鈣基吸收劑循環(huán)煅燒-碳酸化捕集CO2研究.pdf

1、作為一種燃燒后CO2捕集技術(shù)，鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化(CCRs)法因其相對(duì)于醇胺溶液吸收法有較高的經(jīng)濟(jì)性而受到關(guān)注。目前CCRs技術(shù)尚處于起步階段，針對(duì)復(fù)雜煙氣條件下對(duì)CO2捕集效果影響的探討較少，通過吸收劑改性來提高CCRs技術(shù)的捕集效率也有很大上升空間。為此，本文首先系統(tǒng)地開展了對(duì)鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)特性及影響因素的研究，其次對(duì)SO2氣體與水蒸氣對(duì)CCRs法捕集CO2的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，最后針對(duì)吸收劑轉(zhuǎn)化率下降而開展了

2、乙醇溶液改性的研究。
　　論文首先采用小型固定床反應(yīng)器與熱重分析儀，開展了鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)特性的研究，重點(diǎn)考察了碳酸化溫度、煅燒溫度、顆粒粒徑、CO2濃度對(duì)鈣基吸收劑反應(yīng)特性的影響以及SO2氣體與水蒸氣氣氛下鈣基吸收劑的反應(yīng)特性，獲得了不同反應(yīng)條件與不同反應(yīng)氣氛下的碳酸化轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律。并在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過對(duì)不同循環(huán)吸收條件下吸收劑表面固體產(chǎn)物層孔隙變化規(guī)律的分析和微觀解釋，揭示了吸收劑循環(huán)轉(zhuǎn)化率下降的原因和機(jī)理，

3、。
　　其次，論文開展了煙氣中SO2和水蒸氣對(duì)鈣基吸收劑CaCO3捕集二氧化碳影響的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了SO2對(duì)鈣基吸收劑碳酸化特性、煅燒特性以及循環(huán)穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并結(jié)合SEM分析結(jié)果，從循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)角度，分析了可能存在的原因。結(jié)果表明:鈣基吸收劑吸收CO2的能力隨著循環(huán)反應(yīng)次數(shù)的增加逐漸發(fā)生衰減;煙氣中SO2的存在會(huì)進(jìn)一步加劇這種衰減，且衰減程度隨著SO2濃度的增加而增大;經(jīng)過十次循環(huán)后，碳酸化轉(zhuǎn)化率分別為25.5％(0

4、％SO2)、16.9％(0.1％SO2)和5.2％(0.2％SO2)。造成這種衰減加劇的主要原因是反應(yīng)產(chǎn)生較厚的硫酸化產(chǎn)物層，硫酸化產(chǎn)物層使顆粒表面孔隙發(fā)生堵塞，阻礙了CO2在吸收劑內(nèi)部的擴(kuò)散，降低了碳酸化轉(zhuǎn)化率。在水蒸氣影響下，鈣基吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率隨著循環(huán)反應(yīng)次數(shù)的增加而發(fā)生衰減的程度會(huì)得到抑制，且抑制程度隨著水蒸氣濃度的增加而增大。當(dāng)水蒸氣濃度大于20％時(shí)，對(duì)吸收劑的改善能力將不再加強(qiáng)。造成這種影響的原因是水蒸氣會(huì)使固體表面形成一

5、層“水膜”，降低了固體產(chǎn)物擴(kuò)散的能量壁壘，使CaCO3固體產(chǎn)物擴(kuò)散速度加快，從而提高了轉(zhuǎn)化率。
　　針對(duì)鈣基吸收劑在循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)過程中碳酸化轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)次數(shù)增加而發(fā)生急劇衰減的問題，本文還開展了利用乙醇溶液對(duì)鈣基吸收劑進(jìn)行改性的研究，以降低鈣基吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率的衰減速度，以提高吸收劑捕集CO2能力。實(shí)驗(yàn)采用乙醇溶液對(duì)CaO吸收劑進(jìn)行水和改性，通過爆蒸的方式獲得了具有優(yōu)良吸收性能的吸收劑。研究表明，隨著循環(huán)反應(yīng)次數(shù)的增加，

6、乙醇溶液改性后經(jīng)過爆蒸的吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率明顯高于水合改性后的吸收劑，且乙醇濃度越高，則改性后CaO的轉(zhuǎn)化率越高，抗燒結(jié)性能越好。當(dāng)乙醇溶液濃度分別為30％、50％70％和90％時(shí)，十次循環(huán)后鈣基吸收劑的碳酸化轉(zhuǎn)化率分別為35.2％、43.4％、48.8％和50.5％，而未經(jīng)改性的吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率此時(shí)則為25.5％。這是由于乙醇分子強(qiáng)化了H2O與CaO的結(jié)合力和滲透力，從而使CaO煅燒后產(chǎn)生孔徑增擴(kuò)效應(yīng)，顆粒粒徑和孔隙結(jié)構(gòu)的改變使得改