一种二氧化碳的利用工艺及其应用的制作方法

1.本发明涉及二氧化碳利用领域，具体涉及b01d53/62，更具体涉及一种二氧化碳的利用工艺及其应用。


背景技术：

2.目前，高碳排放对生态环境的影响问题日益突出，全球气候不断变暖，威胁着人类生存环境。将工业烟气中二氧化碳捕捉、提纯和压缩之后可以实现二氧化碳的封存，例如原油开采就是一种应用较广的封存技术，但此技术只能采用高浓度的二氧化碳，成本较高。近年来，在固定二氧化碳的同时实现资源的综合再利用，可以在解决高排放的二氧化碳的同时实现固体废弃物的利用，其原理是工业废弃物中的钙镁活性化合物与二氧化碳反应生成碳酸盐矿物，实现二氧化碳利用的同时也将工业废弃物转化为具有经济价值的建筑产品。目前，对于固体废弃物矿化的研究较多，有研究采用矿化技术养护建筑垃圾粉料预制件，从而生成建筑制品。详细例如中国专利cn202110778996对原料进行粉碎至20-100μm，然后通过后续的一系列添加含二氧化碳的气体以及吸收液，并均化，成型等过程，该过程对工艺的操作要求较高，既需要粉碎操作，还需要均化处理，且需要额外添加吸收液来提高二氧化碳的反应速率，整个流程操作繁琐。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的一些问题，本发明第一个方面提供了一种二氧化碳的利用工艺，包括：将固体废弃物经过预处理、成型后，在含二氧化碳的气体的作用下进行固化。
4.优选的，固化的温度为45-120℃，例如45℃、60℃、80℃、100℃、120℃。
5.优选的，固化的压力为0.1-2.2mpa，例如0.1mpa、0.2mpa、0.5mpa、1.1mpa、2.2mpa。
6.优选的，固化的时间为1-4h，优选为2h。
7.在一种实施方式中，含二氧化碳的气体中含有水蒸气，水蒸气体积含量为8-11％。
8.优选的，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为8-95％，例如8％，10％，20％，25％，30％，40％，50％，55％，60％，70％，80％，82％，84％，86％，88％，90％，92％，94％，95％等。
9.在一种实施方式中，水蒸气的体积分数w满足w≥1/p
·
10^(7.96681-1668.21/(t 228))
·
133.28947。
10.p为固化的压力，t为固化的温度。
11.在一种实施方式中，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为13.9％，固化的温度为100-120℃，固化的压力为1.1-2.2mpa，水蒸气的体积含量为10-11％。
12.优选的，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为13.9％，固化的温度为100℃，固化的压力为1.1mpa，水蒸气的体积含量为10-11％。
13.优选的，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为13.9％，固化的温度为120℃，固化的压力为2.2mpa，水蒸气的体积含量为10-11％。
14.在一种实施方式中，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为80-81％，固化的温度为80-100℃，固化的压力为0.5-1.1mpa，水蒸气的体积含量为9-11％。
15.优选的，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为80-81％，固化的温度为80℃，固化的压力为0.5mpa，水蒸气的体积含量为9-11％。
16.优选的，含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为80-81％，固化的温度为100℃，固化的压力为1.1mpa，水蒸气的体积含量为9-11％。
17.固化的反应温度、压力以及含二氧化碳的气体中二氧化碳和水蒸气含量对二氧化碳的反应速率、利用率以及固化产物的质量息息相关。当含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为13.9％，固化的温度为100-120℃，固化的压力为1.1-2.2mpa，水蒸气的体积含量为10-11％，或者含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为80-81％，固化的温度为80-100℃，固化的压力为0.5-1.1mpa，水蒸气的体积含量为9-11％，可以在保证较好的反应速率的情况下，既能使得固化产物对二氧化碳的吸收率达到最高，同时固化产物的抗压强度也较好，这是由于在该条件下，随着反应的进行，反应的环境能够和固体废弃物内部环境维持平衡，避免固体废弃物成型体中成分的脱出，以及使得二氧化碳能够持续的作用于成型体内部转化为碳酸根或者碳酸氢根，作用持久。
18.此外，申请人在实验中意外的发现，当含二氧化碳的气体中二氧化碳体积含量高于80％，当水蒸气的体积含量超过一定量之后，二氧化碳的利用率和固化产物的抗压强度反而降低，与现有技术中一般规律相反，增大了固化反应的控制难度，申请人根据实验结果分析，得到当w≥1/p
·
10^(7.96681-1668.21/(t 228))
·
133.28947时，尤其是当水蒸气的体积分数与1/p
·
10^(7.96681-1668.21/(t 228))
·
133.28947相等或者相近时，二氧化碳吸收率和抗压强度可以达到较高的水平。
19.在一种实施方式中，固体废弃物中含有钙、镁、硅成分，钙、镁、硅化合物之和超过40wt％。
20.本技术中成型工艺本领域技术人员可做常规选择。
21.在一种实施方式中，固体废弃物预处理的方法包括：固体废弃物和水混合得到预处理物，经20-28h后待用。
22.优选的，预处理物的固含量为88-95wt％，可以列举的有88wt％，89wt％，90wt％，91wt％，92wt％，93wt％，94wt％，95wt％；更优选为91wt％。
23.优选的，得到的预处理物，经24h后待用。
24.本发明第二个方面提供了一种所述二氧化碳的利用工艺得到的材料在制备工业材料中的应用。
25.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
26.(1)本技术通过调控含二氧化碳的气体中二氧化碳以及水蒸气的含量，同时经过分析确认了水蒸气含量与固化的温度、固化的压力之间的关系，使得固化反应容易控制和操作，可以根据不同的固化条件调控含二氧化碳的气体中的水蒸气含量，使得在固化反应时可以达到较高的反应速率以及二氧化碳的利用率，同时增大固化产物的抗压强度；
27.(2)本技术中固体废弃物预处理方式，便于后续的成型，使得可以以较好的压力作用下得到较好的成型体；
28.(3)本技术中预处理物的固含量在88-95wt％，经过后续的成型，在固化的过程中，
与含二氧化碳的气体能够相互协调，在一定程度上避免了水分子的移出；
29.(4)本技术中将预处理物经过20-28h待用，促进了水分在固体废弃物中均匀化；
30.(5)本技术中二氧化碳的利用工艺，通过控制固化环境中的水蒸气含量，使坯体处于最佳环境湿度，把二氧化碳高效固定在固体废弃物当中，实现了二氧化碳矿化的直接利用，无需增加额外的碳捕集工艺，极大节省了二氧化碳固定成本，其制备出的建筑砖相比于传统的硅酸盐水泥制品的总碳排放低50％以上；
31.(6)本发明通过调控水蒸气的体积分数，将固化反应处于最佳湿度环境下，确保坯体中的水分保留在结构孔中，二氧化碳能在坯体结构中以碳酸根或者碳酸氢根的形式存在，更易于与坯体中的钙镁化物反应，进一步加强固体废弃物对二氧化碳的矿化程度，生成性能稳定的碳酸钙等矿化产物；
32.(7)本发明提出了一种确定最佳固化环境含水率的方法，当固化环境的温度和压力确定时，就可得知最佳的环境含水率的范围。若环境中水蒸气含量较低时，可通过额外通入水蒸气等方法补充水蒸气，从而加速固化反应的进行，使二氧化碳高效固定在固体废弃物当中。此方法节省了二氧化碳固定成本，有效降低了工业推广的难度，为目前企业提供了一种实际有效的碳减排路径。
附图说明
33.图1为本发明实施例1二氧化碳吸收率和抗压强度变化图；
34.图2为本发明实施例2二氧化碳吸收率和抗压强度变化图；
35.图3为本发明实施例3二氧化碳吸收率和抗压强度变化图；
36.图4为本发明实施例4二氧化碳吸收率和抗压强度变化图；
37.图5为本发明实施例5二氧化碳吸收率和抗压强度变化图；
38.图6为本发明实施例6二氧化碳吸收率和抗压强度变化图。
具体实施方式
39.以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。
40.实施例中以40mpa压力成型至大小为20mm
×
20mm
×
20mm。
41.实施例
42.实施例1
43.一种二氧化碳的利用工艺，将炼钢废弃物经过预处理、成型后，在废气的作用下进行固化。
44.预处理过程为炼钢废弃物和一定量的水配成91wt％的预处理物，经24h后待用。
45.其中炼钢废弃物中硅酸钙为无定形的，按重量百分比计算，成分为55.3％cao，29.4％sio2，4.8％al2o3，2.5％mgo，2.6％p2o5，2.0％k2o，1.5％so3，0.8％fe2o3，0.4％tio2，0.3％na2o，0.2％sro，0.2％mno。
46.其中，固化温度为60℃，固化压力为0.2mpa。
47.其中，废气中二氧化碳的体积分数为13.9％，氧气的体积分数为3.81％，水蒸气的体积分数分别为8％、9％、10％、11％，其余为氮气。
48.经过测试，结果见表1和图1，其中二氧化碳的吸收率为固废吸收二氧化碳质量占
矿化产物质量的百分比例，其中固体废弃物吸收二氧化碳的含量是通过测试矿化产物的tg/dtg曲线所得，固体废弃物吸收二氧化碳的含量为550-850℃的重量减少量；矿化产物的质量为矿化产物在105℃的质量；抗压强度按照gbt4111-2013《混凝土砌块和砖试验方法》测得。。
49.表1
[0050][0051]
实施例2
[0052]
一种二氧化碳的利用工艺，同实施例1，不同之处在于，固化温度为100℃，固化压力为1.1mpa。
[0053]
经过测试，结果见表2和图2。
[0054]
表2
[0055][0056]
实施例3
[0057]
一种二氧化碳的利用工艺，同实施例1，不同之处在于，固化温度为120℃，固化压力为2.2mpa。
[0058]
经过测试，结果见表3和图3。
[0059]
表3
[0060][0061][0062]
从表1-3以及图1-3中可以看出，在相同的固化温度以及固化压力作用下，废气中的水蒸气体积比对二氧化碳吸收率具有积极的影响，且二氧化碳吸收率的增长速率随着水蒸气含量的增加逐渐缓慢，吸收率逐渐增高。
[0063]
实施例4
[0064]
一种二氧化碳的利用工艺，具体同实施例1，不同之处在于，固化温度为45℃，固化压力为0.1mpa；废气替换为碳捕集后的气体(85vol％二氧化碳，7.21vol％氮气，5mol％水蒸气，2.79vol％氧气)，该碳捕集后的气体通过添加水蒸气含量，使得水蒸气的含量分别达到8vol％、9vol％、10vol％、11vol％。
[0065]
经过测试，结果见表4和图4。
[0066]
表4
[0067][0068]
实施例5
[0069]
一种二氧化碳的利用工艺，具体同实施例4，不同之处在于，固化温度为80℃，固化压力为0.5mpa。
[0070]
经过测试，结果见表5和图5。
[0071]
表5
[0072][0073][0074]
实施例6
[0075]
一种二氧化碳的利用工艺，具体同实施例4，不同之处在于，固化温度为100℃，固化压力为1.1mpa。
[0076]
经过测试，结果见表6和图6。
[0077]
表6
[0078][0079]
从表4-6以及图4-6中可以看出，在相同的固化温度以及固化压力作用下，水蒸气
体积比对二氧化碳吸收率具有积极的影响，且二氧化碳吸收率的增长速率随着水蒸气含量的增加逐渐缓慢，吸收率逐渐增高，当达到最佳值后，二氧化碳吸收率反而下降。
[0080]
申请人经过分析，得到当w≥1/p
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10^(7.96681-1668.21/(t 228))
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133.28947时，其中w为水蒸气的体积分数，p为固化压力，t为固化温度，尤其是当水蒸气的体积分数与1/p
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10^(7.96681-1668.21/(t 228))
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133.28947相等或者相近时，二氧化碳吸收率和抗压强度可以达到较高的水平。