[发明专利]一种利用富钙废液矿化固定CO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用富钙废液为原料，以碳酸盐沉淀形式实现CO₂固定的新工艺。

背景技术

一些科学观测表明，大气中以CO₂为主的温室气体浓度不断增加，由此引起的温室效应也不断加剧。因此，许多旨在减轻CO₂影响的应对方式正在被深入研究中，其中封存技术里海洋封存、地质封存、生态封存以及矿化封存作为主要的存储方式得到了越来越多的关注。以500MW装机容量的燃煤电站为例，若利用生态封存方式捕集其产生的CO₂，大约需要2000km²的森林，显然其容量和能力有限；海洋封存有可能造成海洋生态环境的改变和破坏；地质封存能耗高且有发生泄漏的风险；而二氧化碳的矿化封存，即以钙镁碳酸盐的固体形式进行永久封存，则不仅能实现CO₂的大规模封存，还不会对环境造成负面影响。

对于CO₂矿化封存的研究与实践，多以硅灰石、蛇纹石等天然矿物以及电石渣、飞灰、钢渣、赤泥等固体废弃物为切入点。事实上，大量富钙镁离子溶液也是矿化封存的重要介质，例如海水、海水淡化产生的高浓废水、地下卤水以及某些工业废水等。虽然富钙镁离子溶液具有固化CO₂的潜力，但由于通常为碱性(pH值8左右)，其与CO₂直接反应将主要生成可溶性的碳酸氢盐，要使反应生成碳酸盐沉淀，则必须找到一种合适的介质，既可以实现富钙镁离子溶液pH的提升以促使碳酸盐化反应快速完成，又必须能通过某种简便、低能耗的方式实现该介质的再生和循环利用。本发明通过不溶性有机胺的使用达到了这一目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用富钙废液矿化固定CO₂的方法。该方法是以不溶性有机胺为反应强化介质，利用其对H⁺的萃取特性调节富钙废液的pH值，强化CO₂通入条件下的碳酸盐矿化反应，最终以碳酸盐形式实现CO₂固定；利用不溶性有机胺与水溶液的分相特性，可以实现作为强化介质的有机相与水溶液相以及固体沉淀的方便分离；有机相的胺通过适当的再生手段可以实现重复利用。

本发明采取的技术方案为：

一种利用富钙废液矿化固定CO₂的方法，包括步骤如下：

（1）将不溶性有机胺与稀释剂按体积比1：0.5-3混合形成有机胺萃取剂，将有机胺萃取剂按体积比1-4：1加入到富钙废液中，搅拌混合均匀；

（2）向混合体系中通入二氧化碳气体，搅拌使其充分反应，直到随着CO₂的通入pH降至7.5-8.5时停止；

（3）静置后分液，水相过滤得碳酸钙沉淀，有机相再生后循环利用。

上述方法中所述的不溶性有机胺为叔胺，优选十二叔胺；稀释剂有饱和一元脂肪醇、煤油或溶剂油，优选饱和一元脂肪醇，进一步优选正辛醇。不溶性有机胺与稀释剂体积比优选1：0.5-1，富钙废液中钙离子的浓度范围从普通海水的0.4/L到其它高浓废液的几十克每升均适宜本工艺方法。

步骤（3）有机相中不溶性有机胺的再生可以利用加入常规碱性物、金属氧化物或者直接加热等手段实现。如向有机相中加入浓氨水、加入氢氧化钙或氧化镁法以及直接加热法。

本发明的主要反应原理如下：

有机相：NR₃+H⁺→NR₃·H⁺

水相：

CO₃^2-+Ca²⁺→CaCO₃↓

本发明中不溶性有机胺通过碳化反应能够使富钙溶液中90%以上的钙离子以碳酸钙沉淀的形式析出，萃取剂再生效率高达95%以上，整个工艺固定CO₂效果甚好。

本发明中富钙废液来源广泛，可以是浓海水，工业废水，也可以是地下卤水，经处理后水硬度大大降低，而低硬度盐水可用于制盐等工业。再生后得到的副产品，如碳酸钙、氯化铵等，均可以用于工业生产。整个工艺不会造成环境的二次污染，具有非常好的应用前景。

本发明所述工艺具有以下优点：

（1）有机胺萃取剂的不溶性使作为强化介质的有机相与水溶液相自行分离，易于回收，使整个过程简便易行，能够将CO₂的捕集与封存在一个过程内完成。