鈣基吸收劑循環(huán)煅燒-加壓碳酸化捕集CO2研究.pdf

1、隨著人們對(duì)全球變暖、氣候變化認(rèn)識(shí)的深入,減少溫室氣體CO2排放已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。作為CO2集中排放源,燃煤電站是進(jìn)行大規(guī)模CO2減排的主要對(duì)象。鈣基吸收劑循環(huán)煅燒／碳酸化捕集CO2技術(shù),是最具可行性的燃煤電站大規(guī)模捕集CO2方法之一。
　　 針對(duì)鈣基吸收劑在循環(huán)煅燒／碳酸化反應(yīng)捕集CO2過(guò)程中碳酸化轉(zhuǎn)化率隨循環(huán)次數(shù)衰減迅速的問(wèn)題,從CaO碳酸化反應(yīng)為分子數(shù)減少的反應(yīng)特點(diǎn)著手,提出了鈣基吸收劑加壓碳酸化循環(huán)捕集CO2的研究思

2、路。
　　 研究了石灰石和白云石等加壓碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性,分析了反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果顯示,在本實(shí)驗(yàn)壓力、溫度范圍內(nèi),適當(dāng)提高碳酸化壓力、或溫度、或碳酸化氣氛中CO2濃度,碳酸化反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率均增加,但轉(zhuǎn)化率不與反應(yīng)壓力、溫度以及CO2濃度成正比。采用縮核模型分析鈣基吸收劑的加壓碳酸化反應(yīng)機(jī)理具有一定的合理性,獲得了鈣基吸收劑碳酸化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　　 揭示了鈣基吸收劑循環(huán)煅燒／加壓碳酸化反應(yīng)的規(guī)律和機(jī)理。得到了循環(huán)煅燒

3、,力口壓碳酸化過(guò)程中主要反應(yīng)參數(shù):碳酸化溫度、碳酸化壓力、顆粒粒徑、碳酸化氣氛以及煅燒氣氛中CO2濃度、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)鈣基吸收劑循環(huán)捕集CO2性能的影響規(guī)律,優(yōu)化了反應(yīng)條件,分析了鈣基吸收劑在循環(huán)反應(yīng)中微觀結(jié)構(gòu)的變遷特性,揭示了加壓循環(huán)碳酸化反應(yīng)過(guò)程中鈣基吸收劑微觀結(jié)構(gòu)影響CO2捕集性能的機(jī)理。
　　 在掌握了鈣基吸收劑循環(huán)煅燒／加壓碳酸化捕集CO2特性的基礎(chǔ)上,從固體廢棄物資源化利用的角度出發(fā),發(fā)明了添加造紙廢液提取物木素磺酸鈣

4、對(duì)鈣基吸收劑的改性方法,提高了吸收劑循環(huán)捕集CO2性能,展示出良好的工業(yè)應(yīng)用前景。率先采用生物質(zhì)電廠稻殼灰對(duì)吸收劑進(jìn)行改性處理。得到了最佳稻殼灰／CaO摩爾比以及反應(yīng)條件對(duì)改性吸收劑循環(huán)碳酸化特性的影響規(guī)律,掌握了提高鈣基吸收劑捕集CO2性能的處理工藝,通過(guò)物相分析、能譜分析和微觀結(jié)構(gòu)分析等手段,揭示了改性吸收劑捕集CO2性能得以改善的機(jī)理。
　　 發(fā)明了基于共沉淀原理制備高效CO2吸收劑的方法,提高了CaO的循環(huán)捕集CO2性能

5、。研究表明,共沉淀法制備含有MgO和Ca9Al6O18的鈣基吸收劑,具有優(yōu)越的捕集CO2性能和抗燒結(jié)性能,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,循環(huán)捕集CO2效率衰減非常緩慢。分析表明,該吸收劑具有優(yōu)越的微觀孔隙結(jié)構(gòu)和晶粒生長(zhǎng)緩慢的特點(diǎn),捕集CO2的應(yīng)用前景良好。
　　 揭示了鈣基吸收劑在循環(huán)反應(yīng)過(guò)程中碳酸化與硫酸化競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。采用正交實(shí)驗(yàn)手段,系統(tǒng)分析了反應(yīng)條件對(duì)鈣基吸收劑循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率與硫酸化轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律,并從物相分析和孔隙結(jié)構(gòu)角度出發(fā)進(jìn)

6、一步揭示了硫酸化反應(yīng)影響鈣基吸收劑循環(huán)碳酸化捕集CO2性能的機(jī)理。結(jié)果表明,SO2抑制了鈣基吸收劑的循環(huán)碳酸化反應(yīng)。
　　 探明了鈣基吸收劑在循環(huán)煅燒／加壓碳酸化反應(yīng)過(guò)程中的磨損特性。利用自行設(shè)計(jì)建造的加壓流化床實(shí)驗(yàn)裝置,考察了反應(yīng)時(shí)間、流化數(shù)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、顆粒粒徑、煅燒溫度以及有無(wú)輔助床料等對(duì)吸收劑磨損特性的影響,在最優(yōu)的循環(huán)反應(yīng)工況下考察吸收劑的循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率與磨損率。率先采用高鋁水泥做粘結(jié)劑成型鈣基吸收劑以提高吸

7、收劑的抗磨損性能。結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi),反應(yīng)溫度對(duì)吸收劑磨損的影響最大,流化數(shù)其次,反應(yīng)時(shí)間再次,壓力的影響最小。吸收劑在煅燒過(guò)程中受熱應(yīng)力以及CO2析出時(shí)的內(nèi)壓力作用是顆粒發(fā)生破碎磨損的主要原因。煅燒過(guò)程中的磨損率最大,隨著反應(yīng)時(shí)間增加而減緩。添加高鋁水泥做粘結(jié)劑成型后,鈣基吸收劑顆粒的耐磨性能得到提高。成型顆粒在循環(huán)反應(yīng)過(guò)程中具有較好的碳酸化特性和抗磨損性能,表明采用高鋁水泥做粘結(jié)劑成型鈣基吸收劑顆?？梢杂行Ы鉀Q石灰石等易破碎