流化床钢渣碳酸化固定二氧化碳研究
发布时间：2020-07-12 11:56
【摘要】：碳酸化技术,即利用含金属氧化物的物质与CO2反应生成稳定碳酸盐从而实现CO2固定的技术,具有技术经济好的特点,是碳捕集与封存(CCS)的重要组成部分。钢渣是炼钢过程中产生的工业固废,含有大量的含钙矿物,可替代天然矿物碳酸化固定CO2,是一种良好的CO2捕集材料。本文选取南钢和马钢的转炉渣、铸余渣和电炉渣为原料,通过XRF、XRD、SEM、BET等分析方法对其化学成分、矿物成分和微观形貌进行测定分析。结果表明,钢渣化学成分主要有CaO、SiO2、A12O3等,其中CaO含量较高;矿物成分主要有C2S和C3S,与硅酸盐水泥熟料相似;钢渣表面粗糙多孔,具有一定的吸附能力。利用水合加热法、乙醇溶液调质及乙酸溶液调质等方法对钢渣原料调质改性,分析其改性后的单位吸附量和孔结构特性。结果表明,单位吸附量大小顺序为:乙醇溶液调质乙酸溶液调质加热水合改性未改性原料,经乙醇溶液调质后的钢渣比表面积可达191.5 m2/kg。在流化床基础上加入水蒸气发生装置进行改性钢渣碳酸化固定CO2研究,探究钢渣煅烧温度及时间为800℃、1 h,在考察碳酸化温度、CO2浓度、烟气流量、水蒸气含量以及床层高度等影响因素的正交实验中,各因素对CO2吸附量的影响顺序为:CO2浓度碳酸化温度烟气流量水蒸气含量床层高度。在实验所选因素水平范围内,流化床钢渣碳酸化固定CO2的最佳实验条件为:碳酸化温度650℃,CO2浓度10%,烟气流量1 L/min,水蒸气含量10%及床层高度14 cm。针对复掺方法提高固碳效率,采用钢渣掺入不同比例的消石灰和氧化铝制备固碳吸附剂,并在流化床反应器中进行碳酸化固定CO2实验。结果表明,钢渣基吸附剂复掺消石灰后,显著提高了碳酸化体系中pH值,使得碳酸化反应朝着正反应方向迅速进行,固碳活性组分CaO得到充分反应,同时消石灰的加入增加了吸附材料中CaO的含量,从而具有较高的碳捕获效率。在本次实验条件下,钢渣与消石灰质量比为1:1时,固碳效率最高,达到27.81%。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X757
【图文】：
国粗钢行业市场前景及投资机会研宄报告》的数据统计，近几年中国粗钢产量基本保持逡逑稳定，粗钢年产量一直保持在８？９亿吨左右，已经占据全球粗钢总产量近５０％，２０１４？逡逑２０１８年全国粗钢产量情况及预测如图１．１所示。从图中可以看出，２０１７年中国粗钢累计逡逑产量为８．３２吨，累计X棾ぴ迹担罚ァ＞葜猩滩笛芯吭菏菰げ猓玻埃保改曛泄指掷奂棋义喜吭ぜ平锏剑福担兑诙郑奂圃龀ぴ迹常ァ８衷欧帕吭颊即指植康模保玻浚保担ィ忮义涎凑眨玻埃保改耆指植浚福担兑诙掷醇扑悖颍玻埃保改旮衷恐辽傥保埃骋诙郑义喜客嗟本恕ｅ义希保板危峰义贤奂撇恳灰焕奂圃龀ゅ澹垮义希瑰澹咤危担峰危珏义夏藉澹樱殄錡W逡逑？５－ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ－２｜逡逑ＩＩＩ邋ｌ：：ｉ逡逑WW邋Ｉ：逡逑２０１４邋年邋２０１５邋年邋２０１６邋年邋２０１７邋年邋２０１８邋年Ｅ逡逑图１．１邋２０１４？２０１８年全国粗钢产量情况及预测逡逑注：数据来源为中商产业研宄院大数据库逡逑１．１．２钢渣分类逡逑钢渣按炼钢炉型可以分为
逦第一章绪论逦逡逑改性处理，并通过热力学分析对改性效果进行了验证。研宄结果表明，ｃｏ２作为改性气逡逑相对钢渣物相组成具有显著改性效果，改性后钢渣中ｆ－ＣａＯ含量可以降到１邋％以下。逡逑１．５．２钢渣间接碳酸化固定Ｃ０２逡逑近年来，国内外许多研宄学者采用中间反应介质如乙酸、磷酸三丁酯（ＴＢＰ）、铵逡逑盐溶液提高钢渣碳酸化反应速率开展了研宄，碳酸化的同时获取高附加值轻质碳酸钙产逡逑品。丁命８等［２６］利用钢渣替代矿物的间接碳酸化固定（：０２工艺过程，其工艺示意图如图逡逑１．２所示。以乙酸为反应介质实现钢渣Ｃａ２＋的完全浸出，然后与Ｃ０２反应实现碳酸化固逡逑定，碳酸化转化率低是乙酸介质强化钢渣碳酸化固定Ｃ０２亟需解决的难题。Ｉｉｚｕｋａ邋Ａ等逡逑［３７］采用乙酸溶液为介质强化钢渣碳酸化固定Ｃ０２，邋Ｔ邋＝邋６（ＴＣ、ｔ邋＝邋５ｈ实验条件下促使钢逡逑渣中Ｃａ转化率达４８％。逡逑
逡逑图２．１钢渣ＸＲＤ谱图逡逑（１—Ｃ２Ｓ邋２—Ｃ３Ｓ邋３—ｆ－ＣａＯ邋４—Ｒ０邋相）逡逑２．１．４显微形貌分析逡逑同样，为了更好地探宄钢渣的吸附性能，以南钢的转炉渣样品为例，通过扫描电子逡逑显微镜（ＳＥＭ，日本日立ＳＵ１５１０）分析其显微形貌，分析结果如图２．２所示。逡逑＿＿逡逑（ａ）放大２００倍逦（ｂ）放大１４００倍逡逑图２．２南钢转炉渣ＳＥＭ图逡逑图２．２（ａ）的放大２００倍中存在大量不规则亮块，边缘呈灰黑色并且聚集较多；从图逡逑２．２（ｂ）的放大１４００倍可以看出钢渣内部有很多不规则分布不均的孔道，并且可以看到一逡逑些晶体，为富含Ｃａ、Ｓｉ的钙硅相。钢渣内部的多孔结构说明钢渣应该具有较大的比表逡逑面积和较多的活性吸附点位，是一种性能较优的吸附剂。逡逑２．１．５邋ＢＥＴ邋分析逡逑为了更深入了解钢渣结构，通过Ｎ２吸附脱附仪（ＢＥＴ，美国ＡＳＡＰ邋２０２０邋Ｍ）对转逡逑炉渣进行ＢＥＴ测定。孔容、孔径以及比表面积等表征数据如表２－２所示
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X757
【图文】：
国粗钢行业市场前景及投资机会研宄报告》的数据统计，近几年中国粗钢产量基本保持逡逑稳定，粗钢年产量一直保持在８？９亿吨左右，已经占据全球粗钢总产量近５０％，２０１４？逡逑２０１８年全国粗钢产量情况及预测如图１．１所示。从图中可以看出，２０１７年中国粗钢累计逡逑产量为８．３２吨，累计X棾ぴ迹担罚ァ＞葜猩滩笛芯吭菏菰げ猓玻埃保改曛泄指掷奂棋义喜吭ぜ平锏剑福担兑诙郑奂圃龀ぴ迹常ァ８衷欧帕吭颊即指植康模保玻浚保担ィ忮义涎凑眨玻埃保改耆指植浚福担兑诙掷醇扑悖颍玻埃保改旮衷恐辽傥保埃骋诙郑义喜客嗟本恕ｅ义希保板危峰义贤奂撇恳灰焕奂圃龀ゅ澹垮义希瑰澹咤危担峰危珏义夏藉澹樱殄錡W逡逑？５－ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ－２｜逡逑ＩＩＩ邋ｌ：：ｉ逡逑WW邋Ｉ：逡逑２０１４邋年邋２０１５邋年邋２０１６邋年邋２０１７邋年邋２０１８邋年Ｅ逡逑图１．１邋２０１４？２０１８年全国粗钢产量情况及预测逡逑注：数据来源为中商产业研宄院大数据库逡逑１．１．２钢渣分类逡逑钢渣按炼钢炉型可以分为
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逡逑图２．１钢渣ＸＲＤ谱图逡逑（１—Ｃ２Ｓ邋２—Ｃ３Ｓ邋３—ｆ－ＣａＯ邋４—Ｒ０邋相）逡逑２．１．４显微形貌分析逡逑同样，为了更好地探宄钢渣的吸附性能，以南钢的转炉渣样品为例，通过扫描电子逡逑显微镜（ＳＥＭ，日本日立ＳＵ１５１０）分析其显微形貌，分析结果如图２．２所示。逡逑＿＿逡逑（ａ）放大２００倍逦（ｂ）放大１４００倍逡逑图２．２南钢转炉渣ＳＥＭ图逡逑图２．２（ａ）的放大２００倍中存在大量不规则亮块，边缘呈灰黑色并且聚集较多；从图逡逑２．２（ｂ）的放大１４００倍可以看出钢渣内部有很多不规则分布不均的孔道，并且可以看到一逡逑些晶体，为富含Ｃａ、Ｓｉ的钙硅相。钢渣内部的多孔结构说明钢渣应该具有较大的比表逡逑面积和较多的活性吸附点位，是一种性能较优的吸附剂。逡逑２．１．５邋ＢＥＴ邋分析逡逑为了更深入了解钢渣结构，通过Ｎ２吸附脱附仪（ＢＥＴ，美国ＡＳＡＰ邋２０２０邋Ｍ）对转逡逑炉渣进行ＢＥＴ测定。孔容、孔径以及比表面积等表征数据如表２－２所示
【参考文献】
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1 彭r
本文编号：2751920
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