納米CaO-鋁酸鈣基CO2吸附劑微球顆粒的磨損性能及機(jī)理研究.pdf

1、CaO基CO2反應(yīng)吸附劑流化顆粒，可以應(yīng)用在煙道氣脫碳和反應(yīng)吸附強(qiáng)化甲烷水汽重整制氫反應(yīng)(Reactive Sorption Enhanced Reforming，簡(jiǎn)稱ReSER)過(guò)程之中。研究吸附劑顆粒流化磨損性能和吸附性能，對(duì)于煙氣CO2減排以及制氫新技術(shù)ReSER的工業(yè)應(yīng)用，具有重要的意義。
　　 首先，本文以納米碳酸鈣和鋁溶膠為原料，采用噴霧造粒方法，通過(guò)改變Ca/Al摩爾比和煅燒溫度，制備得到了以鋁酸鈣作為顆粒骨架，以

2、納米CaO作為活性吸附組分的納米CaO/鋁酸鈣基CO2吸附劑微球顆粒。通過(guò)BET，XRD，SEM和TEM等測(cè)試手法，對(duì)吸附劑結(jié)構(gòu)表征分析，得到了吸附劑形成機(jī)理。
　　 其次，本文對(duì)于不同制備條件得到的吸附劑顆粒進(jìn)行了耐磨性能和吸附性能測(cè)試和比較，結(jié)果表明：Ca/Al摩爾比在2.3-3.5之間，煅燒溫度在900-1000℃時(shí)，制備得到的吸附劑顆粒具有最優(yōu)耐磨性能。采用ASTM D5757標(biāo)準(zhǔn)的流化床噴射杯磨損測(cè)試，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氣流

3、量為0.3m3/hr的氣流條件下測(cè)定顆粒的跑劑比例低于2.1％。同時(shí)本文還在相同的實(shí)驗(yàn)裝置上研究氣速，填料重量，磨損時(shí)間，等流化條件對(duì)磨損性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響吸附劑顆粒磨損的主要因素為流化氣速。隨著氣速增加，顆粒的跑劑比例明顯增加。
　　 本文實(shí)驗(yàn)研究證明了溶膠混合制備的納米CaO/鋁酸鈣基CO2吸附劑微球顆粒的耐磨性能要優(yōu)于直接添加高強(qiáng)度材料制備的吸附劑顆粒的耐磨性能。綜合以上分析，結(jié)合吸附劑顆粒形成機(jī)理，得到了本體

4、系吸附劑顆粒以剝落磨損為主的磨損機(jī)理。
　　 本文研究了吸附劑Ca基吸附組分存在的CaO，CaCO3和Ca(OH)2三種不同狀態(tài)，并對(duì)三種狀態(tài)的吸附劑顆粒耐磨性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：Ca(OH)2的生成對(duì)吸附劑顆粒磨損性能產(chǎn)生不利影響。高溫流化(600℃)對(duì)于吸附劑顆粒的磨損性能影響較小。
　　 本文在熱重分析測(cè)試裝置（Thermal Gravimetric analyzer，簡(jiǎn)稱TGA）和固定流化床反應(yīng)器（Fixed

5、 Fluidized Bed，簡(jiǎn)稱FFB）上對(duì)反應(yīng)吸附劑微球顆粒的吸附性能進(jìn)行了分析。具有最優(yōu)磨損性能的吸附劑顆粒在TGA上40次循環(huán)后仍具有1.2mol/kg以上的吸附容量。在FFB測(cè)試中，590℃可確定為最佳吸附溫度。吸附劑顆粒在720℃左右就開始出現(xiàn)分解，達(dá)到TGA的吸附/再生循環(huán)條件，表明本體系的FFB傳熱效果好，對(duì)于降低反應(yīng)整體能耗有利。FFB的氣速變化中，存在最佳的吸附劑質(zhì)量與氣流量之比(W/F)：40gmin/ml，此W/