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:مقدمه

1-1- اهمیت تحقیق............................. 2

1-2- تکنولوژی CCS............................ 3

1-2-1- سیستم­های به دام انداختن دی­اکسیدکربن4

1-2-2- تکنیک­های جداسازی دی­اکسیدکربن........ 5

1-2-2-1- جذبگاز.......................... 6

1-2-2-2- جذب سطحی......................... 6

1-2-2-3- جداسازی توسط غشا................ 7

1-2-2-4- تقطیر برودتی..................... 7

1-2-2- انتقال دی­اکسیدکربن................... 7

1-2-3- ذخیره­سازی دی­اکسیدکربن................ 8

1-3- جریان دورریز کلسیم کلرید واحد صنعتی سودا اش 9

1-4- کربنات کلسیم............................ 9

1-5- هسته­سازی................................ 10

1-5-1- هسته­سازی اولیه ..................... 11

1-5-2- هسته­سازی ثانویه..................... 12

1-6- رشد کریستال............................. 12

1-7- چسبندگی................................. 14

 فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

2-1- فرایند تولید سودااش.................... 16

2-2- اصلاحات انجام شده بر روی واحد سودا اش و استفاده از جریان­های دورریز...................................... 18

2-2-1- تولید منیزیم کلرید به جای کلسیم کلرید18

 عنوان صفحه

 2-2-2- استفاده از آمین به جای آمونیاک...... 19

2-2-3- تولید هیدروکلریک اسید............... 20

2-2-4- تولید کلرید آمونیوم به عنوان کود شلتوک برنج 20

2-2-5- تولید فسفات کلسیم و فسفات منیزیم.... 20

2-2-6- گچ آرایشی........................... 22

2-2-7-استفاده از لجن ...................... 22

2-2-8- خنثی­سازی گازهای احتراق.............. 23

2-2-9- استفاده از دورریز واحد تقطیر........ 24

2-2-10- تولید کود از گل آب نمک تصفیه شده... 25

2-2-11 تولید کربنات کلسیم.................. 26

2- 2-12- استفاده از پسماند جامد به عنوان جاذب... 26

2-3- به دام انداختن دی اکسید کربن به روش کربناسیون27

2-4- مطالعات آزمایشگاهی انجام شده در زمینه ترسیب کربنات کلسیم............................................ 28

2-5- مطالعات سینتیکی انجام شده در زمینه ترسیب کربنات کلسیم29

 فصل سوم: روش کار

3-1- فرایند.................................. 35

3-2- شرح راکتور آزمایشگاه ................... 37

3-3- آزمایشات ............................... 40

3-4- نمونه برداری از راکتور.................. 41

3-5- آنالیز فاز جامد......................... 41

3-5-1-آنالیز شکل........................... 42

3-5-1-1- میکروسکوپ الکترونی SEM .......... 42

3-5-2-آنالیز گونه­های رسوب.................. 43

3-5-2-1- دستگاه پراش پرتوهای ایکس........ 43

3-5-3- آزمایش هیدرومتری.................... 44

3-5-3-1- آزمایش.......................... 46

3-5-3-2- تعیین طول فرورفتگی هیدرومتر..... 47

3-5-3-3- تعیین درصد عبوری ذرات معلق نمونه48

3-5-3-4- خطای منیسک...................... 48

عنوان صفحه

 3-6- تعیین وزن مخصوص رسوب................... 50

3-7- آنالیز فاز مایع........................ 51

3-7-1- اندازه­گیری غلظت یون کلسیم در محلول . 51

3-7-2- اندازه­گیری غلظت یون کربنات.......... 52

3-7-3- اندازه­گیری غلظت یون کلرید........... 52

3-7-4- اندازه­گیری غلظت یون سولفات.......... 52

3-7-5- اندازه گیری غلظت یون سدیم........... 53

3-7-6- اندازه گیری غلظت یون آهن............ 53

3-7-7- اندازه­گیری غلظت یون منیزیم.......... 53

3-8- محاسبه­ی فوق اشباعیت..................... 54

3-9- آنالیز فاز گاز.......................... 55

3-9-1- اندازه­گیری میزان دی­اکسید کربن در مخلوط گاز سنتزی 55

 فصل چهارم: مدل سازی

4-1- معادله­ی موازنه­ی جمعیت فرایند ترسیب...... 58

4-2- معادلات سینتیکی برای ترسیب............... 60

4-2-1- هسته­سازی............................ 60

4-2-2- رشد ذرات............................ 62

4-2-3- توابع تولد و مرگ.................... 63

4-3- محاسبه­ی جرم کل کریستال­ها و معادله­ی موازنه ی جرم 64

4-4- محاسبه­ی توزیع تجمعی، حجم متوسط ذرات و دانسیته­ی جمعیت 65

4-5- حل معادلات مدل­سازی...................... 66

4-6- داده­های آزمایشگاهی...................... 68

4-7- محاسبات اولیه........................... 68

4-8- حل معادله­ی موازنه­ی جمعیت در برنامه ..... 68

4-9- بهینه­سازی پارامترهای سینتیکی............ 69

4-9-1- تابع هدف............................ 69

 عنوان صفحه

 4-10- روش بهینه­سازی الگوریتم ژنتیک........... 70

4-11- الگوریتم برنامه........................ 71

 فصل پنجم: نتایج و بحث

5-1- تغییرات pH آزمایش­ها..................... 75

5-2- عکس­های SEM (تاثیر غلظت دی­اکسیدکربن بر روی شکل­های کریستالی کربنات کلسیم)............................... 79

5-3- تاثیر دی اکسیدکربن بر روی میزان رسوب و اندازه­ی ذرات 84

5-4- نمودارهای XRD (تاثیر غلظت دی اکسید کربن بر میزان گونه­های رسوب)....................................... 91

5-5- تعیین پارامترهای سینتیکی............... 98

5-6- صحت مدل................................ 100

5-7- حساسیت مدل............................. 105

 فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه­گیری.............................. 109

6-2-پیشنهادات............................... 110

 فهرست منابع................................... 111

پیوست......................................... 115

پیوست 1- سرعت رشد........................... 115

پیوست 2 – برنامه کامپیوتری.................. 116

 فهرست جدول­ها

 عنوان و شماره صفحه

جدول 1: ثوابت سرعت رشد برای کلسیت و واتریت.... 33

جدول 2: شرایط عملیاتی راکتور.................. 36

جدول 3: آنالیز جریان دورریز واحد صنعتی سودا اش40

جدول 4: مقادیر K مورد استفاده در معادله­ی(3-6) برای محاسبه­ی قطر ذرات در آنالیز هیدرومتری...................... 45

جدول 5: مقادیر L (عمق موثر) مورد استفاده در رابطه­ی استوکس 49

جدول 6: ضرائب تصحیح صفر....................... 50

جدول 7: مهم­ترین توابع بیان ضریب چسبندگی....... 64

جدول 8: جزء مولی هر یک از گونه‌های کربنات کلسیم در رسوب نمونه­ی خالص.......................................... 97

جدول 9: جزء مولی هر یک از گونه‌های کربنات کلسیم در رسوب نمونه­ی صنعتی......................................... 98

جدول 10: مقادیر پارامتر‌های موجود در معادلات سرعت رشد، هسته‌سازی و چسبندگی برای کربنات کلسیم در نمونه­ی خالص ..... 99

جدول 11: مقادیر پارامتر‌های موجود در معادلات سرعت رشد، هسته‌سازی و چسبندگی برای کربنات کلسیم در نمونه­ی صنعتی .... 99

جدول 12: خطای AARD بین پیش بینی‌های مدل و نتایج آزمایشگاهی در پایان فرآیند ترسیب کربنات کلسیم نمونه­ی خالص به منظور تخمین میزان اعتبار مدل.................................... 103

جدول 13:خطای AARD بین پیش بینی‌های مدل و نتایج آزمایشگاهی در پایان فرآیند رشد کربنات کلسیم نمونه ی صنعتی به منظور تخمین میزان اعتبار مدل.................................... 105

 فهرست شکل­ها

 عنوان صفحه

شکل 1- به دام انداختن دی­اکسید کربن در سه سیستم. 4

شکل 2- مراحل رشد کریستال...................... 13

شکل 3-فرایند تولید سودااش به روش Solvay......... 18

شکل­ 4- تولید فسفات کلسیم- فسفات منیزیم....... 21

شکل 5- تولید گچ آرایشی، دارویی و بهداشتی.... 22

شکل 6-تولید گچ............................... 23

شکل 7- استفاده از دورریز واحد تقطیر.......... 25

شکل 8 - شماتیک کلی راکتور ترسیب............... 37

شکل 9- نمودار توزیع اندازه­ی ذرات اولیه برای فرآیند رشد 38

شکل 10- شماتیک دستگاه آزمایشگاهی.............. 39

شکل 11-ابعاد و قسمت‌های مختلف یک هیدرومتر..... 47

شکل 12-شماتیک کلی از دستگاه ارست............. 56

شکل­ 13- فلوچارت بهینه­سازی مدل ترسیب کربنات کلسیم72

شکل­ 14- فلوچارت محاسبه تابع هدف.............. 73

شکل 15- تغییرات pH نمونه­ی خالص 20 درصد حجمی CO₂با زمان 75

شکل ­ 16 - تغییرات pH نمونه­ی خالص 15 درصد حجمی CO₂با زمان76

شکل 17 - تغییرات pH نمونه­ی خالص 10 درصد حجمی CO₂با زمان 76

شکل­ 18 - تغییرات pH نمونه­ی خالص 5 درصد حجمی CO₂با زمان 76

شکل 19 - تغییرات pH نمونه­ی صنعتی 20 درصد حجمی CO₂ با زمان 76

شکل20 - تغییرات pH نمونه­ی صنعتی 15 درصد حجمی CO₂ با زمان 78

شکل21 - تغییرات pH نمونه­ی صنعتی 10 درصد حجمی CO₂ با زمان 78

شکل22 - تغییرات pH نمونه­ی صنعتی 5 درصد حجمی CO₂ با زمان 79

شکل 23-کربنات کلسیم استفاده شده به عنوان دانه­های اولیه 79

شکل24- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی صنعتی در 5 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 80

شکل 25- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی صنعتی در 10 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 80

شکل 26- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی صنعتی در15 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 81

شکل­ 27- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی صنعتی در 20 درصد حجمیدی­اکسیدکربن .............................. 81

شکل 28- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی خالص در 5 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 81

شکل 29- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی خالص در 10 درصد حجمی دی اکسیدکربن ............................ 82

شکل 30- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی خالص در15 درصد حجمی دی-اکسیدکربن ............................ 82

شکل 31- رسوب کربنات کلسیم به­دست آمده از نمونه­ی خالص در 20 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 82

شکل32 - ذرات نانو تولید شده در غلظت 20 درصد حجمی دی اکسید کربن در حالت نمونه­ی خالص........................... 83

شکل 33 - جرم تولیدی برای نمونه­ی خالص.......... 84

شکل 34 - جرم تولیدی برای نمونه­ی صنعتی......... 84

شکل 35- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در حالت خالص در میانه و انتهای فراینددر حالت 5درصد حجمی دی­اکسید کربن 86

شکل 36- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 10درصد حجمی دی­اکسید کربن .............................................. 86

شکل 37-توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 15 درصد حجمی دی­اکسید کربن .............................................. 87

شکل 38- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در حالت خالص در میانه و انتهای فرایند در حالت 20 درصد حجمی دی­اکسید کربن .............................................. 87

شکل 39- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در حالت نمونه ی صنعتی در میانه و انتهای فرایند در حالت 5 درصد حجمی دی اکسید کربن.................................... 88

شکل40- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در میانه و انتهای فراینددر حالت 10 درصد حجمی دی­اکسید کربن نمونه­ی صنعتی 88

شکل 41- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در میانه و انتهای فراینددر حالت 15 درصد حجمی دی اکسید کربن نمونه­ی صنعتی89

شکل 42- توزیع تجمعی اندازه‌ی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در میانه و انتهای فراینددر حالت 20 درصد حجمی دی اکسید کربن نمونه­ی صنعتی89

شکل 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)................................. 91

شکل 44- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی خالص در غلظت 5 درصد حجمی دی­اکسیدکربن.............................. 93

شکل ­ 45- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی خالص در غلظت 10 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 93

شکل 46- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی خالص در غلظت 15 درصد حجمی دی­اکسید کربن............................. 94

شکل­ 47- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی خالص در غلظت 20 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 94

شکل 48- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی صنعتی در غلظت 5 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 95

شکل 49- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی صنعتی در غلظت 10 درصد حجمی دی­اکسیدکربن......................... 95

شکل 50- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی صنعتی در غلظت 15 درصد حجمی دی­اکسیدکربن ............................. 96

شکل51- منحنی دستگاه XRD برای رسوب نمونه­ی صنعتی در غلظت 20 درصد حجمی دی­اکسیدکربن.............................. 96

شکل52- منحنی‌های کالیبراسیون برای آنالیز پیک‌های XRD برای کربنات کلسیم......................................... 97

شکل53 - نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی خالص در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 5 درصد حجمی...................... 100

شکل ­ 54- نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی خالص در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 10 درصد حجمی..................... 101

شکل 55- نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی خالص در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 15 درصد حجمی..................101

شکل 56- نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی خالص در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 20 درصد حجمی..................... 102

شکل 57- نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی صنعتی در پایان فرآیند با غلظت دی اکسید کربن 5 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل103

شکل 58- نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی صنعتی در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 10 درصد حجمی، نشان دهنده اعتبار مدل 104

شکل 59- نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی صنعتی در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 15 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل 104

شکل 60-نتایج پیش بینی مدل و توزیع اندازه‌ی آزمایشگاهی ذرات کربنات کلسیم تولیدی در نمونه­ی صنعتی در پایان فرآیند با غلظت دی­اکسید کربن 20 درصد حجمی ، نشان دهنده اعتبار مدل..... 105

شکل 61- حساسیت تابع هدف به تغییرات ضریب چسبندگی در اطراف نقطه بهینه و ثابت بودن بقیه پارامتر­ها مطابق جدول 11برای حالت نمونه­ی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن ......... 106

شکل 62- حساسیت تابع هدف به تغییرات ضریب رشد در اطراف نقطه بهینه و ثابت بودن بقیه پارامتر­ها مطابق جدول 11 برای حالت نمونه­ی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن.......... 106

شکل 63- حساسیت تابع هدف به تغییرات ضریب هسته سازی در اطراف نقطه بهینه و ثابت بودن بقیه پارامتر­ها مطابق جدول 11 برای حالت نمونه­ی خالص و غلظت 5 درصد حجمی دی اکسیدکربن... 107

شکل 64- حساسیت تابع هدف به تغییرات توان فوق اشباعیت در هسته­سازی در اطراف نقطه بهینه و ثابت بودن بقیه پارامتر­ه مطابق ......................................................................................108

 فهرست نشانه­های اختصاری

فاکتور برخورد	cm3s	A
ثابت دبای هوکل	(-)	ADH
درجه تابعیت سرعت رشد خطی نسبت به فوق اشباعیت	(-)	a
اکتیویته‌ی واحد رشد i ام در محلول اشباع	(mole ( kg H2O)-1)	ai,eq
سرعت هسته‌سازی در واحد جرم محلول	(s-1 (g solution)-1)	B°
سرعت هسته سازی همگن سرعت هسته سازی ناهمگن	(s-1 (g solution)-1) (s-1 (g solution)-1)	B0hom B0het
افزایش تعداد ذرات در اثر چسبیدن ذرات کوچکتر به همکوچکتر بهم	((g solution)-1 s-1 µm-1)	B(L,t)
درجه سرعت هسته‌سازی نسبت به فوق اشباعیت	(-)	b
فوق اشباعیت	(g l-1)	ΔC
تصحیح حرارتی هیدرومتر	(cm)	Ct
تصحیح صفر هیدرومتر	(cm)	Cd
غلظت گونه	(g l-1)	Ci
تابع کرنل	(g solution -1μm-3 s-1)	C
کاهش تعداد ذرات در اثر برخورد	((g solution)-1 s-1 µm-1)	D(L,t)
اندازه متوسط ذرات	(µm)	d
اندازه ذره i ام	(µm)	di
قطر ذره در آزمایش هیدرومتری	(mm)	D
انرژی فعالیت رشد	(J mol-1)	ΔEg
انرژی فعالیت هسته‌سازی	(J mol-1)	ΔEN
سرعت خطی رشد کریستالها	(µm s-1)	G
سرعت رشد هسته‌ها	(µm s-1)	G°
وزن مخصوص ویژه	(-)	Gs
مقاومت یونی	(mol m-3)	I
ثابت سرعت هسته‌سازی	(µm s-1 (g l-1)-2)	K
ثابت نرخ تجمع	(g solution -1μm-3 s-1)	kc
ثابت سرعت رشد خطی	(μm s-1)	kG
ثابت سرعت	(μm s-1(g l-1)-2 )	Kg
ثابت آرنیوس در معادله سرعت رشد	(μm s-1)	KG0
ثابت سرعت هسته‌سازی	(g crystal s-1)	kN
ثابت آرنیوس در معادله سرعت هسته‌سازی	(g crystal s-1)	kN0
ثابت ضریب حجمی‌	(-)	kv
اندازه کریستال	(µm)	L
تغییر اندازه کریستال	(µm)	dL
فاصله از بالای هیدرومتر تا سطح سیال	(cm)	L1
طول حباب هیدرومتر	(cm)	L2
طول فرورفتگی هیدرومتر	(cm)	L
دانسیته ماگمای درون کریستالیزر	(g crystal (g solution)-1)	MT
جرم کریستال	(g crystal (g solution)-1)	M
جرم کریستال	(g crystal (g solution)-1)	Mexp
درجه سرعت هسته‌سازی نسبت به دانسیته ماگما	(-)	m
تعداد کل کریستال‌ها	(g solution-1)	N
دانسیته جمعیت ذرات با اندازه L	((g solution)-1 µm-1)	n(L,t)
دانسیته‌ی تعدادی ذرات	cm-3 µm-3	nk
تعداد دفعات اندازه­گیری فوق اشباعیت	(-)	Ns
تعداد بازه­های در نظر گرفته شده برای توزیع ذرات	(-)	Ne
علامت‌ لگاریتم‌ منفی‌ برای‌ غلظت‌ یون‌ هیدروژن‌برحسب‌ گرم‌ اتم‌ درهر لیتر	(-)	pH
دبی جریان ورودی یا خروجی	( m3 s-1)	Qk
ثابت عمومی‌گازها	(J mol-1 K-1)	R
فوق اشباعیت	(-)	S
فوق اشباعیت آزمایشگاهی	(-)	Sexp
مساحت سطح کریستال‌ها در سوسپانسیون	(μm3)	s
قرائت نهایی هیدرومتر	(cm)	Rc2
قرائت منیسک	(cm)	Rc1
قرائت استوانه نمونه	(cm)	R
قرائت چگالی سنج	(cm)	Ra
قرائت اصلاح شده	(cm)	Rc
زمان	(s)	t
دما	(K)	T
حجم یک ذره کریستال	(μm3)	u
حجم ذره	(μm3)	up
حجم کریستالیزور	(m3)	V
حجم حباب هیدرومتر	cm3	Vb
حجم یک ذره کریستال	(μm3)	v
حجم یک ذره با اندازه‌ی	(μm3)	vi
حجم یک ذره	(μm3)	vp
حد نهایی حجم بزرگترین ذره کریستال	(μm3)	vmax
کوچکترین حجم قابل اندازه گیری کریستال‌ها	(μm3)	vmin
وزن پیکنومتر	(N)	WF
وزن پیکنومتر و آب درون آن	(N)	Wa
وزن مخلوط درون هیدرومتر بعد از رسیدن به دمای اولیه	(N)	Wb
کسر جرمی ذرات	(-)	wi
کشش بین سطحی	(N m-1)	γ
ضریب اکتیویته‌ی یون دو ظرفیتی	(-)	γ2
ضریب اکتیویته­ی گونه	(-)	γi
غلظت مولال	(mole ( kg H2O)-1)	[ ]
حروف یونانی
درجه­های سینتیکی کاتیون در واکنش یونی	(-)	α
درجه­ی سینتیکی آنیون در واکنش یونی	(-)	β
عملگر دیفرانسیل	(-)	Δ
دانسیته ذرات	((g cm-3	ρ
فوق اشباع نسبی	(-)	σ
فوق اشباع نسبی سطحی	(-)	iσ
نسبت فوق اشباع	(-)

فصل اول

مقدمه

  1-1- اهمیت تحقیق

 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.