【摘要】：磷石膏是濕法冶煉磷酸產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物,主要成分為CaSO_4·2H_2O,有較好的熱穩(wěn)定性,并伴有一定的酸性和輕微腐蝕性。經(jīng)統(tǒng)計,平均每生產(chǎn)1噸磷肥約產(chǎn)生5噸磷石膏,磷石膏堆放量仍呈每年增長的趨勢。目前針對磷石膏的處理包括:制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥,生產(chǎn)化工原料(氯化鈣、硫酸銨、硫酸鉀、硫酸鈉、硫脲、磷酸氫鈉、羥基磷灰石納米顆粒等),用作土壤改良劑,生產(chǎn)建筑材料,凈化重金屬污染水體等。CO_2氣體全球性的排放持續(xù)增長,人為產(chǎn)生的溫室氣體是全球氣候變暖的主要原因。工業(yè)化進程的加快、化石燃料的過度燃燒、森林植被的過度砍伐以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展使得CO_2排放量與日俱增。溫室氣體CO_2的過度排放致使海平面上升、冰川消融淡水資源減少,并引發(fā)極端氣候的產(chǎn)生,嚴重影響人類健康,導致全球生態(tài)系統(tǒng)被破壞。據(jù)統(tǒng)計,到2050年,若使全球氣溫較2000年平均降低2.0-2.4°C,全球生態(tài)系統(tǒng)將需減少50%-80%的碳排放量。因此,開發(fā)合理和科學的CO_2減排技術刻不容緩。近年來,CO_2捕集技術日新月異,得到了很大程度的改善和創(chuàng)新。鈣基吸收劑法是當前針對CO_2氣體捕集應用較為廣泛的技術之一。其原理是利用含有鈣基的吸收劑在一定條件下進行碳酸化反應以達到吸收CO_2的目的。鈣基吸收劑吸收容量高、吸收效果好、耐高溫且鈣源在自然界分布廣泛。CaS作為磷石膏分解渣的主要成分,有良好的CO_2捕集效率。本文提出磷石膏分解產(chǎn)物作鈣基吸收劑,用“以廢制廢”的思路同時解決廢渣和廢氣,開展相關實驗并對反應過程機理進行研究,為CO_2捕集和磷石膏資源化利用提出了新的解決方法。(1)進行Factsage 7.1模擬和計算以及磷石膏TGA相關實驗,得出磷石膏、褐煤高溫熱分解最佳混合摩爾比為4:1、最佳分解溫度為1100°C、最佳保溫時間為60分鐘等,以確保磷石膏褐煤充分反應生成以CaS為主要成分的分解渣。同時,將以上數(shù)據(jù)應用于管式爐中進行驗證實驗。研究表明,在該分解條件下得到的CaS純度可達98.47%。(2)通過Factsage 7.1模擬磷石膏分解渣捕集CO_2實驗相關熱力學參數(shù),并通過氣—液—固三相圖分析確定分解渣在捕集CO_2時的熱力學參數(shù)。捕集溫度為25°C,捕集壓力為1atm等,并在相關反應器中進行以上研究以確定捕集最佳液固比、反應時間、壓力、溫度等參數(shù)和捕集效率之間的關系。研究表明,液固比越低,分解產(chǎn)物對二氧化碳捕集效果越好;隨著反應時間的增加,捕集效率迅速增加直至飽和,最佳捕集時間為24min;反應溫度越高,越不利于二氧化碳捕集;增大壓力對二氧化碳捕集影響效果不大。(3)捕集實驗中產(chǎn)生的硫化氫有毒有害,屬易燃危險化學品,將本過程產(chǎn)生的硫化氫氣體再次返回到管式爐中用作磷石膏熱分解時的還原劑。研究表明,硫化氫氣體在一定程度上降低了熱分解過程的吉布斯自由能,并可以在反應過程中加快其反應速率,一定程度上縮短反應時間。該過程不僅解決了廢氣排放對人體和環(huán)境的危害,同時實現(xiàn)了硫化氫氣體的循環(huán)。
【圖文】：

2capture by CaO圖 2.1 為 CaO 捕集流程圖，化石燃料等燃燒產(chǎn)生的尾氣 CO2氣體通過碳酸化反應器與 CaO 或 Ca(OH)2等反應形成 CaCO3，該步反應為強放熱反應，反應放出的熱量可以用作下一步高溫煅燒時的熱能。煅燒分解產(chǎn)生的 CaO 可以繼續(xù)回收返回到碳酸化反應器循環(huán)用作鈣基吸收劑，而煅燒產(chǎn)生的 CO2氣體經(jīng)過液化隔離進一步妥善處理。高溫煅燒時，部分吸收劑失活，為了不影響其捕集效率，應及時將失活的吸收劑排出并加入新的吸收劑。大量研究表明，對鈣基吸收劑進行水合作用或蒸汽活化處理可使吸收劑獲得更大的比表面積及孔隙率，，從而提高鈣基吸收劑的循環(huán)吸收率。鈣基吸收劑的水合作用即將 CaO 經(jīng)過化學反應生成 Ca(OH)2，利用生成的 Ca(OH)2吸附劑對 CO2進行捕集。與直接被利用的鈣基吸收劑 CaO 相比

圖 3.1 實驗流程圖Fig. 3.1 The flow chart of experimental稱取一定質量按一定比例混合均勻的磷石膏和褐煤混合物放置于耐高溫的磁舟中，將該磁舟由管式爐管口緩慢沿管壁推向管中央。管式爐管中央受熱均勻，比管口附近溫度高，可保持正常的程序升溫。通過控制面板，將管式爐升溫程序調整為：通入 50ml/min 的氮氣作保護氣，并以 5°C/min 的升溫速率從室溫升至950°C，保溫 1 小時后，繼續(xù)以 5°C/min 的升溫速率加熱至 1100°C，繼而保溫 30分鐘后停止加熱，待自然冷卻至室溫后關機關氣。該步驟主要目的是保證磷石膏被還原劑充分還原，得到產(chǎn)量最優(yōu)化的分解產(chǎn)物硫化鈣，以進行后續(xù)二氧化碳捕集實驗。較長升溫程序的控制及合理的摩爾比有助于磷石膏和褐煤充分反應，實現(xiàn)分解產(chǎn)物最大化。從管式爐出來的分解產(chǎn)物硫化鈣進一步用作二氧化碳捕集實驗的原料。將分解渣和超純水按一定液固比注入三相流化床中，同時通入一定流量的二氧化碳氣
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X756;X701

【參考文獻】

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本文編號：2682947