使用碳修飾的鈣基捕集劑捕集水泥工業(yè)CO2的試驗研究.pdf

1、CO2大量排放引起的環(huán)境問題已經(jīng)成為全球政府和學(xué)術(shù)界的焦點。在水泥行業(yè)中，石灰石不僅可以作為生產(chǎn)水泥的原料，還可以用來捕集廢氣中的 CO2。鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)（CCCR）法捕集工業(yè)煙氣中的 CO2是一種新型、環(huán)保、高效的捕集方法。但是，多次循環(huán)/碳酸化后顆粒表面由于高溫而發(fā)生燒結(jié)，導(dǎo)致它的捕集效率嚴重降低，本論文的研究重點即為如何提高鈣基吸收劑的抗燒結(jié)能力以及它的循環(huán)碳酸化率。
　　本論文以水泥工業(yè)為背景，使用改性鈣基

2、吸收劑捕集水泥煙氣中的 CO2。采用三種不同種類的碳材料（石墨、竹炭和椰殼炭）作為改性劑，通過改變石灰石的形貌，改善石灰石顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)，以提高其在循環(huán)煅燒/碳酸化過程中對 CO2的捕集效率。碳材料的引入可以改變石灰石顆粒的形貌：在循環(huán)煅燒/碳酸化過程中，碳顆粒包裹在石灰石顆粒表面，在CO2的捕集循環(huán)前期起到支撐骨架的作用，由于水泥煙氣中含有少量的 O2，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，碳材料逐漸被氧化，循環(huán)后期碳顆粒完全燃燒后，在原有的位置留下孔

3、洞，從而增加石灰石顆粒的比表面積，使石灰石保持良好的疏松孔隙結(jié)構(gòu)，延緩顆粒表面燒結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，提高循環(huán)煅燒/碳酸化率。本文從碳材料的種類、摻量等參數(shù)入手，分析改性捕集劑的循環(huán)碳酸化率性能，并對比堆積態(tài)和半懸浮態(tài)的捕集結(jié)果，主要研究結(jié)論如下：
　?。?）石墨是片狀晶體結(jié)構(gòu)，竹炭和椰殼炭是無定型塊狀結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的添加劑對鈣基材料改性效果有不同的影響。在碳材料摻量相同的情況下，對鈣基材料捕集性能的增強效果為椰殼炭>石墨>竹炭。此外，椰

4、殼炭對氣體有選擇性物理吸附能力，只吸附CO2不吸附N2，但是吸附量很少，僅占吸收劑總吸附量的0.25％，可以忽略不計。
　?。?）向吸收劑中引入碳材料，添加量同增強效果不是呈線性關(guān)系：實驗結(jié)果表明，碳材料摻量為2 wt%時效果最好，鈣基吸收劑的碳酸化率最高可以提高14%。
　?。?）碳材料改性后的捕集劑在50次循環(huán)后碳酸化率約為15%，未改性的捕集劑的碳酸化率約為10%；碳材料修飾后的鈣基捕集劑碳酸化率的循環(huán)穩(wěn)定性得到提高。

5、
　　（4）改性后的鈣基吸收劑經(jīng)過幾十次循環(huán)循環(huán)周期后，對比未添加碳材料的捕集劑與改性后的捕集劑，可知顆粒形貌和孔隙分布均保持較好的微觀結(jié)構(gòu)。從微觀形貌上看到改性后的捕集劑在循環(huán)的過程中，石灰石顆粒始終保持較好的形貌，燒結(jié)現(xiàn)象得到延緩；石灰石顆粒較未改性的孔徑分布在微孔上的較多，且孔隙結(jié)構(gòu)更優(yōu)化，未改性的吸收劑在50次循環(huán)后孔徑主要分布在75~140 nm，改性后的吸收劑孔徑主要分布在60~110 nm之間。在半懸浮態(tài)的實驗中，石