过程经济性。对于CO₂矿化过程的放大试验、生命周期的评估及低能耗的新工艺开发将是CO₂矿物封存实现工业化的关键。     

铵基循环碳酸化固定CO2

引言由煤等化石燃料燃烧产生的温室气体CO2的捕集与封存已引起国际社会的广泛关注[1-2];其中,模仿自然界钙镁硅酸盐矿物风化过程的碳酸化固定是实现大规模封存CO2的重要途径,与其他封存技术相比,碳酸化固定CO2环境风险性小,并可     

二氧化碳矿物化隔离研究进展

介绍了矿石直接碳酸化、矿石间接碳酸化、天然咸水层和改性的咸水溶液等存储二氧化碳的方法,并从操作的复杂程度、工艺要求、运行成本等方面进行了简单评价,得出发展以碳酸盐为碳的最终存在物不仅可以永久储存二氧化碳,而且实现工业化的前景广阔．     

煤炭地下气化矿物碳酸化固定二氧化碳的研究

通过固-液-气三相模拟反应,研究了煤炭地下气化灰渣在模拟咸水中对二氧化碳的固化作用,考察了反应温度、反应压力、颗粒粒径及反应介质对二氧化碳矿物碳酸化固化率的影响.结果表明,反应温度从50℃升至200℃,固化率先增加后降低,150℃时最高;反应压力从1.0MPa升至2.5MPa,固化率从0.93%增至1.65%;颗粒粒径由75μm～150μm降至75μm以下,固化率从1.18%增至1.48%;反应介质由蒸馏水变为模拟咸水,固化率从0.38%增至1.65%.在150℃,2.5MPa,反应时间1h,颗粒粒径小于75μm的条件下,气化灰在模拟咸水中的固化率最高,可达1.65%.     

CO2矿化及吸收-矿化一体化(IAM)方法研究进展

为避免温室效应带来的负面影响,CO₂减排已成为目前的当务之急。CO₂矿物碳酸化作为一种有潜力的CO₂减排技术,受到了学者们的广泛关注。CO₂矿物碳酸化方法主要包括直接干法碳酸化、直接湿法碳酸化以及间接碳酸化等不同工艺过程。目前,CO₂直接或间接碳酸化方法面临的关键挑战是提升CO₂碳酸化反应动力学特性;反应速率慢、碳酸化效率较低是当前该技术的主要问题。传统CO₂胺类化学吸收法具有吸收速率快、吸收容量大和吸收剂能循环再生的优点,但能耗和运行成本较高。将CO₂胺类化学吸收法与CO₂碳酸化过程结合而开发的CO₂吸收-矿化一体化技术（IAM）不仅解决了传统工艺高能耗、低转化率的问题,而且使工艺流程简化、成本降低,有利于应用于工业化。本文主要综述了近年来CO₂矿化技术的研究进展,对比了各种工艺技术路线的不同特点,并分析指出加强对IAM工艺反应机理的研究以及开发出高效、经济的吸收剂和矿化原料,将是该工艺未来研究的重点和关键。     

二氧化碳矿物封存技术现状及展望

面对温室效应带来的生态灾难,利用各种技术封存固定CO2成为了关键,CO2矿物封存是其中最环保、最安全、最永恒的CO2固定方式。本文从封存方案、反应机理及碳化原料三方面详细介绍了CO2矿物封存技术的基本原理,并全面概述了CO2矿物封存的技术路线,其中包括直接碳化路线以及以酸浸出工艺、熔盐碳化工艺、铵盐浸出工艺以及生物浸出工艺为代表的间接碳化路线。同时结合国内外研究进展分析了各种CO2矿物封存技术的优缺点及其产业化前景,并提出今后我国CO2矿物封存技术研究和发展应更加注重从资源综合利用的角度考虑,将CO2看做是廉价碳资源材料,积极推进碳捕获、利用与封存项目的实施。     

二氧化碳矿化养护混凝土技术及新型材料研究进展

CO₂矿化养护技术利用早期成型后的混凝土材料和CO₂之间的碳酸化反应和产物沉积过程实现产品力学强度等特性的提升,主要关注的是预养护/早期水化成型后的混凝土中胶凝成分和CO₂之间的矿化反应（即加速碳酸化）。此过程中胶凝材料的水化过程不再是强度形成的主要反应,因此为了充分实现矿化成型和CO₂固定,实现环境效益最大化,研究者近几年积极开发具有CO₂矿化潜力的碱金属矿物材料,并探究其反应后对于混凝土微观结构和性能的促进效应。本文综述了CO₂矿化养护技术在新型混凝土材料方面的研究进展,分别对传统混凝土采用的水化活性硅酸钙材料、水化惰性硅酸钙材料、镁基水泥材料以及工业固废材料等进行了具体介绍,比较了在不同材料与CO₂反应特性以及养护后建材制品性能优化方面的最新成果,并对CO₂矿化养护技术的后续发展进行了展望。主要建议：一是着眼于微观反应机制和矿物材料特性,开发有效的矿化反应强化方法;二是开发水化惰性的低钙硅比硅酸钙材料;三是将工业固废资源化与矿化养护技术结合,实现固废和气废利用流程耦合,推进特定工艺开发和装置研发。     

超声波强化钙基废渣碳酸化固定CO2的性能

钙基废渣碳酸化固定CO₂可实现CO₂的永久封存,并可实现CO₂原位固定,但苛刻的反应条件、过慢的反应速率是困扰该技术发展的瓶颈。对超声波作用下的钙离子浸出及其碳酸化反应特性进行了实验研究,并与搅拌浸出过程进行了对比,考察了浸出条件的影响及其碳酸化反应过程中溶液pH值与电导率变化特性,对碳酸化反应产物进行了XRD、SEM和TGA分析。结果表明,超声波可有效促进Ca2+从钙基废渣中浸出,其促进效果与废渣种类、浸出时间、超声波功率、浸取剂pH值、浆液存放量和废渣粒度等有关,钢渣和电石渣的含钙量、浸出率和超声波强化效果都较其他废渣高;钙离子浸出浓度随超声波功率的增强而增多;浸取剂pH值越低,浸出浓度越高;废渣粒度越高,超声波作用越明显。超声波对碳酸化反应也有强化效果,与机械搅拌相比,在超声波作用下固碳率更高,碳酸化反应程度更高。     

二氧化碳地质减排方法及其化工问题的分析

介绍了不同减排方法对二氧化碳的总处理量和二氧化碳保持时间及成本估算。通过比较,地质减排体现出明显的优势。从化学工程技术和应用基础理论层面上对二氧化碳地质减排需要解决的问题进行了分析,从中发现,高温高压地质条件下,二氧化碳-盐水体系及其在多孔介质中复杂多相平衡的热力学研究是二氧化碳地质减排的关键性课题。     

Mineral carbonation accelerated by dicarboxylic acids as a disposal process of carbon dioxide

Mineral carbonation is based on the reaction of carbon dioxide with metal-oxide bearing minerals, usually containing magnesium or calcium silicate, to form hardly soluble carbonates and other solid byproducts. The concept is based on acceleration of the naturally occurring rock weathering process. In the present work the calcium silicate is present in the mineral, wollastonite. To accelerate the process and make it potentially useful for practical applications, mineral carbonation is conducted here using an indirect two-step route in which the reactive component (Ca²⁺ ions in considered case) is first extracted from the mineral matrix and afterwards carbonated. Two solid byproducts are formed in this process: silica in the extraction step and calcium carbonate in the carbonation step. In the experimental part of this work, both stages of mineral carbonation are investigated using three extraction media: acetic acid and two dicarboxylic acids, succinic and adipic. To interpret the extraction stage of the mineral carbonation process the shrinking core - shrinking shell model is proposed. In the model, the change of the unreacted core size is due to surface reaction that is affected by the porous layer diffusion, with the porous layer subject to abrasion. The model of abrasion is based on the theory of turbulence. Results of investigations show that succinic acid is most effective, followed by adipic acid and acetic acid when both stages of the process are considered in detail.     

典型二氧化碳利用技术的低碳成效综合评估

面向全新的碳中和愿景,二氧化碳利用作为一种重要的低碳技术,受到了学术界和工业界的广泛关注,开展技术的低碳成效评估对于技术研发及布局的顶层设计具有重要意义。然而已有研究主要基于技术特征开展定性的优先序判断,缺乏系统性的评估方法。本文首先对国内外二氧化碳利用技术发展现状开展梳理,围绕技术特性、碳中和效应、经济效应和社会效应四个方面,采用层次分析和目标趋近相结合的方法,构建了针对二氧化碳利用技术低碳成效综合评估的方法学;并对我国典型的二氧化碳利用技术低碳成效现状以及未来潜力开展应用评估,通过不同二氧化碳利用技术低碳成效的横向对比以及技术不同阶段低碳成效的纵向对比,研究发现：目前我国二氧化碳利用技术低碳成效整体水平偏低,不同二氧化碳利用技术低碳成效的差异主要来自技术特性和碳中和效应两大方面;我国现有的典型二氧化碳利用技术中,二氧化碳加氢合成甲醇技术和二氧化碳与甲烷重整制备合成气技术的低碳成效相对显著;通过对未来不同阶段二氧化碳利用技术低碳成效的对比分析,发现不同二氧化碳利用技术的低碳成效变化有较大差异,其中二氧化碳矿化养护混凝土和二氧化碳光电催化转化技术的低碳成效有明显提升。     

New insights into the mechanisms of carbon dioxide mineralization by portlandite

Portlandite (Ca(OH)₂; also known as calcium hydroxide or hydrated lime), an archetypal alkaline solid, interacts with carbon dioxide (CO₂) via a classic acid–base “carbonation” reaction to produce a salt (calcium carbonate: CaCO₃) that functions as a low-carbon cementation agent, and water. Herein, we revisit the effects of reaction temperature, relative humidity (RH), and CO₂ concentration on the carbonation of portlandite in the form of finely divided particulates and compacted monoliths. Special focus is paid to uncover the influences of the moisture state (i.e., the presence of adsorbed and/or liquid water), moisture content and the surface area-to-volume ratio (s_a/v, mm⁻¹) of reactants on the extent of carbonation. In general, increasing RH more significantly impacts the rate and thermodynamics of carbonation reactions, leading to high(er) conversion regardless of prior exposure history. This mitigated the effects (if any) of allegedly denser, less porous carbonate surface layers formed at lower RH. In monolithic compacts, microstructural (i.e., mass-transfer) constraints particularly hindered the progress of carbonation due to pore blocking by liquid water in compacts with limited surface area to volume ratios. These mechanistic insights into portlandite's carbonation inform processing routes for the production of cementation agents that seek to utilize CO₂ borne in dilute (≤30 mol%) post-combustion flue gas streams.