硅酸盐碳酸化隔离co-%2c2-的实验和理论的研究.pdf

摘要
在燃烧源环境污染与防治研究领域中,继二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、有毒痕
量元素等众多污染物之后,二氧化碳的“温室效应”给人类生存的环境造成的影响已
引起世界范围内的广泛关注。有关二氧化碳的排放控制或隔离储存已成为一个新兴而
前沿的研究领域。目前二氧化碳的分离研究主要集中在膜分离、溶剂化学吸收、及化
石燃料的新型利用方式。而二氧化碳的储存研究主要集中在海洋贮存、植物吸收及地
质隔离。在地质隔离中,利用废弃的油、气田或煤层储存二氧化碳,利用地下咸水层,
或利用矿石与二氧化碳进行碳酸化反应等方式储存二氧化碳。在化石燃料新型利用方
式中,有富氧循环燃烧O2/bustion、化学链式燃烧及煤基制氢零排放发电系统
等是研究的热点。
本文对煤气化制氢气同时氧化钙吸收二氧化碳进行了理论计算,并用 CO 代替煤、
硅灰石代替 CaO 进行计算,以期获得较低的制氢温度、较为经济的二氧化碳储存方案;
并进行了硅灰石高温、高压碳酸化储存二氧化碳的实验和理论研究。主要内容如下:
首先,采用化学热力学平衡分析的方法,借助 FACT 软件,计算在 ~、
700~1000K、有、无氧化钙存在时,煤与水蒸汽共同气化的气体产物在组成上的不同,
并分析了气体产物中氢气的含量及其生成率,明确了煤气化制氢气同时氧化钙吸收二
氧化碳的最佳温度和压力。
其次,开展了硅灰石与二氧化碳在高压下碳酸化反应的储碳实验研究,根据前人
的经验,进行了直接碳酸化和间接碳酸化两种工艺的实验。经过分析,碳酸化的最终
产物:在间接碳酸化工艺产物中没有碳酸钙生成,而液相直接碳酸化产物中有碳酸钙
存在。对液相直接碳酸化的产物,通过热分解质量损失,计算出硅酸钙到碳酸钙的转
化率。并考察了温度、压力和粒度对转化率的影响。同时与蛇纹石碳酸化储碳的实验
进行比较,认为硅灰石更适用于二氧化碳的矿物隔离储存。
最后,为了降低储碳成本、减少生产废弃物、合理利用资源,对直接碳酸化的产
物进行资源化再利用分析,并提出了工艺的改进方案。

关键词: 煤气化氢气热力学平衡分析二氧化碳矿物碳酸化硅灰石
I
Abstract
Carbon dioxide from bustion mainly is a serious pollutant considered after
SO2, NOx, particulate matters and poisonous trace elements, it makes a great contribution to
“Greenhouse effect” what exacerbates human’s living environment, and “ the global
warming ” has attracted more and more attention. CO2 separation and sequestration have
been an emerging and frontier area in the research fields of pollutants emission from coal
combustion. At present, the researches on CO2 separation are mainly focused on membrane
separation, solvents adsorb and new methods of utilizing fossil fuel. While the researches
on CO2 storage are mainly focused on storaging CO2 in the ocean, adsorbing CO2 by tree
planting and geological sequestration. The new ways of fossil fuel utilization are oxy-fuel
combustion (O2/bustion), Chemical-bustion (CLC), zero emission
coal-based power generation and so on. The methods of CO2 geological sequestration are
injected CO2 into uneconomic coal seams、oil reservoirs or saline aquifers under the earth,
and fixation of