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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤基固废矿化封存CO2技术研究进展

2024-04-18


本论文创新点

系统性地归纳总结了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点,分析了我国主要CO2排放源及产生量;阐述了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO2矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术;综述了以煤基固废作为原料进行CO2矿化封存技术的研究进展,分析了煤基固废矿化封存CO2现存问题及未来研究方向;提出了利用煤基固废制备浆体充填材料,结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术封闭岩体采动裂隙,矿化封存CO2技术体系。

题 目

煤基固废矿化封存CO2技术研究进展


作 者

朱磊1,古文哲2,宋天奇1,何志伟1,刘治成1

单 位

1. 中煤能源研究院有限责任公司

2. 中国矿业大学 (北京)  能源与矿业学院


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摘   要

“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO2减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料,在“双碳”目标实现过程中占有重要地位,煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰,既是煤炭工业高质量发展的内在要求,也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料,煤基固废矿化封存CO2具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点,同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域,受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点,分析了我国主要CO2排放源及产生量;回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO2矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术;综述了以煤基固废作为原料进行CO2矿化封存技术的研究进展,发现该技术反应条件苛刻,成本较高,处理规模小,研究尚停留在实验室阶段;简述了以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源矿化封存CO2技术,主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术;分析了煤基固废矿化封存CO2现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO2矿化技术,未来应优化工艺流程,降低反应成本,进一步加强工业化推广的研究;针对以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源的CO2矿化封存技术,未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究,提高CO2封存规模和长期稳定性。在此基础上,利用煤基固废制备浆体充填材料,以水为载体,以泵为动力,以管路为通道,将充填材料及CO2输送至采空区进行矿化反应,同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术,封闭岩体采动裂隙,实现CO2矿化封存。



作者简介



    
 朱磊

  正高级工程师



朱磊,男,汉族,1982年10月生,安徽阜阳人,中共党员,正高级工程师,博士,现任中国中煤能源集团有限公司西部分公司、中煤西安设计工程有限责任公司、中煤能源研究院有限责任公司副总经理。长期从事煤基固废充填与CO2捕集矿化封存相关工作,先后获得“第27届孙越崎青年科技奖”“中共陕西省委科技工委岗位学雷锋标兵”“陕西省最美青工”等荣誉称号。兼任煤矿充填开采国家工程研究中心副理事长、中国岩石力学与工程学会矿山生态修复专委会委员、中国煤炭学会第三届土地复垦与生态修复专委会委员、陕西省碳达峰碳中和标准化技术委员会委员、西部煤炭科技创新创业雁塔联盟第一届专家委员会委员等。



研究方向

主要从事煤基固废处置及煤炭绿色化开采方面科研设计工作

主要成果

作为煤矿浆体充填技术开创者之一,创新性地提出了煤基固废无害化浆体充填技术体系,构建了精准制浆、智能输送和多位充填系统设计方法。建立了矸石“三度一场”参数预测模型,确定了浆体制备和输送关键参数计算方法。提出了大宗多源煤基固废与CO2制备负碳充填体综合解决方案,研发了适用于煤炭工业的废气-废液-固废多相深度矿化反应主体装置,形成了煤炭工业源头减碳、末端固碳的实践路径。主持和参与国家级、省部级和企业级科研项目30余项,累计获得设计、研究类省部级科技奖10余项,授权专利80余项,其中发明专利27项,发表高水平学术论文40余篇,出版著作1部。作为学术带头人,指导团队在第十七届“振兴杯”全国职业技能大赛中荣获煤炭行业唯一金奖,2023年获国资委“中央企业青年文明号。”

引用格式


朱磊,古文哲,宋天奇,等. 煤基固废矿化封存CO2技术研究进展[J]. 煤炭科学技术,2024,52(2):309−328.

ZHU Lei,GU Wenzhe,SONG Tianqi,et al. Research progress of CO2 storage technology by mineralization of coalbased solid waste[J]. Coal Science and Technology,2024,52(2):309−328.

END

责任编辑:黄小雨

整       理:黄小雨

审       核常   琛


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