抗燒結(jié)鈣基吸收劑同時(shí)捕集CO2-SO2的循環(huán)反應(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、控制和減緩工業(yè)生產(chǎn)過程中CO2的排放對于緩解全球變暖和溫室效應(yīng)具有重要意義。探索高效、抗燒結(jié)鈣基吸收劑，并利用其吸碳/煅燒循環(huán)反應(yīng)捕集CO2是是控制CO2排放的重要途徑，而合成高性能吸收劑是其中的方法之一。目前對于合成鈣基吸收劑的制備方法均較為復(fù)雜，應(yīng)探索一種簡單的方法制備高性能吸收劑；在對合成吸收劑循環(huán)吸收性能考察方面，需深入考察SO2存在時(shí)，吸收劑同時(shí)捕集CO2/SO2的循環(huán)反應(yīng)特性；在動(dòng)力學(xué)方面，吸碳過程中快速反應(yīng)與慢速反應(yīng)的分界

2、、合成吸收劑吸碳動(dòng)力學(xué)、煅燒動(dòng)力學(xué)以及反應(yīng)過程中的本征動(dòng)力學(xué)等問題都有待于進(jìn)一步研究探討。針對以上科學(xué)問題展開研究，可為鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2/SO2的應(yīng)用和深入探索奠定理論基礎(chǔ)，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
　　 本文針對抗燒結(jié)鈣基吸收劑捕集CO2研究的不足，采用濕法混合的方法制備新型鈣基吸收劑，考察了含鈣前驅(qū)物、添加劑前驅(qū)物等因素對合成吸收劑的循環(huán)吸收CO2反應(yīng)能力及循環(huán)穩(wěn)定性的影響規(guī)律，獲得了循環(huán)反應(yīng)性能較好的抗燒結(jié)鈣

3、基吸收劑；實(shí)驗(yàn)研究了其同時(shí)捕集CO2/SO2的反應(yīng)特性，分析了SO2存在對鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2反應(yīng)性能的影響規(guī)律。對鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，探討了吸碳反應(yīng)時(shí)快速反應(yīng)和慢速反應(yīng)階段的動(dòng)力學(xué)模型，分析了吸碳及煅燒階段的宏觀動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵參數(shù)。深入研究了鈣基吸收劑吸碳反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)特性，分析了不同反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力作用下吸收劑的本征動(dòng)力學(xué)常數(shù)及活化能，探討了變級(jí)數(shù)反應(yīng)的控制機(jī)理。
　　 考察了葡萄糖酸鈣、乳酸

4、鈣和甲酸鈣等有機(jī)物作為前驅(qū)物制備的鈣基吸收劑的循環(huán)吸收CO2特性，研究表明，由葡萄糖酸鈣作為前驅(qū)物制得的G-CaO吸收劑具有最高的循環(huán)吸收率和循環(huán)穩(wěn)定性。通過對添加劑元素和種類的考察發(fā)現(xiàn)，添加Mg元素可有效提高吸收劑的循環(huán)吸收率，而添加Al元素則可以大幅改善吸收劑的循環(huán)穩(wěn)定性。經(jīng)多循環(huán)測試，采用濕法混合制得的G(Ca)-G(Mg)75吸收劑的循環(huán)吸收率最高，而G(Ca)-L(Al)75循環(huán)穩(wěn)定性最好，兩種吸收劑為捕集CO2的高性能吸收劑

5、。吸收劑表現(xiàn)出不同的反應(yīng)特性與其比表面積和孔容積有關(guān)，大的比表面積和孔容積有利于保持較高的反應(yīng)活性。
　　 研究了合成鈣基吸收劑同時(shí)捕捉CO2/SO2時(shí)的循環(huán)反應(yīng)特性，觀測了SO2引起的吸收劑微觀結(jié)構(gòu)的變化。研究表明，SO2的存在嚴(yán)重阻礙了吸收劑對CO2的捕集，隨循環(huán)次數(shù)的增加，吸收劑循環(huán)吸收CO2的轉(zhuǎn)化率降低，累積吸收SO2的轉(zhuǎn)化率增加，總的Ca的利用率先降低后不斷增加，煅燒分解速率降低；SO2存在時(shí)，隨循環(huán)次數(shù)的增加，吸收劑

6、顆粒團(tuán)聚加劇，其比表而積迅速降低，出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)Y(jié)的大孔，是造成吸收劑吸收CO2能力快速下降的主要原因；SO2濃度越高，吸收劑吸收CO2能力下降的越快，吸收SO2的轉(zhuǎn)化率越高。
　　 在對鈣基吸收劑吸碳/煅燒循環(huán)宏觀動(dòng)力學(xué)研究中，提出在吸碳反應(yīng)快速階段采用Logistic方程擬合轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化曲線，并獲得了鈣基吸收劑的動(dòng)力學(xué)模型方程；在慢速反應(yīng)階段采用Avrami方程能較好地描述吸收劑轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化；采用非等溫法獲得了吸收劑

7、在煅燒反應(yīng)階段的關(guān)鍵動(dòng)力參數(shù)；通過對吸收劑轉(zhuǎn)化率隨循環(huán)次數(shù)的分析預(yù)測，G(Ca)-G(Mg)75和G(Ca)-L(Al)75吸收劑經(jīng)200次循環(huán)后轉(zhuǎn)化率分別穩(wěn)定在0.813和0.735。
　　 深入研究了鈣基吸收劑吸碳反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)特性，探討了變級(jí)數(shù)反應(yīng)的控制機(jī)理。研究表明，在本征動(dòng)力學(xué)控制階段，在不同反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力(PCO2-PCO2，eq)下，吸收劑出現(xiàn)變級(jí)數(shù)反應(yīng)，在(PCO2-PCO2，eq)<10kPa時(shí)，吸碳反應(yīng)為1級(jí)反

8、應(yīng)；在(PCO2-PCO2，eq)≥10kPa時(shí)吸碳反應(yīng)級(jí)數(shù)趨近于零；鈣基吸收劑的本征反應(yīng)速率常數(shù)與(PCO2-PCO2，eq)有關(guān)，而G(Ca)-G(Mg)75和G(Ca)-L(Al)75吸收劑在本征反應(yīng)階段的活化能分別為24.9 kJ/mol和21.12 kJ/mol；反應(yīng)級(jí)數(shù)的變化說明了控制機(jī)理的變化，當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)為1時(shí)，吸碳反應(yīng)受CaO+CO2()CaO·CO2控制；當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)為0時(shí)，吸碳反應(yīng)受CaO·CO2()CaCO3控制。<

9、br>　　 本文較系統(tǒng)地研究了鈣基吸收劑的制備及其循環(huán)吸收CO2、同時(shí)捕集CO2/SO2的循環(huán)反應(yīng)特性，得到了抗燒結(jié)、高性能的鈣基吸收劑，探討了其在同時(shí)捕集CO2/SO2時(shí)的反應(yīng)特性和規(guī)律，獲得了吸碳/煅燒循環(huán)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型和關(guān)鍵參數(shù)，弄清了鈣基吸收劑在本征動(dòng)力學(xué)階段變級(jí)數(shù)反應(yīng)的控制機(jī)理。有助于推進(jìn)鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2/SO2的深入研究，充實(shí)和豐富了CO2捕集領(lǐng)域的研究成果，可為鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2/SO2的應(yīng)用和深入探索提