鈣基吸收劑循環(huán)煅燒-碳酸化反應(yīng)捕集CO-,2-研究.pdf

1、眾所周知，日益增多的二氧化碳(CO2)排放是造成全球變暖的主要原因。進行全球性大規(guī)模CO2減排已刻不容緩，作為CO2集中排放源的燃煤電站首當其沖。目前，有多種CO2捕集方法，然而在工業(yè)應(yīng)用時選擇捕集方法必須考慮技術(shù)經(jīng)濟性。所謂“鈣循環(huán)捕集CO2”的概念，是指鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)捕集CO2，這是最具有可行性的燃煤電站大規(guī)模捕集CO2方法之一。
　　 針對常規(guī)增壓流化床燃燒燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)捕集CO2過程

2、中發(fā)電效率不高的問題，率先提出了采用先進增壓流化床燃燒燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)(APFBC-CC)系統(tǒng)捕集CO2的新型工藝路線，并對整個CO2捕集過程進行模擬。計算表明在典型工況下APFBC-CC捕集CO2系統(tǒng)在CO2捕集效率為89.62％時取得了41％的高系統(tǒng)效率。
　　 研究了石灰石和白云石等天然鈣基吸收劑在循環(huán)煅燒/碳酸化過程中的反應(yīng)特性，考察了碳酸化溫度、煅燒溫度、顆粒粒徑、碳酸化氣氛和煅燒氣氛中CO2分壓力對天然鈣基吸收劑循

3、環(huán)碳酸化特性的影響規(guī)律，分析了天然鈣基吸收劑的比表面積、比孔容和孔分布特性在循環(huán)反應(yīng)中的變遷行為。首次探討了貝殼作為CO2吸收劑的可行性，貝殼在循環(huán)反應(yīng)中表現(xiàn)出了較好的CO2捕集性能，它具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)。
　　 在掌握天然鈣基吸收劑的循環(huán)煅燒/碳酸化捕集CO2特性基礎(chǔ)上，首次通過向天然鈣基吸收劑添加KMnO4等添加劑，率先采用乙醇、醋酸溶液以及稻殼灰對吸收劑改性等手段，系統(tǒng)地實驗研究了改性天然鈣基吸收劑循環(huán)捕集CO2的性能，優(yōu)

4、化了相應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)，并通過物相分析、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性能得以改善的機理。
　　 考察了KCl、K2CO3、NaCl、Na2CO3及KMnO4作為添加劑對天然鈣基吸收劑循環(huán)碳酸化特性的影響。結(jié)果表明，鉀鹽較鈉鹽對CaCO3循環(huán)捕集CO2能力有更好的促進作用，鉀/鈉氯化物比鉀/鈉碳酸鹽效果更好。在CaCO3中添加質(zhì)量比為0.5％～0.6％的KCl時吸收劑能取得最高的循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率。KMnO4

5、的添加增強了天然鈣基吸收劑的長周期捕集CO2性能，添加了0.8％KMnO4的CaCO3經(jīng)100次循環(huán)后轉(zhuǎn)化率是相同反應(yīng)條件下未處理CaCO3的2倍。
　　 采用乙醇溶液水合改性CaO能夠提高CaO的循環(huán)捕集CO2性能。研究表明，改性CaO平均粒徑小于來自單純水合產(chǎn)物(Ca(OH)2)的CaO；乙醇分子強化了H2O與CaO的結(jié)合力和滲透力，從而使CaO煅燒后產(chǎn)生孑L徑增擴效應(yīng)，顆粒粒徑和孔隙結(jié)構(gòu)的改變使得改性CaO具有更好的CO2

6、循環(huán)捕集性能。
　　 經(jīng)醋酸溶液改性后天然鈣基吸收劑的循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率也得到明顯提高，100次循環(huán)后改性石灰石碳酸化轉(zhuǎn)化率可達0.41，而相同反應(yīng)條件下未處理石灰石轉(zhuǎn)化率小于0.1。天然鈣基吸收劑經(jīng)過醋酸溶液改性后CaO晶粒平均尺寸變小，并且隨循環(huán)次數(shù)的增加改性CaO晶粒平均尺寸增加更為緩慢；改性鈣基吸收劑煅燒產(chǎn)物在循環(huán)反應(yīng)中具有更大的比表面積和比孔容，孔分布特性也得到了優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上首次提出了采用含醋酸工業(yè)廢液處理天然鈣基吸

7、收劑并回收丙酮的新型低成本工藝路線。
　　 首次提出了采用稻殼灰和CaO的水合產(chǎn)物作為新型CO2吸收劑的方法。研究了稻殼灰/CaO吸收劑在循環(huán)反應(yīng)過程中的CO2循環(huán)捕集性能、表觀形態(tài)、孔結(jié)構(gòu)特性和物相變化行為，并與其他硅源/CaO吸收劑的碳酸化性能進行比較。最佳的稻殼灰/CaO吸收劑制備條件為：水合溫度為75℃，水合時間為8h，稻殼灰中SiO2與CaO摩爾比為1.O；稻殼灰對CaO循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率的促進作用比純SiO2和硅藻土大