CN105477991A - 封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法 - Google Patents

封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法 Download PDF

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Abstract

封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，属于气体处理技术领域。解决了现有技术中去除二氧化碳气体和烟气中污染气体的方法效率低、污染环境等技术问题。本发明的方法是将钙长石置于酸性溶液或者强碱溶液中，浸泡后，加入溶液中和，得到含有钙长石的前处理液，然后将含有钙长石的前处理液加入反应装置中，通入二氧化碳或者烟气，维持反应装置中压力为2-6MPa，在150-600℃的温度下，反应1-6h。该方法不仅可以将二氧化碳和烟气从气态变为稳定的固态，降低空气中的二氧化碳和二氧化硫污染，而且能够使原来可能被认为是污染源的钙长石矿物成为了一种可被用于治理温室气体污染的环保材料。该方法适用于封存二氧化碳和烟气中污染气体。

Description

封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法
技术领域
本发明属于气体处理技术领域，具体涉及一种封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法。
背景技术
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能，被认为是加剧温室效应的主要原因。为了尽可能减少以二氧化碳为主的温室气体的排放，缓解全球气候变化趋势，研究人员开发了各种二氧化碳气体的处理方法。其中，由于矿物封存二氧化碳具备原料来源丰富、储量巨大、价格低廉、封存稳定性好、无二次环境污染，且产生的碳化产物还可以进一步加以利用的优点，近年来被广泛应用。矿物封存二氧化碳主要是利用矿石中的钙、镁等二价离子与二氧化碳反应形成碳酸盐，由于碳酸盐的自由能比二氧化碳的要低，因此能封存二氧化碳。但是现有技术中，矿物封存二氧化碳方法具有反应进行缓慢、封存效率低、矿物碳酸化程度不高的缺点。
烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸汽、SO2、N2、O2、CO以及CO2等，烟尘中包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。现有技术中，处理烟气的方法主要是分开处理烟气中的烟尘、碳化合物及硫化合物。其中，脱硫主要是通过石灰石或者氨水与硫化合物反应。通过石灰石脱硫的方法活性高，成本低，但是反应产生的副产物亚硫酸钙或硫酸钙容易使反应设备结垢堵塞。通过氨水脱硫的方法，由于氨的易挥发性造成脱硫剂的利用率不高，且对工作环境产生影响，挥发后与净化后烟气中的SO2反应，形成气溶胶，使得烟气无法达标排放。
钙长石矿物作为长石三端元组分之一，为钙铝硅酸盐矿物，由含量超过90％的CaAl2Si2O8和含量在10％以内的Na2Al2Si2O8组成。现有技术中，还没有利用钙长石封存二氧化碳和烟气中污染气体的报道。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中去除二氧化碳气体和烟气中污染气体的方法效率低、污染环境等技术问题，提供一种封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法。
本发明的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，包括以下步骤：
步骤一、将钙长石置于酸性溶液中，浸泡24h以上，然后加入碱性溶液中和，得到含有钙长石的前处理液；
或者将钙长石置于强碱溶液中，浸泡36h以上，然后加入酸性溶液中和，得到含有钙长石的前处理液；
步骤二、将含有钙长石的前处理液加入到反应装置中，然后向反应装置中通入二氧化碳或者烟气，维持装置中的反应压力为2-6MPa，反应温度为150-600℃，反应1-6h。
优选的，所述步骤二通入的气体为二氧化碳，该方法还包括，将反应后得到的残留物取出，冷却至室温，干燥，得到碳酸化钙长石。
优选的，所述步骤二通入的气体为烟气，该方法还包括，将反应后得到的残留物取出，冷却至室温，干燥，得到碳酸化钙长石和硫酸化钙长石。
优选的，将钙长石置于酸性溶液或者强碱溶液中前，将钙长石研磨成粉末。
优选的，通入二氧化碳或者烟气前，还向反应装置中加入碳酸氢钠。
优选的，所述反应在搅拌状态下进行，搅拌速度为100-250r/min。
优选的，所述反应温度为200-500℃。
优选的，所述酸性溶液为乙酸溶液或者硝酸溶液，所述强碱溶液为氢氧化钠溶液。
优选的，所述步骤二通入的气体为二氧化碳，反应压力为4-6MPa。
优选的，所述步骤二通入的气体为烟气，反应压力为2MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法不仅可以将二氧化碳和二氧化硫从气态变为稳定的固态，降低空气和烟气中的二氧化碳和二氧化硫污染，而且使原来可能被认为是污染源的钙长石矿物成为了一种可被用于治理温室气体污染的环保材料，既减少了钙长石对环境的污染，又开发利用了其环境属性特征，使其进一步被开发应用，节约资源。
2、本发明的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法采用的原料成本低、来源广泛、永久封存、绿色环保。
3、本发明的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法效率高，操作简便。
附图说明
图1为钙长石原样的XRD谱图；
图2为实施例2制备的碳酸化钙长石的XRD谱图；
图3为实施例6制备的碳酸化钙长石的XRD谱图；
图4为实施例4得到残留物的扫描电镜图；
图5为实施例4得到残留物的能谱图；
图6为实施例8得到残留物的扫描电镜图；
图7为实施例8得到残留物的能谱图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述。但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明封存二氧化碳和烟气中污染气体的原理：钙长石的主要成分是CaA12Si2O8，在合适的反应条件下，钙长石中的Ca能够和二氧化碳、二氧化硫等气体反应，生成相应的钙盐，进而封存二氧化碳、二氧化硫等气体。
主要反应方程式如下：
CaA12Si2O8+CO2+2H2O＝CaCO3+A12Si2O5(OH)4
2CaA12Si2O8+2SO2+O2+4H2O＝2CaSO4+2A12Si2O5(OH)4。
本发明的封存二氧化碳和烟气的方法，包括以下步骤：
步骤一、将钙长石置于酸性溶液中，浸泡24-48h，然后加入碱性溶液中和，得到含有钙长石的前处理液；
或者将钙长石置于强碱溶液中，浸泡36-72h，然后加入酸性溶液中和，得到含有钙长石的前处理液；
步骤二、将含有钙长石的前处理液加入反应装置中，通入二氧化碳或者烟气，维持反应装置中压力为2-6MPa，在150-600℃，优选200-500℃的温度下，以100-250r/min的搅拌速度搅拌反应1-6h；
步骤三、将反应后得到的残留物取出，冷却至室温后，干燥；
当通入的气体为二氧化碳时，得到碳酸化钙长石；
当通入的气体为烟气时，得到碳酸化钙长石和硫酸化钙长石；
完成二氧化碳或烟气的封存。
本发明中，钙长石没有特殊限制，可以采用本领域技术人员熟知方式获得，本实施方式采用商购的钙长石(采自河南独山)。由于烟气的获得不便，本实施方式采用的烟气为模拟烟气，按体积百分比计，主要成分是0.05％NO、3％O2、11.8％N2、85.0％CO2和0.1％SO2。
上述方法中，为使反应更加充分，可以先将钙长石研磨成粉末。粒径没有特殊限制，一般为200目。
上述方法中，先将钙长石溶解在酸性溶液或者强碱溶液中，能够促进矿石中Ca离子的析出，利于碳酸钙形成沉淀析出，可以明显提高钙长石的转化率。酸溶液为乙酸溶液或者硝酸溶液，强碱溶液为氢氧化钠溶液，酸性溶液或者强碱溶液的浓度没有特殊限制，一般硝酸为60-70％，硫酸36-28％，氢氧化钠为40-50％。
上述方法中，当反应温度高于500℃，钙长石碳酸化后生成的方解石易发生热分解，所以生成的产品的质量会减少，所以优选反应温度为200-500℃。增加反应时间，钙长石的碳酸化作用会增强，最佳反应时间需根据热解反应的结果来定量分析。增大压力，钙长石的碳酸化作用会增强，最佳反应压力需根据热解反应的结果来定量分析。本发明当向反应装置中通入烟气时，压力优选2MPa，当向反应装置中通入二氧化碳时，压力优选为4-6MPa。
上述方法中，当反应时，碳酸氢钠能够增加钙离子的产生沉淀，所以优选在通入二氧化碳或者烟气前，还向反应装置中加入碳酸氢钠。
本发明的反应装置没有特殊限制，一般采用高压反应釜。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
封存二氧化碳中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL乙酸(浓度38％)中浸泡24h，浸泡后使用氢氧化钠溶液中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，通入二氧化碳至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤四、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
实施例2
封存二氧化碳中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL硝酸(浓度65％)中浸泡24h，浸泡后使用氢氧化钠溶液中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，通入二氧化碳至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤四、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
实施例3
封存二氧化碳中污染气体的方法：
步骤一、将10g钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将钙长石加入烧杯中，在20mL乙酸(浓度38％)中浸泡24h，浸泡后使用氢氧化钠溶液中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，然后将10mL碳酸氢钠水溶液加入反应装置中，通入二氧化碳至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤三、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
实施例4
封存二氧化碳中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL氢氧化钠溶液(浓度40％)中浸泡24h，浸泡后使用乙酸中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，通入二氧化碳至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤四、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
实施例5
封存烟气中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL乙酸(浓度38％)中浸泡36h，浸泡后使用氢氧化钠溶液中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，通入模拟烟气至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤四、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
实施例6
封存烟气中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL硝酸(浓度65％)中浸泡36h，浸泡后使用氢氧化钠溶液中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，通入模拟烟气至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤四、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
实施例7
封存烟气中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL乙酸(浓度38％)中浸泡36h，浸泡后使用氢氧化钠溶液中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，然后将10mL碳酸氢钠水溶液加入反应装置中，通入二氧化碳至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤三、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
,实施例8
封存烟气中污染气体的方法：
步骤一、将钙长石研磨成粉末，过筛至200目；
步骤二、将10g钙长石加入烧杯中，在20mL氢氧化钠溶液(浓度40％)中浸泡36h，浸泡后使用乙酸中和至中性；
步骤三、将上述烧杯中的物质加入反应装置中，通入烟气至反应装置中压力为2MPa，维持温度为200℃，反应4h；
步骤四、将反应后得到残留物取出，冷却至室温后，干燥。
对实施例1-9得到的残留物进行烧失量分析，计算钙长石碳酸化的转化效率η计算公式为M1为残留物的质量，M2为煅烧残留物得到的固体的质量计算结果如表1所示。
表1实施例1-9的钙长石碳酸化的转化效率
反应气体 反应温度 催化剂 缓冲剂 反应压力 转化效率
1 纯CO2 200℃ 乙酸 无 2MPa 38.81％
2 纯CO2 200℃ 硝酸 无 2MPa 88.61％
3 纯CO2 200℃ 乙酸 NaHCO3 2MPa 47.21％
4 纯CO2 200℃ 氢氧化钠 无 2MPa 95.60％
5 模拟烟气 200℃ 乙酸 无 2MPa 34.67％
6 模拟烟气 200℃ 硝酸 无 2MPa 83.69％
7 模拟烟气 200℃ 乙酸 NaHCO3 2MPa 40.87％
8 模拟烟气 200℃ 氢氧化钠 无 2MPa 89.72％
从表1可以看出，酸、碱溶液处理后，有利于钙离子的析出，从而促进碳酸化反应，提高钙长石的转化效率。其中，纯CO2与模拟烟气气氛相比，在纯CO2气氛中钙长石的转化率更高，模拟烟气中的SO2不利于碳酸钙形成沉淀。
对钙长石原样、实施例2制备的碳酸化钙长石和实施例6制备的碳酸化钙长石分别进行XRD分析，结果分别如图1-3所示。从图1中可以看出，材料中主要成分为钙长石，并含有少量的黝帘石、氧化铝和二氧化硅。图2和图3中出现了少量的硝酸钠，是由于添加的氢氧化钠与硝酸的原因。
对实施例4得到的残留物进行能谱图与微观形态，结果分别如图4和图5所示。从图中可以看出，残留物中Ca的含量非常高，并且有较高的C含量。Al和Si的含量很低，钙长石原样中含C量基本为零，这说明实验过程中出现了碳酸钙晶体，证实本发明能够实现。
对实施例8得到的残留物进行能谱分析和微观形态表征，结果分别如图6和图7所示。从图中可以看出，残留物中S和Ca的含量很高，表明残留物中含有CaSO4晶体，说明模拟烟气与钙长石碳酸化反应过程中出现了CaSO4沉淀。表明在固碳的过程中，模拟烟气中的SO2也得到了脱除。

Claims (10)

1.封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将钙长石置于酸性溶液中，浸泡24h以上，然后加入碱性溶液中和，得到含有钙长石的前处理液；
或者将钙长石置于强碱溶液中，浸泡36h以上，然后加入酸性溶液中和，得到含有钙长石的前处理液；
步骤二、将含有钙长石的前处理液加入到反应装置中，然后向反应装置中通入二氧化碳或者烟气，维持装置中的反应压力为2-6MPa，反应温度为150-600℃，反应1-6h。
2.根据权利要求1所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述步骤二通入的气体为二氧化碳，该方法还包括，将反应后得到的残留物取出，冷却至室温，干燥，得到碳酸化钙长石。
3.根据权利要求1所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述步骤二通入的气体为烟气，该方法还包括，将反应后得到的残留物取出，冷却至室温，干燥，得到碳酸化钙长石和硫酸化钙长石。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，将钙长石置于酸性溶液或者强碱溶液中前，将钙长石研磨成粉末。
5.根据权利要求1-3任何一项所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，通入二氧化碳或者烟气前，还向反应装置中加入碳酸氢钠。
6.根据权利要求1-3任何一项所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述反应在搅拌状态下进行，搅拌速度为100-250r/min。
7.根据权利要求1-3任何一项所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述反应温度为200-500℃。
8.根据权利要求1-3任何一项所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述酸性溶液为乙酸溶液或者硝酸溶液，所述强碱溶液为氢氧化钠溶液。
9.根据权利要求1所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述步骤二通入的气体为二氧化碳，反应压力为4-6MPa。
10.根据权利要求1所述的封存二氧化碳和烟气中污染气体的方法，其特征在于，所述步骤二通入的气体为烟气，反应压力为2MPa。
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CN109133076A (zh) * 2018-08-31 2019-01-04 贺州市骏鑫矿产品有限责任公司 一种钾长石除铁工艺方法

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