کلمات کلیدی: کربنات کلسیم، دورریز واحد تقطیر، دی اکسیدکربن، مورفولوژی، مدلسازی ریاضی، پارامترهای سینتیکی. فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول:مقدمه1-1- اهميت تحقيق............................. 21-2- تکنولوژی CCS............................ 31-2-1- سیستمهای به دام انداختن دیاکسیدکربن41-2-2- تکنیکهای جداسازی دیاکسیدکربن........ 51-2-2-1- جذبگاز.......................... 61-2-2-2- جذب سطحی......................... 61-2-2-3- جداسازی توسط غشا................ 71-2-2-4- تقطیر برودتی..................... 71-2-2- انتقال دیاکسیدکربن................... 71-2-3- ذخیرهسازی دیاکسیدکربن................ 81-3- جریان دورریز کلسیم کلرید واحد صنعتی سودا اش 91-4- کربنات کلسیم............................ 91-5- هستهسازی................................ 101-5-1- هستهسازی اولیه ..................... 111-5-2- هستهسازی ثانویه..................... 121-6- رشد کریستال............................. 121-7- چسبندگی................................. 14 فصل دوم: مروري بر تحقيقات گذشته2-1- فرایند تولید سودااش.................... 162-2- اصلاحات انجام شده بر روی واحد سودا اش و استفاده از جریانهای دورریز...................................... 182-2-1- تولید منیزیم کلرید به جای کلسیم کلرید18 عنوان صفحه 2-2-2- استفاده از آمین به جای آمونیاک...... 192-2-3- تولید هیدروکلریک اسید............... 202-2-4- تولید کلرید آمونیوم به عنوان کود شلتوک برنج 202-2-5- تولید فسفات کلسیم و فسفات منیزیم.... 202-2-6- گچ آرایشی........................... 222-2-7-استفاده از لجن ...................... 222-2-8- خنثیسازی گازهای احتراق.............. 232-2-9- استفاده از دورریز واحد تقطیر........ 242-2-10- تولید کود از گل آب نمک تصفیه شده... 252-2-11 تولید کربنات کلسیم.................. 262- 2-12- استفاده از پسماند جامد به عنوان جاذب... 262-3- به دام انداختن دی اکسید کربن به روش کربناسیون272-4- مطالعات آزمایشگاهی انجام شده در زمینه ترسیب کربنات کلسیم............................................ 282-5- مطالعات سینتیکی انجام شده در زمینه ترسیب کربنات کلسیم29 فصل سوم: روش کار3-1- فرایند.................................. 353-2- شرح راکتور آزمایشگاه ................... 373-3- آزمایشات ............................... 403-4- نمونه برداری از راکتور.................. 413-5- آنالیز فاز جامد......................... 413-5-1-آنالیز شکل........................... 423-5-1-1- میکروسکوپ الکترونی SEM .......... 423-5-2-آنالیز گونههای رسوب.................. 433-5-2-1- دستگاه پراش پرتوهای ایکس........ 433-5-3- آزمایش هیدرومتری.................... 443-5-3-1- آزمایش.......................... 463-5-3-2- تعیین طول فرورفتگی هیدرومتر..... 473-5-3-3- تعیین درصد عبوری ذرات معلق نمونه483-5-3-4- خطای منیسک...................... 48عنوان صفحه 3-6- تعیین وزن مخصوص رسوب................... 503-7- آنالیز فاز مایع........................ 513-7-1- اندازهگیری غلظت یون کلسیم در محلول . 513-7-2- اندازهگیری غلظت یون کربنات.......... 523-7-3- اندازهگیری غلظت یون کلرید........... 523-7-4- اندازهگیری غلظت یون سولفات.......... 523-7-5- اندازه گیری غلظت یون سدیم........... 533-7-6- اندازه گیری غلظت یون آهن............ 533-7-7- اندازهگیری غلظت یون منیزیم.......... 533-8- محاسبهی فوق اشباعیت..................... 543-9- آنالیز فاز گاز.......................... 553-9-1- اندازهگیری میزان دیاکسید کربن در مخلوط گاز سنتزی 55 فصل چهارم: مدل سازی4-1- معادلهی موازنهی جمعیت فرایند ترسیب...... 584-2- معادلات سینتیکی برای ترسیب............... 604-2-1- هستهسازی............................ 604-2-2- رشد ذرات............................ 624-2-3- توابع تولد و مرگ.................... 634-3- محاسبهی جرم کل کریستالها و معادلهی موازنه ی جرم 644-4- محاسبهی توزیع تجمعی، حجم متوسط ذرات و دانسیتهی جمعیت 654-5- حل معادلات مدلسازی...................... 664-6- دادههای آزمایشگاهی...................... 684-7- محاسبات اولیه........................... 684-8- حل معادلهی موازنهی جمعیت در برنامه ..... 684-9- بهینهسازی پارامترهای سینتیکی............ 694-9-1- تابع هدف............................ 69 عنوان صفحه 4-10- روش بهینهسازی الگوریتم ژنتیک........... 704-11- الگوریتم برنامه........................ 71 فصل پنجم: نتایج و بحث5-1- تغییرات pH آزمایشها..................... 755-2- عکسهای SEM (تاثیر غلظت دیاکسیدکربن بر روی شکلهای کریستالی کربنات کلسیم)............................... 795-3- تاثیر دی اکسیدکربن بر روی میزان رسوب و اندازهی ذرات 845-4- نمودارهای XRD (تاثیر غلظت دی اکسید کربن بر میزان گونههای رسوب)....................................... 915-5- تعیین پارامترهای سینتیکی............... 985-6- صحت مدل................................ 1005-7- حساسیت مدل............................. 105 فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات6-1- نتيجهگيري.............................. 1096-2-پيشنهادات............................... 110 فهرست منابع................................... 111پیوست......................................... 115پیوست 1- سرعت رشد........................... 115پیوست 2 – برنامه کامپیوتری.................. 116 فهرست جدولها عنوان و شماره صفحه جدول 1: ثوابت سرعت رشد براي کلسيت و واتريت.... 33جدول 2: شرایط عملیاتی راکتور.................. 36جدول 3: آنالیز جریان دورریز واحد صنعتی سودا اش40جدول 4: مقادیر K مورد استفاده در معادلهی(3-6) برای محاسبهی قطر ذرات در آنالیز هیدرومتری...................... 45جدول 5: مقادیر L (عمق موثر) مورد استفاده در رابطهی استوکس 49جدول 6: ضرائب تصحیح صفر....................... 50جدول 7: مهمترين توابع بيان ضريب چسبندگي....... 64جدول 8: جزء مولي هر يک از گونههاي کربنات کلسيم در رسوب نمونهی خالص.......................................... 97جدول 9: جزء مولي هر يک از گونههاي کربنات کلسيم در رسوب نمونهی صنعتی......................................... 98جدول 10: مقادير پارامترهاي موجود در معادلات سرعت رشد، هستهسازي و چسبندگي براي کربنات کلسیم در نمونهی خالص ..... 99جدول 11: مقادير پارامترهاي موجود در معادلات سرعت رشد، هستهسازي و چسبندگي براي کربنات کلسیم در نمونهی صنعتی .... 99جدول 12: خطاي AARD بين پيش بينيهاي مدل و نتايج آزمايشگاهي در پايان فرآيند ترسیب کربنات کلسیم نمونهی خالص به منظور تخمين ميزان اعتبار مدل.................................... 103جدول 13:خطاي AARD بين پيش بينيهاي مدل و نتايج آزمايشگاهي در پايان فرآيند رشد کربنات کلسیم نمونه ی صنعتی به منظور تخمين ميزان اعتبار مدل.................................... 105 فهرست شکلها عنوان صفحه شکل 1- به دام انداختن دیاکسید کربن در سه سیستم. 4شکل 2- مراحل رشد کریستال...................... 13شکل 3-فرایند تولید سودااش به روش Solvay......... 18شکل 4- تولید فسفات کلسیم- فسفات منیزیم....... 21شکل 5- تولید گچ آرایشی، دارویی و بهداشتی.... 22شکل 6-تولید گچ............................... 23شکل 7- استفاده از دورریز واحد تقطیر.......... 25شکل 8 - شماتیک کلی راکتور ترسیب............... 37شکل 9- نمودار توزيع اندازهی ذرات اوليه براي فرآيند رشد 38شکل 10- شماتیک دستگاه آزمایشگاهی.............. 39شکل 11-ابعاد و قسمتهاي مختلف يک هيدرومتر..... 47شکل 12-شماتیک کلی از دستگاه ارست............. 56شکل 13- فلوچارت بهينهسازي مدل ترسيب کربنات کلسیم72شکل 14- فلوچارت محاسبه تابع هدف.............. 73شکل 15- تغییرات pH نمونهی خالص 20 درصد حجمی CO2با زمان 75شکل 16 - تغییرات pH نمونهی خالص 15 درصد حجمی CO2با زمان76شکل 17 - تغییرات pH نمونهی خالص 10 درصد حجمی CO2با زمان 76شکل 18 - تغییرات pH نمونهی خالص 5 درصد حجمی CO2با زمان 76شکل 19 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 20 درصد حجمی CO2 با زمان 76شکل20 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 15 درصد حجمی CO2 با زمان 78شکل21 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 10 درصد حجمی CO2 با زمان 78شکل22 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 5 درصد حجمی CO2 با زمان 79شکل 23-کربنات کلسيم استفاده شده به عنوان دانههای اولیه 79شکل24- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 80شکل 25- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در 10 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 80شکل 26- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در15 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 81شکل 27- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در 20 درصد حجمیدیاکسیدکربن .............................. 81شکل 28- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 81شکل 29- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در 10 درصد حجمی دی اکسیدکربن ............................ 82شکل 30- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در15 درصد حجمی دی-اکسیدکربن ............................ 82شکل 31- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در 20 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 82شکل32 - ذرات نانو تولید شده در غلظت 20 درصد حجمی دی اکسید کربن در حالت نمونهی خالص........................... 83شکل 33 - جرم تولیدی برای نمونهی خالص.......... 84شکل 34 - جرم تولیدی برای نمونهی صنعتی......... 84شکل 35- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فراینددر حالت 5درصد حجمی دیاکسید کربن 86شکل 36- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 10درصد حجمی دیاکسید کربن .............................................. 86شکل 37-توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 15 درصد حجمی دیاکسید کربن .............................................. 87شکل 38- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 20 درصد حجمی دیاکسید کربن .............................................. 87شکل 39- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت نمونه ی صنعتی در میانه و انتهای فرایند در حالت 5 درصد حجمی دی اکسید کربن.................................... 88شکل40- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در میانه و انتهای فراینددر حالت 10 درصد حجمی دیاکسید کربن نمونهی صنعتی 88شکل 41- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در میانه و انتهای فراینددر حالت 15 درصد حجمی دی اکسید کربن نمونهی صنعتی89شکل 42- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در میانه و انتهای فراینددر حالت 20 درصد حجمی دی اکسید کربن نمونهی صنعتی89شکل 43- قطر متوسط ذرات محصول کربنات کلسیم در برابر غلظتهای مختلف دی اکسید کربن در جریان هوا برای نمونه خالص (a) و دورریز واحد صنعتی(b)................................. 91شکل 44- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن.............................. 93شکل 45- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 10 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 93شکل 46- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 15 درصد حجمی دیاکسید کربن............................. 94شکل 47- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 20 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 94شکل 48- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 95شکل 49- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 10 درصد حجمی دیاکسیدکربن......................... 95شکل 50- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 15 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 96شکل51- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 20 درصد حجمی دیاکسیدکربن.............................. 96شکل52- منحنيهاي کاليبراسيون براي آناليز پيکهاي XRD براي کربنات کلسيم......................................... 97شکل53 - نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 5 درصد حجمی...................... 100شکل 54- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 10 درصد حجمی..................... 101شکل 55- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 15 درصد حجمی..................101شکل 56- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 20 درصد حجمی..................... 102شکل 57- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دی اکسید کربن 5 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل103شکل 58- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 10 درصد حجمی، نشان دهنده اعتبار مدل 104شکل 59- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 15 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل 104شکل 60-نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 20 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل..... 105شکل 61- حساسيت تابع هدف به تغييرات ضريب چسبندگي در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامترها مطابق جدول 11براي حالت نمونهی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن ......... 106شکل 62- حساسيت تابع هدف به تغييرات ضريب رشد در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامترها مطابق جدول 11 براي حالت نمونهی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن.......... 106شکل 63- حساسيت تابع هدف به تغييرات ضريب هسته سازي در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامترها مطابق جدول 11 براي حالت نمونهی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن... 107شکل 64- حساسيت تابع هدف به تغييرات توان فوق اشباعيت در هستهسازی در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامتره مطابق ......................................................................................108 فهرست نشانههای اختصاري فاکتور برخوردcm3sAثابت دبای هوکل(-)ADHدرجه تابعيت سرعت رشد خطي نسبت به فوق اشباعيت(-)aاکتيويتهي واحد رشد i ام در محلول اشباع(mole ( kg H2O)-1)ai,eqسرعت هستهسازي در واحد جرم محلول(s-1 (g solution)-1)B° سرعت هسته سازی همگنسرعت هسته سازی ناهمگن (s-1 (g solution)-1) (s-1 (g solution)-1) B0hom B0het افزايش تعداد ذرات در اثر چسبیدن ذرات کوچکتر به همکوچکتر بهم((g solution)-1 s-1 µm-1)B(L,t)درجه سرعت هستهسازي نسبت به فوق اشباعيت(-)bفوق اشباعيت(g l-1)ΔCتصحیح حرارتی هیدرومتر(cm)Ctتصحیح صفر هیدرومتر(cm)Cdغلظت گونه(g l-1)Ciتابع کرنل(g solution -1μm-3 s-1)Cکاهش تعداد ذرات در اثر برخورد((g solution)-1 s-1 µm-1)D(L,t)اندازه متوسط ذرات(µm)dاندازه ذره i ام(µm)diقطر ذره در آزمایش هیدرومتری(mm)Dانرژي فعاليت رشد(J mol-1)ΔEgانرژي فعاليت هستهسازي(J mol-1)ΔENسرعت خطي رشد كريستالها(µm s-1)Gسرعت رشد هستهها(µm s-1)G°وزن مخصوص ويژه(-)Gsمقاومت یونی(mol m-3)Iثابت سرعت هستهسازي(µm s-1 (g l-1)-2)Kثابت نرخ تجمع(g solution -1μm-3 s-1)kcثابت سرعت رشد خطي(μm s-1)kGثابت سرعت(μm s-1(g l-1)-2 )Kgثابت آرنيوس در معادله سرعت رشد(μm s-1)KG0ثابت سرعت هستهسازي(g crystal s-1)kNثابت آرنيوس در معادله سرعت هستهسازي(g crystal s-1)kN0ثابت ضريب حجمي(-)kvاندازه کريستال(µm)Lتغيير اندازه كريستال(µm)dLفاصله از بالای هیدرومتر تا سطح سیال(cm)L1طول حباب هیدرومتر(cm)L2طول فرورفتگی هیدرومتر(cm)Lدانسيته ماگماي درون کريستاليزر(g crystal (g solution)-1)MTجرم کريستال(g crystal (g solution)-1)Mجرم کريستال(g crystal (g solution)-1)Mexpدرجه سرعت هستهسازي نسبت به دانسيته ماگما(-)mتعداد کل کريستالها(g solution-1)Nدانسيته جمعيت ذرات با اندازه L((g solution)-1 µm-1)n(L,t)دانسيتهي تعدادي ذراتcm-3 µm-3nkتعداد دفعات اندازهگيري فوق اشباعيت(-)Nsتعداد بازههاي در نظر گرفته شده براي توزيع ذرات(-)Neعلامت لگاريتم منفي براي غلظت يون هيدروژنبرحسب گرم اتم درهر ليتر(-)pHدبي جريان ورودي يا خروجي( m3 s-1)Qkثابت عموميگازها(J mol-1 K-1)Rفوق اشباعيت(-)Sفوق اشباعيت آزمايشگاهي(-)Sexpمساحت سطح کريستالها در سوسپانسيون(μm3)sقرائت نهایی هیدرومتر(cm)Rc2قرائت منیسک(cm)Rc1قرائت استوانه نمونه(cm)Rقرائت چگالی سنج(cm)Raقرائت اصلاح شده(cm)Rcزمان(s)tدما(K)Tحجم يک ذره کريستال(μm3)uحجم ذره(μm3)upحجم کريستاليزور(m3)Vحجم حباب هيدرومترcm3Vbحجم يک ذره کريستال(μm3)vحجم يک ذره با اندازهي(μm3)viحجم يک ذره(μm3)vpحد نهايي حجم بزرگترين ذره کريستال(μm3)vmaxکوچکترين حجم قابل اندازه گيري کريستالها(μm3)vminوزن پیکنومتر(N)WFوزن پیکنومتر و آب درون آن(N)Waوزن مخلوط درون هیدرومتر بعد از رسیدن به دمای اولیه(N)Wbکسر جرمی ذرات(-)wiکشش بين سطحي(N m-1)γضريب اکتيويتهي يون دو ظرفيتي(-)γ2ضریب اکتیویتهی گونه(-)γiغلظت مولال(mole ( kg H2O)-1)[ ]حروف يونانيدرجههای سینتیکی کاتیون در واکنش یونی(-)αدرجهی سینتیکی آنیون در واکنش یونی(-)βعملگر ديفرانسيل(-)Δدانسيته ذرات((g cm-3ρفوق اشباع نسبی(-)σفوق اشباع نسبی سطحی(-)iσنسبت فوق اشباع(-)فصل اولمقدمه 1-1- اهميت تحقيق تغییرات آب و هوایی به علت گازهای گلخانهای منتشر شده به اتمسفر افزایش یافته است. دیاکسید کربن معروفترین گاز گلخانهای است که با توجه به وابستگی اقتصاد جهانی به سوختهای فسیلی به عنوان منبع انرژی، باعث افزایش انتشار این گاز به اتمسفر شده است.تکنولوژی CCS [1]، تکنولوژی است که غلظت دیاکسید کربن را در اتمسفر تثبیت میکند و شامل سه مرحلهی به دام انداختن دیاکسید کربن در نقطه تولید، تحت فشار قرار دادن آن به صورت SCF [2]و ذخیرهسازی است )et al., 2011.( Pires دیاکسید کربن در منبع تولید مثل نیروگاه، کارخانه سیمان و غیره توسط روشهایی مثل جذب گاز،جذب سطحی،جداسازی توسط غشا و تقطیر برودتی جداسازی میگردد.فرایند تولید سودا اش شامل واحدهایی از قبیل واحد سودای سبک، سودای سنگین، جوش شیرین، کلسیناسیون، کمپرسورها، فیلتراسیون، کورههای آهک، شیر آهک، کربناسیون، بازیابی آمونیاک، تصفیه نمک و جذب آمونیاک میباشد. در واحد بازیابی آمونیاک، برجی به صورت پوسته و لوله وجود دارد که در آن واکنش (1-1) در دمای بالا جهت جداسازی گاز آمونیاک از کلرید آمونیوم محلول در حضور شیر آهک انجام می گیرد: (1-1) NH4Cl+Ca(OH)2→CaCl2+NH3+H2O خروجی این برج، بخار با دمای پایین، گاز آمونیاک و کلرید کلسیم محلول با آب است. بخار به واحد نیروگاه انتقال داده میشود و کلرید کلسیم محلول به منظور جداسازی گاز آمونیاک به برج تقطیرانتقال داده میشود. گاز آمونیاک به بالای برج راهی شده و کلرید کلسیم عاری از گاز آمونیاک از برج خارج شده و به وسیلهی یک پمپ به یک مخزن انتقال داده میشود و در نهایت به سمت پسابهای خارج از کارخانه انتقال مییابد. در این مطالعه سعی میشود از دو جریان دورریز (دی اکسید کربن خروجی از کارخانجات و جریان دورریز واحد تولید سودااش) محصول کربنات کلسیم تولید شود. محصول با ارزش کربنات کلسیم در صنایع کاغذسازی، دارویی، پزشکی و غیره کاربرد دارد. در این پژوهش مطالعات آزمایشگاهی تاثیر غلظت دیاکسیدکربن خروجی از کارخانجات بر روی ترسیب کربنات کلسیم و مطالعات سینتیکی ترسیب کربنات کلسیم و سرعت هسته سازی، رشد و چسبندگی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در غلظتهای مختلف دیاکسید کربن در گازهای خروجی از واحد[3] بررسی میشود. 1-2- تکنولوژی CCS تکنولوژی CCS غلظت دیاکسید کربن را در اتمسفر تثبیت میکند و شامل سه مرحلهی به دام انداختندیاکسید کربن در نقطه تولید، تحت فشار قرار دادن آن به صورت SCF و ذخیره سازی است. CCS فرایندهای بیوتکنولوژی مثل استفاده از درختان یا ریز جلبکها[4] برای حبس دیاکسید کربن را نیز دربر میگیرد.دیاکسید کربن در منبع تولید (مثل نیروگاه، کارخانه سیمان و غیره) توسط روشهای جذب گاز، جذب سطحی، جداسازی توسط غشا و تقطیر برودتی جداسازی میگردد، سپس مخلوط گاز حبس شده به صورت مایع فشرده میشود و سیال فوق بحرانی توسط خطوط لوله یا کشتی به مکانی که باید ذخیره شود، منتقل میشود و به صورت زمینی، ذخیره سازی در اقیانوس و تبدیل به ماده معدنی ذخیره میشود .( Pires et al., 2011) 1-2-1- سیستمهای به دام انداختن دیاکسیدکربن به دام انداختندیاکسید کربن بر روی سه سیستم متفاوت انجام میشود:1) سیستمهای پیش احتراق[5]2) سیستمهای پس احتراق[6]3) سیستمهای سوخت اکسیژنی[7]شکل شماره 1 این سه سیستم را به صورت شماتیک نشان میدهد.
بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی تولید کربنات کلسیم از محلول کلرید کلسیم به وسیله جذب دی اکسید کربن گازهای خروجی از صنایع
کلمات کلیدی: کربنات کلسیم، دورریز واحد تقطیر، دی اکسیدکربن، مورفولوژی، مدلسازی ریاضی، پارامترهای سینتیکی. فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول:مقدمه1-1- اهميت تحقيق............................. 21-2- تکنولوژی CCS............................ 31-2-1- سیستمهای به دام انداختن دیاکسیدکربن41-2-2- تکنیکهای جداسازی دیاکسیدکربن........ 51-2-2-1- جذبگاز.......................... 61-2-2-2- جذب سطحی......................... 61-2-2-3- جداسازی توسط غشا................ 71-2-2-4- تقطیر برودتی..................... 71-2-2- انتقال دیاکسیدکربن................... 71-2-3- ذخیرهسازی دیاکسیدکربن................ 81-3- جریان دورریز کلسیم کلرید واحد صنعتی سودا اش 91-4- کربنات کلسیم............................ 91-5- هستهسازی................................ 101-5-1- هستهسازی اولیه ..................... 111-5-2- هستهسازی ثانویه..................... 121-6- رشد کریستال............................. 121-7- چسبندگی................................. 14 فصل دوم: مروري بر تحقيقات گذشته2-1- فرایند تولید سودااش.................... 162-2- اصلاحات انجام شده بر روی واحد سودا اش و استفاده از جریانهای دورریز...................................... 182-2-1- تولید منیزیم کلرید به جای کلسیم کلرید18 عنوان صفحه 2-2-2- استفاده از آمین به جای آمونیاک...... 192-2-3- تولید هیدروکلریک اسید............... 202-2-4- تولید کلرید آمونیوم به عنوان کود شلتوک برنج 202-2-5- تولید فسفات کلسیم و فسفات منیزیم.... 202-2-6- گچ آرایشی........................... 222-2-7-استفاده از لجن ...................... 222-2-8- خنثیسازی گازهای احتراق.............. 232-2-9- استفاده از دورریز واحد تقطیر........ 242-2-10- تولید کود از گل آب نمک تصفیه شده... 252-2-11 تولید کربنات کلسیم.................. 262- 2-12- استفاده از پسماند جامد به عنوان جاذب... 262-3- به دام انداختن دی اکسید کربن به روش کربناسیون272-4- مطالعات آزمایشگاهی انجام شده در زمینه ترسیب کربنات کلسیم............................................ 282-5- مطالعات سینتیکی انجام شده در زمینه ترسیب کربنات کلسیم29 فصل سوم: روش کار3-1- فرایند.................................. 353-2- شرح راکتور آزمایشگاه ................... 373-3- آزمایشات ............................... 403-4- نمونه برداری از راکتور.................. 413-5- آنالیز فاز جامد......................... 413-5-1-آنالیز شکل........................... 423-5-1-1- میکروسکوپ الکترونی SEM .......... 423-5-2-آنالیز گونههای رسوب.................. 433-5-2-1- دستگاه پراش پرتوهای ایکس........ 433-5-3- آزمایش هیدرومتری.................... 443-5-3-1- آزمایش.......................... 463-5-3-2- تعیین طول فرورفتگی هیدرومتر..... 473-5-3-3- تعیین درصد عبوری ذرات معلق نمونه483-5-3-4- خطای منیسک...................... 48عنوان صفحه 3-6- تعیین وزن مخصوص رسوب................... 503-7- آنالیز فاز مایع........................ 513-7-1- اندازهگیری غلظت یون کلسیم در محلول . 513-7-2- اندازهگیری غلظت یون کربنات.......... 523-7-3- اندازهگیری غلظت یون کلرید........... 523-7-4- اندازهگیری غلظت یون سولفات.......... 523-7-5- اندازه گیری غلظت یون سدیم........... 533-7-6- اندازه گیری غلظت یون آهن............ 533-7-7- اندازهگیری غلظت یون منیزیم.......... 533-8- محاسبهی فوق اشباعیت..................... 543-9- آنالیز فاز گاز.......................... 553-9-1- اندازهگیری میزان دیاکسید کربن در مخلوط گاز سنتزی 55 فصل چهارم: مدل سازی4-1- معادلهی موازنهی جمعیت فرایند ترسیب...... 584-2- معادلات سینتیکی برای ترسیب............... 604-2-1- هستهسازی............................ 604-2-2- رشد ذرات............................ 624-2-3- توابع تولد و مرگ.................... 634-3- محاسبهی جرم کل کریستالها و معادلهی موازنه ی جرم 644-4- محاسبهی توزیع تجمعی، حجم متوسط ذرات و دانسیتهی جمعیت 654-5- حل معادلات مدلسازی...................... 664-6- دادههای آزمایشگاهی...................... 684-7- محاسبات اولیه........................... 684-8- حل معادلهی موازنهی جمعیت در برنامه ..... 684-9- بهینهسازی پارامترهای سینتیکی............ 694-9-1- تابع هدف............................ 69 عنوان صفحه 4-10- روش بهینهسازی الگوریتم ژنتیک........... 704-11- الگوریتم برنامه........................ 71 فصل پنجم: نتایج و بحث5-1- تغییرات pH آزمایشها..................... 755-2- عکسهای SEM (تاثیر غلظت دیاکسیدکربن بر روی شکلهای کریستالی کربنات کلسیم)............................... 795-3- تاثیر دی اکسیدکربن بر روی میزان رسوب و اندازهی ذرات 845-4- نمودارهای XRD (تاثیر غلظت دی اکسید کربن بر میزان گونههای رسوب)....................................... 915-5- تعیین پارامترهای سینتیکی............... 985-6- صحت مدل................................ 1005-7- حساسیت مدل............................. 105 فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات6-1- نتيجهگيري.............................. 1096-2-پيشنهادات............................... 110 فهرست منابع................................... 111پیوست......................................... 115پیوست 1- سرعت رشد........................... 115پیوست 2 – برنامه کامپیوتری.................. 116 فهرست جدولها عنوان و شماره صفحه جدول 1: ثوابت سرعت رشد براي کلسيت و واتريت.... 33جدول 2: شرایط عملیاتی راکتور.................. 36جدول 3: آنالیز جریان دورریز واحد صنعتی سودا اش40جدول 4: مقادیر K مورد استفاده در معادلهی(3-6) برای محاسبهی قطر ذرات در آنالیز هیدرومتری...................... 45جدول 5: مقادیر L (عمق موثر) مورد استفاده در رابطهی استوکس 49جدول 6: ضرائب تصحیح صفر....................... 50جدول 7: مهمترين توابع بيان ضريب چسبندگي....... 64جدول 8: جزء مولي هر يک از گونههاي کربنات کلسيم در رسوب نمونهی خالص.......................................... 97جدول 9: جزء مولي هر يک از گونههاي کربنات کلسيم در رسوب نمونهی صنعتی......................................... 98جدول 10: مقادير پارامترهاي موجود در معادلات سرعت رشد، هستهسازي و چسبندگي براي کربنات کلسیم در نمونهی خالص ..... 99جدول 11: مقادير پارامترهاي موجود در معادلات سرعت رشد، هستهسازي و چسبندگي براي کربنات کلسیم در نمونهی صنعتی .... 99جدول 12: خطاي AARD بين پيش بينيهاي مدل و نتايج آزمايشگاهي در پايان فرآيند ترسیب کربنات کلسیم نمونهی خالص به منظور تخمين ميزان اعتبار مدل.................................... 103جدول 13:خطاي AARD بين پيش بينيهاي مدل و نتايج آزمايشگاهي در پايان فرآيند رشد کربنات کلسیم نمونه ی صنعتی به منظور تخمين ميزان اعتبار مدل.................................... 105 فهرست شکلها عنوان صفحه شکل 1- به دام انداختن دیاکسید کربن در سه سیستم. 4شکل 2- مراحل رشد کریستال...................... 13شکل 3-فرایند تولید سودااش به روش Solvay......... 18شکل 4- تولید فسفات کلسیم- فسفات منیزیم....... 21شکل 5- تولید گچ آرایشی، دارویی و بهداشتی.... 22شکل 6-تولید گچ............................... 23شکل 7- استفاده از دورریز واحد تقطیر.......... 25شکل 8 - شماتیک کلی راکتور ترسیب............... 37شکل 9- نمودار توزيع اندازهی ذرات اوليه براي فرآيند رشد 38شکل 10- شماتیک دستگاه آزمایشگاهی.............. 39شکل 11-ابعاد و قسمتهاي مختلف يک هيدرومتر..... 47شکل 12-شماتیک کلی از دستگاه ارست............. 56شکل 13- فلوچارت بهينهسازي مدل ترسيب کربنات کلسیم72شکل 14- فلوچارت محاسبه تابع هدف.............. 73شکل 15- تغییرات pH نمونهی خالص 20 درصد حجمی CO2با زمان 75شکل 16 - تغییرات pH نمونهی خالص 15 درصد حجمی CO2با زمان76شکل 17 - تغییرات pH نمونهی خالص 10 درصد حجمی CO2با زمان 76شکل 18 - تغییرات pH نمونهی خالص 5 درصد حجمی CO2با زمان 76شکل 19 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 20 درصد حجمی CO2 با زمان 76شکل20 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 15 درصد حجمی CO2 با زمان 78شکل21 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 10 درصد حجمی CO2 با زمان 78شکل22 - تغییرات pH نمونهی صنعتی 5 درصد حجمی CO2 با زمان 79شکل 23-کربنات کلسيم استفاده شده به عنوان دانههای اولیه 79شکل24- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 80شکل 25- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در 10 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 80شکل 26- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در15 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 81شکل 27- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی صنعتی در 20 درصد حجمیدیاکسیدکربن .............................. 81شکل 28- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 81شکل 29- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در 10 درصد حجمی دی اکسیدکربن ............................ 82شکل 30- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در15 درصد حجمی دی-اکسیدکربن ............................ 82شکل 31- رسوب کربنات کلسيم بهدست آمده از نمونهی خالص در 20 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 82شکل32 - ذرات نانو تولید شده در غلظت 20 درصد حجمی دی اکسید کربن در حالت نمونهی خالص........................... 83شکل 33 - جرم تولیدی برای نمونهی خالص.......... 84شکل 34 - جرم تولیدی برای نمونهی صنعتی......... 84شکل 35- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فراینددر حالت 5درصد حجمی دیاکسید کربن 86شکل 36- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 10درصد حجمی دیاکسید کربن .............................................. 86شکل 37-توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 15 درصد حجمی دیاکسید کربن .............................................. 87شکل 38- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 20 درصد حجمی دیاکسید کربن .............................................. 87شکل 39- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در حالت نمونه ی صنعتی در میانه و انتهای فرایند در حالت 5 درصد حجمی دی اکسید کربن.................................... 88شکل40- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در میانه و انتهای فراینددر حالت 10 درصد حجمی دیاکسید کربن نمونهی صنعتی 88شکل 41- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در میانه و انتهای فراینددر حالت 15 درصد حجمی دی اکسید کربن نمونهی صنعتی89شکل 42- توزيع تجمعی اندازهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در میانه و انتهای فراینددر حالت 20 درصد حجمی دی اکسید کربن نمونهی صنعتی89شکل 43- قطر متوسط ذرات محصول کربنات کلسیم در برابر غلظتهای مختلف دی اکسید کربن در جریان هوا برای نمونه خالص (a) و دورریز واحد صنعتی(b)................................. 91شکل 44- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن.............................. 93شکل 45- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 10 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 93شکل 46- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 15 درصد حجمی دیاکسید کربن............................. 94شکل 47- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی خالص در غلظت 20 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 94شکل 48- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 5 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 95شکل 49- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 10 درصد حجمی دیاکسیدکربن......................... 95شکل 50- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 15 درصد حجمی دیاکسیدکربن ............................. 96شکل51- منحني دستگاه XRD براي رسوب نمونهی صنعتی در غلظت 20 درصد حجمی دیاکسیدکربن.............................. 96شکل52- منحنيهاي کاليبراسيون براي آناليز پيکهاي XRD براي کربنات کلسيم......................................... 97شکل53 - نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 5 درصد حجمی...................... 100شکل 54- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 10 درصد حجمی..................... 101شکل 55- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 15 درصد حجمی..................101شکل 56- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی خالص در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 20 درصد حجمی..................... 102شکل 57- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دی اکسید کربن 5 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل103شکل 58- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 10 درصد حجمی، نشان دهنده اعتبار مدل 104شکل 59- نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 15 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل 104شکل 60-نتايج پيش بيني مدل و توزيع اندازهي آزمايشگاهي ذرات کربنات کلسیم توليدي در نمونهی صنعتی در پايان فرآيند با غلظت دیاکسید کربن 20 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل..... 105شکل 61- حساسيت تابع هدف به تغييرات ضريب چسبندگي در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامترها مطابق جدول 11براي حالت نمونهی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن ......... 106شکل 62- حساسيت تابع هدف به تغييرات ضريب رشد در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامترها مطابق جدول 11 براي حالت نمونهی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن.......... 106شکل 63- حساسيت تابع هدف به تغييرات ضريب هسته سازي در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامترها مطابق جدول 11 براي حالت نمونهی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن... 107شکل 64- حساسيت تابع هدف به تغييرات توان فوق اشباعيت در هستهسازی در اطراف نقطه بهينه و ثابت بودن بقيه پارامتره مطابق ......................................................................................108 فهرست نشانههای اختصاري فاکتور برخوردcm3sAثابت دبای هوکل(-)ADHدرجه تابعيت سرعت رشد خطي نسبت به فوق اشباعيت(-)aاکتيويتهي واحد رشد i ام در محلول اشباع(mole ( kg H2O)-1)ai,eqسرعت هستهسازي در واحد جرم محلول(s-1 (g solution)-1)B° سرعت هسته سازی همگنسرعت هسته سازی ناهمگن (s-1 (g solution)-1) (s-1 (g solution)-1) B0hom B0het افزايش تعداد ذرات در اثر چسبیدن ذرات کوچکتر به همکوچکتر بهم((g solution)-1 s-1 µm-1)B(L,t)درجه سرعت هستهسازي نسبت به فوق اشباعيت(-)bفوق اشباعيت(g l-1)ΔCتصحیح حرارتی هیدرومتر(cm)Ctتصحیح صفر هیدرومتر(cm)Cdغلظت گونه(g l-1)Ciتابع کرنل(g solution -1μm-3 s-1)Cکاهش تعداد ذرات در اثر برخورد((g solution)-1 s-1 µm-1)D(L,t)اندازه متوسط ذرات(µm)dاندازه ذره i ام(µm)diقطر ذره در آزمایش هیدرومتری(mm)Dانرژي فعاليت رشد(J mol-1)ΔEgانرژي فعاليت هستهسازي(J mol-1)ΔENسرعت خطي رشد كريستالها(µm s-1)Gسرعت رشد هستهها(µm s-1)G°وزن مخصوص ويژه(-)Gsمقاومت یونی(mol m-3)Iثابت سرعت هستهسازي(µm s-1 (g l-1)-2)Kثابت نرخ تجمع(g solution -1μm-3 s-1)kcثابت سرعت رشد خطي(μm s-1)kGثابت سرعت(μm s-1(g l-1)-2 )Kgثابت آرنيوس در معادله سرعت رشد(μm s-1)KG0ثابت سرعت هستهسازي(g crystal s-1)kNثابت آرنيوس در معادله سرعت هستهسازي(g crystal s-1)kN0ثابت ضريب حجمي(-)kvاندازه کريستال(µm)Lتغيير اندازه كريستال(µm)dLفاصله از بالای هیدرومتر تا سطح سیال(cm)L1طول حباب هیدرومتر(cm)L2طول فرورفتگی هیدرومتر(cm)Lدانسيته ماگماي درون کريستاليزر(g crystal (g solution)-1)MTجرم کريستال(g crystal (g solution)-1)Mجرم کريستال(g crystal (g solution)-1)Mexpدرجه سرعت هستهسازي نسبت به دانسيته ماگما(-)mتعداد کل کريستالها(g solution-1)Nدانسيته جمعيت ذرات با اندازه L((g solution)-1 µm-1)n(L,t)دانسيتهي تعدادي ذراتcm-3 µm-3nkتعداد دفعات اندازهگيري فوق اشباعيت(-)Nsتعداد بازههاي در نظر گرفته شده براي توزيع ذرات(-)Neعلامت لگاريتم منفي براي غلظت يون هيدروژنبرحسب گرم اتم درهر ليتر(-)pHدبي جريان ورودي يا خروجي( m3 s-1)Qkثابت عموميگازها(J mol-1 K-1)Rفوق اشباعيت(-)Sفوق اشباعيت آزمايشگاهي(-)Sexpمساحت سطح کريستالها در سوسپانسيون(μm3)sقرائت نهایی هیدرومتر(cm)Rc2قرائت منیسک(cm)Rc1قرائت استوانه نمونه(cm)Rقرائت چگالی سنج(cm)Raقرائت اصلاح شده(cm)Rcزمان(s)tدما(K)Tحجم يک ذره کريستال(μm3)uحجم ذره(μm3)upحجم کريستاليزور(m3)Vحجم حباب هيدرومترcm3Vbحجم يک ذره کريستال(μm3)vحجم يک ذره با اندازهي(μm3)viحجم يک ذره(μm3)vpحد نهايي حجم بزرگترين ذره کريستال(μm3)vmaxکوچکترين حجم قابل اندازه گيري کريستالها(μm3)vminوزن پیکنومتر(N)WFوزن پیکنومتر و آب درون آن(N)Waوزن مخلوط درون هیدرومتر بعد از رسیدن به دمای اولیه(N)Wbکسر جرمی ذرات(-)wiکشش بين سطحي(N m-1)γضريب اکتيويتهي يون دو ظرفيتي(-)γ2ضریب اکتیویتهی گونه(-)γiغلظت مولال(mole ( kg H2O)-1)[ ]حروف يونانيدرجههای سینتیکی کاتیون در واکنش یونی(-)αدرجهی سینتیکی آنیون در واکنش یونی(-)βعملگر ديفرانسيل(-)Δدانسيته ذرات((g cm-3ρفوق اشباع نسبی(-)σفوق اشباع نسبی سطحی(-)iσنسبت فوق اشباع(-)فصل اولمقدمه 1-1- اهميت تحقيق تغییرات آب و هوایی به علت گازهای گلخانهای منتشر شده به اتمسفر افزایش یافته است. دیاکسید کربن معروفترین گاز گلخانهای است که با توجه به وابستگی اقتصاد جهانی به سوختهای فسیلی به عنوان منبع انرژی، باعث افزایش انتشار این گاز به اتمسفر شده است.تکنولوژی CCS [1]، تکنولوژی است که غلظت دیاکسید کربن را در اتمسفر تثبیت میکند و شامل سه مرحلهی به دام انداختن دیاکسید کربن در نقطه تولید، تحت فشار قرار دادن آن به صورت SCF [2]و ذخیرهسازی است )et al., 2011.( Pires دیاکسید کربن در منبع تولید مثل نیروگاه، کارخانه سیمان و غیره توسط روشهایی مثل جذب گاز،جذب سطحی،جداسازی توسط غشا و تقطیر برودتی جداسازی میگردد.فرایند تولید سودا اش شامل واحدهایی از قبیل واحد سودای سبک، سودای سنگین، جوش شیرین، کلسیناسیون، کمپرسورها، فیلتراسیون، کورههای آهک، شیر آهک، کربناسیون، بازیابی آمونیاک، تصفیه نمک و جذب آمونیاک میباشد. در واحد بازیابی آمونیاک، برجی به صورت پوسته و لوله وجود دارد که در آن واکنش (1-1) در دمای بالا جهت جداسازی گاز آمونیاک از کلرید آمونیوم محلول در حضور شیر آهک انجام می گیرد: (1-1) NH4Cl+Ca(OH)2→CaCl2+NH3+H2O خروجی این برج، بخار با دمای پایین، گاز آمونیاک و کلرید کلسیم محلول با آب است. بخار به واحد نیروگاه انتقال داده میشود و کلرید کلسیم محلول به منظور جداسازی گاز آمونیاک به برج تقطیرانتقال داده میشود. گاز آمونیاک به بالای برج راهی شده و کلرید کلسیم عاری از گاز آمونیاک از برج خارج شده و به وسیلهی یک پمپ به یک مخزن انتقال داده میشود و در نهایت به سمت پسابهای خارج از کارخانه انتقال مییابد. در این مطالعه سعی میشود از دو جریان دورریز (دی اکسید کربن خروجی از کارخانجات و جریان دورریز واحد تولید سودااش) محصول کربنات کلسیم تولید شود. محصول با ارزش کربنات کلسیم در صنایع کاغذسازی، دارویی، پزشکی و غیره کاربرد دارد. در این پژوهش مطالعات آزمایشگاهی تاثیر غلظت دیاکسیدکربن خروجی از کارخانجات بر روی ترسیب کربنات کلسیم و مطالعات سینتیکی ترسیب کربنات کلسیم و سرعت هسته سازی، رشد و چسبندگی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در غلظتهای مختلف دیاکسید کربن در گازهای خروجی از واحد[3] بررسی میشود. 1-2- تکنولوژی CCS تکنولوژی CCS غلظت دیاکسید کربن را در اتمسفر تثبیت میکند و شامل سه مرحلهی به دام انداختندیاکسید کربن در نقطه تولید، تحت فشار قرار دادن آن به صورت SCF و ذخیره سازی است. CCS فرایندهای بیوتکنولوژی مثل استفاده از درختان یا ریز جلبکها[4] برای حبس دیاکسید کربن را نیز دربر میگیرد.دیاکسید کربن در منبع تولید (مثل نیروگاه، کارخانه سیمان و غیره) توسط روشهای جذب گاز، جذب سطحی، جداسازی توسط غشا و تقطیر برودتی جداسازی میگردد، سپس مخلوط گاز حبس شده به صورت مایع فشرده میشود و سیال فوق بحرانی توسط خطوط لوله یا کشتی به مکانی که باید ذخیره شود، منتقل میشود و به صورت زمینی، ذخیره سازی در اقیانوس و تبدیل به ماده معدنی ذخیره میشود .( Pires et al., 2011) 1-2-1- سیستمهای به دام انداختن دیاکسیدکربن به دام انداختندیاکسید کربن بر روی سه سیستم متفاوت انجام میشود:1) سیستمهای پیش احتراق[5]2) سیستمهای پس احتراق[6]3) سیستمهای سوخت اکسیژنی[7]شکل شماره 1 این سه سیستم را به صورت شماتیک نشان میدهد.