二氧化碳高溫吸附劑的固定床研究.pdf

1、近年來隨著溫室氣體排放量的不斷增加，地球的溫室效應(yīng)逐漸加重，使全球氣候變暖，進(jìn)而帶來了一系列氣候和生態(tài)問題。二氧化碳是溫室氣體中對(duì)溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)較大的一種氣體，貢獻(xiàn)值為9％-26％，CO2在大氣中的密度可達(dá)到400ppm，在大氣中的停留時(shí)間可達(dá)到30-95年。當(dāng)前中國電力行業(yè)煙氣的CO2排放量所占的比例很大。中國火電廠的CO2排放量逐年快速增長。在過去十年間，火電廠的CO2排放增長量占到全國CO2總排放增長量的49.1％。因此減少火電廠的

2、碳排放量是非常急迫的。通?；痣姀S的煙氣溫度可高達(dá)600℃。然而傳統(tǒng)的CO2捕集要求在低溫下進(jìn)行操作，降低煙氣溫度則會(huì)增加額外的能耗。因此本文著重研究了高溫鈣基吸附劑的CO2吸附過程。鈣基吸附劑具有來源范圍廣、使用成本低、吸附量大的優(yōu)點(diǎn)。
　　本文首先用樣品碳酸鈣研究了鈣基吸附劑在固定床中吸附CO2的基本操作參數(shù)對(duì)二氧化碳吸附量的影響。得出的結(jié)論是鈣基吸附劑在800℃下煅燒，650℃下吸附的效果最好，吸附量為387.9mg/g。過高

3、的煅燒溫度會(huì)使吸附劑發(fā)生燒結(jié)，進(jìn)而影響吸附CO2的能力，900℃煅燒后的吸附量僅為290.5mg/g。過高的吸附溫度會(huì)使化學(xué)反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，不利于鈣基吸附劑捕集CO2。適當(dāng)減小顆粒粒徑可以有效提高吸附劑的比表面積，但是過多地減小粒徑會(huì)使顆粒在高溫煅燒過程中發(fā)生積聚，反而使比表面積減小。因此碳酸鈣的粒徑在250-450μm之間進(jìn)行煅燒后的吸附效果最好，吸附量為509.8mg/g。CO2濃度或氣體總流量過大會(huì)使鈣吸附劑表面迅速生成碳酸鈣附

4、著于氧化鈣之上，進(jìn)而堵塞孔道的入口;而濃度和流量過小又會(huì)使CO2分子的穿透力不足。因此應(yīng)選取合適的濃度和流量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。CO2濃度15％(N2濃度為85％)，總流量為50mL/min條件下吸附CO2的效果最好，吸附量為387.9mg/g。
　　以共沉淀法制備鈣基吸附劑，選用不同沉淀劑會(huì)對(duì)鈣基吸附劑的CO2吸附效果產(chǎn)生很大的影響。在KOH、NaOH、NH4HCO3和Na2CO3四種沉淀劑中，KOH作沉淀劑所制得的鈣基吸附劑的吸附量最大

5、，為470.1mg/g;Na2CO3作沉淀的吸附量最小，為147.0mg/g。但是Na2CO3作沉淀所制鈣基吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性最好，經(jīng)過十次循環(huán)后的損失量只有55.2mg/g;NaOH損失最大，十次循環(huán)后的損失量為250.3mg/g。選用不同的鈣鹽制備鈣基吸附劑亦對(duì)CO2吸附效果產(chǎn)生影響，但是其效果不如沉淀劑的效果明顯。在Ca(NO3)2、CaAc2和CaCl2三種鈣鹽中，Ca(NO3)2制得的鈣基吸附量最大，吸附量為470.1mg/g

6、;CaCl2的吸附量最小，為261.1mg/g。而CaCl2所制得的吸附劑卻有較好的穩(wěn)定性，十次循環(huán)后的損失量為126.3mg/g;吸附穩(wěn)定性最差的為CaAc2所制的吸附劑，循環(huán)損失量為290.8mg/g。
　　此外還使用了共沉淀法對(duì)鈣基吸附劑進(jìn)行金屬的改性摻雜。摻雜Mg后吸附劑穩(wěn)定性有所提高，十次循環(huán)吸附的損失量由純氧化鈣的361.5mg/g減少到Ca/Mg摻雜7∶3時(shí)的145.1mg/g。摻雜Zr的吸附劑穩(wěn)定性提升得最為明顯，