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低浓度CO2工业尾气矿化固碳工艺研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2.1 吸收法

1.2.2 吸附法

1.2.3 膜分离法

1.2.4 生物性回收法

1.2.5 矿物碳封存法

1.3 国内外矿物封存研究现状

1.4 矿物碳封存最终产物简介

1.4.1 碱式碳酸镁

1.4.2 碱式碳酸铜

1.5 研究目的和主要内容

第2章 实验部分

2.1.2 实验仪器

2.2.1 工业尾气的配制

2.2.2 水镁石碳封存装置及实验步骤

2.2.3 硫酸铜碳封存装置及实验步骤

2.3 水镁石碳封存反应机理

2.3.1 水镁石碳封存热力学分析

2.3.2 水镁石碳封存动力学分析

2.4 硫酸铜碳封存反应机理

2.5.1 X射线衍射仪

2.5.2 镁含量分析

2.5.3 热重分析仪

2.5.4 扫描电子显微镜

2.5.5 激光粒度仪

2.6.1 X射线衍射仪

2.6.2 铜含量分析

2.6.3 热重分析仪

2.6.4 激光粒度仪

2.7 吸收率

2.7.1 水镁石碳封存吸收率

2.7.2 硫酸铜碳封存吸收率

2.8 本章小结

第3章 水镁石碳化固定CO2性能研究

3.1.1 XRD表征

3.1.2 镁含量滴定分析

3.1.3 热失重分析

3.1.4 激光粒度分析

3.1.5 SEM表征

3.1.6 滤液碳酸氢镁含量分析

3.2.1 反应温度对反应终止时间的影响

3.2.2 反应气速对反应终止时间的影响

3.2.3 固液比对反应终止时间的影响

3.2.4 搅拌速率对反应终止时间的影响

3.3 水镁石碳封存吸收率的计算

3.4 本章小结

第4章 硫酸铜碳化固定C02性能研究

4.1.1 XRD表征

4.1.2 铜含量滴定分析

4.1.3 热失重分析

4.1.4 激光粒度分析

4.2.1 反应温度对反应终止时间的影响

4.2.2 反应气速对反应终止时间的影响

4.2.3 搅拌速率对反应终止时间的影响

4.3 硫酸铜碳封存吸收率的计算

4.4 本章小结

第5章 水镁石与硫酸铜碳封存技术对比分析

5.1 原料成本

5.5 安全及环境影响

第6章 水镁石碳封存年产1万吨碱式碳酸镁工艺设计

6.1.1 设计任务

6.1.2 工艺路线的选择

6.1.3 工艺流程设计

6.2 物料衡算

6.3 热量衡算

6.4 设备的工艺设计与选型

6.4.1 鼓泡塔的设计

6.4.2 板框过滤机的设计

6.4.3 干燥器的设计

6.4.4 泵的选择

6.5 设备布置设计

6.6.1 材料的选择

6.6.2 确定管径

6.7 经济评价

6.7.1 投资估算及资金筹措

6.7.2 产品成本估算

6.7.3 经济评价

6.8 本章小结

结论

附图

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

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摘要

近年来由于二氧化碳的排放量超过地球自身净化能力,导致温室效应严重影响到了人类的生存。低浓度CO2的工业尾气占总CO2排放量的60%以上,对其进行捕集利用已成为CO2减排技术研究的重要方向。在捕集工业尾气中CO2的方法中矿物碳封存属于近年来研究较多的、更具应用性的方法,矿物碳封存是利用矿物浆料来吸收CO2,使其以稳定的碳酸盐形式存在。矿物碳封存因其原料充足、可产生带附加值的副产品等优点在工业上拥有更广阔的应用前景。本论文研究的重点是选择一种更高效、简易的碳封存方法,用于封存工业尾气中低浓度的CO2,在减少CO2排放量的基础上,产生带附加值的产品。
  本文以水镁石为原料进行直接碳封存产生碱式碳酸镁产品,以硫酸铜为原料进行间接碳封存产生碱式碳酸铜产品。通过X-射线衍射、热失重检测、离子滴定分析、激光粒径分析等技术对两种产品进行表征,考察了反应温度、反应气速、搅拌速率等反应条件对反应终止时间的影响。选择适宜的碳封存技术进行年产1万吨最终产品的工艺设计,为碳封存技术的工业化应用提供数据支持。
  以水镁石为原料直接碳封存捕集工业尾气的CO2,并且生产出碱式碳酸镁,其镁含量42.60%、热失重量57.72%、粒径D50=6.87μm都达到行业标准《HG/T2959-2010工业水合碱式碳酸镁》规定的产品要求。较适宜的反应条件是反应温度30℃、反应气速0.20m/s、固液比1∶10、搅拌速率100rpm,此条件下反应终止pH为7.74-7.76,反应终止时间15h。
  以硫酸铜为原料间接碳封存捕集工业尾气的CO2,并且生产出碱式碳酸铜,其铜含量57.10%,达到行业标准《HG/T4825-2015工业碱式碳酸铜》规定的产品要求。较适宜的反应条件是铜碱比1∶1.1、反应温度30℃、反应气速0.12m/s、搅拌速率150rpm,此条件下反应终止pH为7.16-7.20,反应终止时间180min。
  采用水镁石碳封存技术年产1万吨碱式碳酸镁进行工艺设计,包括工艺路线选择、物料衡算、热量衡算、主要设备选型、管道计算、经济评价等,绘制了物料流程图、设备布置图、管道及仪表流程图;经济评价计算可知,该生产工艺经济效益良好,为水镁石碳封存技术的工业化应用提供了数据支持。

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