[发明专利]一种封存二氧化碳生产轻质碳酸镁并联产氯化铵的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿物封存二氧化碳，并利用其生产轻质碳酸镁的工艺，属于无机盐化工和化肥生产领域。

背景技术

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告指出，自20世纪中叶以来，对化石燃料的大量使用导致以二氧化碳为主的大气温室气体含量不断上升，这一现象与全球气候变化有着密切的关系。为了防止全球气候变化导致的环境恶化进一步加剧，需要从“源”和“汇”两方面入手使大气中的二氧化碳含量稳定下来。

由于化石燃料在现在甚至未来很长一段时间处于主导地位，煤、油、气是主要的能源，另外，可再生能源在未来的几十年价格依旧比较昂贵，并不能大面积推广，这就导致在源头方面无法充分地减少二氧化碳排进大气。因此，对工业烟气中的二氧化碳进行捕获与封存(CCS，Carbon Capture and Storage)脱颖而出，已成为国内外关注和研究的焦点。

CCS技术包括对能源和工业活动产生的CO₂进行收集、运输和封存。按照封存方式又可分为：地质封存、海洋封存和矿物封存。矿物封存属于比较安全有效的方式，与其他封存方式相比，特别是与地质封存相比，运用大量的含镁矿物实现二氧化碳的矿物固定具有环境亲和性，同时生成的镁碳酸盐可实现二氧化碳的永久封存且具经济效益。

矿物封存CO₂的基本原理为：CO₂与含钙镁的矿石进行化学反应，生成热力学上更为稳定的固态碳酸盐矿物及其他副产品。当前，矿物固碳的方式主要有三种：一是硅酸盐矿物风化吸收CO₂，通过天然或人为加速地表硅酸盐矿物与CO₂反应，从而固定CO₂；二是异地(ex-situ)封存，将矿石等封存原料运到CO₂排放源，通过反应装置将CO₂碳酸盐化，从而达到封存效果；三是原位(in-situ)封存，将CO₂直接注入地下多孔的岩石中，使CO₂与岩石直接反应转变为碳酸盐。

在Chen的研究中，作者采用Ba盐作为工作媒介实现CO₂的反应沉淀，NaOH作为一种碱用来调节溶液pH值。由于Ba盐有毒且储量不大，无法应用于工业规模的烟气脱碳；Tamura采用Ca(OH)₂溶液作为吸收剂，导致原料需求量巨大，同时生产Ca(OH)₂的过程也会产生大量CO₂，本质上无法实现减排。

另外，碳捕获、利用与封存技术(CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage)是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。

我国镁化合物的生产和需求均居世界首位。镁化合物产品多达几百种,其中最受关注的是碳酸镁水合物系列产品，如：轻质碳酸镁在精细化工、耐火材料、橡胶工业、涂料工业、医药、食品、轻工业搪瓷、陶瓷等诸多领域都有重要的应用。目前我国碳酸镁水合物和氧化镁的生产主要依靠菱镁矿锻烧，该方法能耗高，而且产品多为低档产品。发达国家如美国、日本、荷兰等多采用海卤水制备碳酸镁水合物，但由于工艺直接分解MgCl₂·6H₂O产生HCl，设备腐蚀严重。另外，我国目前有以三水碳酸镁为中间体制备氧化镁的研究，制备温度高且耗能高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以氯化镁封存工业烟气(如：水泥厂烟气、火电厂烟气等)中的二氧化碳，并用来制备轻质碳酸镁并联产氯化铵的方法。本发明方法成本低廉，无环境污染，提供的方法操作性强，易于实现工业化。

技术方案

我国卤水镁资源丰富，海水、盐湖水中含有大量的以氯化物和硫酸盐形式存在的镁。位于我国柴达木盆地南部的青海湖可以提供超过20亿吨的含镁盐，是很好的二氧化碳矿物封存原料。本发明以氯化镁(也可以是盐湖晒钾盐的废料)为原料，通过液氨调节溶液pH以吸收工业烟气中的二氧化碳，反应生成的碳酸镁铵水合物晶体为中间产物，经过精制镁碳铵水合物制备轻质碳酸镁，另外向反应结晶的富铵溶液中加入氯化镁后经过固液分离和干燥后联产氯化铵化肥。在精制碳酸镁铵水合物的过程中将产生的二氧化碳和氨气送回反应溶液进行再吸收，提高原料利用率，减少了尾气排放；盐析过程中将产生的卤片浓缩液送回结晶反应器用作原料吸收二氧化碳。

二氧化碳、液氨和卤片在溶液中反应的机理为：