吸附劑中納米CaO與CO2反應(yīng)動力學(xué)及其循環(huán)流化床脫碳性能研究.pdf

1、化學(xué)循環(huán)脫碳是目前最先進(jìn)的煙氣脫碳技術(shù)之一。本文研究多次循環(huán)后的納米CaO基CO2吸附劑中納米CaO與CO2的反應(yīng)動力學(xué)，在固定床的反應(yīng)特性，以及循環(huán)流化床上脫碳性能，對吸附劑的制備及用于循環(huán)流化床煙氣脫碳的工藝參數(shù)和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
　　首先，本文研究制備了吸附容量大的納米CaO基吸附劑微球，平均粒徑為50微米，其磨損性能和流動性能夠滿足循環(huán)流化床的應(yīng)用要求。
　　其次，本文研究多次循環(huán)預(yù)處理后的納米CaO/A

2、l2O3二氧化碳吸附劑和CO2在快速反應(yīng)段的反應(yīng)動力學(xué)。吸附劑在固定床上經(jīng)歷42次循環(huán)吸附脫附后，在熱重分析儀(TGA)上測試與CO2的反應(yīng)速率，測試條件為吸附溫度550-630℃，CO2分壓0.01-0.02MPa。根據(jù)氣固反應(yīng)吸附模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到反應(yīng)動力學(xué)方程，求得反應(yīng)活化能為77.7kJ/mol。經(jīng)檢驗(yàn)動力學(xué)方程的擬合平均相對誤差為6.38％。與新鮮吸附劑相比，多次循環(huán)處理后的納米CaO/Al2O3二氧化碳吸附劑與CO2

3、反應(yīng)的快速反應(yīng)段的活化能有所提高，但是吸附劑在快速反應(yīng)段的速率基本不變。
　　本文研究了多次循環(huán)后吸附劑在固定床上的反應(yīng)特性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體停留時間超過4s，氣氛中的CO2就能被吸附劑中納米CaO完全吸附。在反應(yīng)溫度為550-600℃，CO2分壓為0.01-0.02MPa，W/FCO2為1176-2352g·min·mol-1的實(shí)驗(yàn)條件下，考察了溫度、CO2分壓對反應(yīng)吸附的影響。結(jié)果表明:升高溫度、增大CO2分壓都能加快吸附劑的

4、反應(yīng)吸附速率。固定床上吸附劑的吸附轉(zhuǎn)化率曲線并不是TGA測試的S型曲線，反應(yīng)速率(dX/dt)會出現(xiàn)兩個峰值，CO2分壓越高或者吸附溫度越低，雙峰的特征就越明顯，體現(xiàn)了固定床反應(yīng)器中傳質(zhì)對吸附性能的影響。固定床上吸附劑的反應(yīng)吸附速率很快，快速反應(yīng)段結(jié)束后，其吸附轉(zhuǎn)化率是TGA的一半左右。
　　本文還研究了納米CaO/Al2O3二氧化碳吸附劑的循環(huán)流化床脫碳性能。首先進(jìn)行冷模實(shí)驗(yàn)，測定了吸附劑循環(huán)量與提升管頂部壓力P3以及再生管內(nèi)吸

5、附劑質(zhì)量與再生管底部壓力P1的線性關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)了半個小時連續(xù)穩(wěn)定的冷模循環(huán)。在熱模吸附實(shí)驗(yàn)中，首先進(jìn)行單塔吸附實(shí)驗(yàn)，考察溫度、CO2分壓與氣劑比對吸附效果的影響。結(jié)果表明:在流化床中，由于平均氣固接觸時間短，吸附效果要差于固定床;升高溫度能夠改善吸附效果，降低提升管出口CO2濃度;增大CO2分壓雖然能夠加快吸附劑的反應(yīng)吸附速率，但會提高出口CO2濃度;增大吸附劑質(zhì)量，減小提升管內(nèi)氣劑比，能夠延長氣固接觸時間，改善吸附效果，降低出口CO2