抗燒結鈣基吸收劑同時捕集CO2-SO2的循環(huán)反應特性及動力學研究.pdf

1、控制和減緩工業(yè)生產過程中CO2的排放對于緩解全球變暖和溫室效應具有重要意義。探索高效、抗燒結鈣基吸收劑，并利用其吸碳/煅燒循環(huán)反應捕集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雜，應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，吸收劑同時捕集CO2/SO2的循環(huán)反應特性；在動力學方面，吸碳過程中快速反應與慢速反應的分界

2、、合成吸收劑吸碳動力學、煅燒動力學以及反應過程中的本征動力學等問題都有待于進一步研究探討。針對以上科學問題展開研究，可為鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2/SO2的應用和深入探索奠定理論基礎，具有重要的學術意義和應用前景。
　　 本文針對抗燒結鈣基吸收劑捕集CO2研究的不足，采用濕法混合的方法制備新型鈣基吸收劑，考察了含鈣前驅物、添加劑前驅物等因素對合成吸收劑的循環(huán)吸收CO2反應能力及循環(huán)穩(wěn)定性的影響規(guī)律，獲得了循環(huán)反應性能較好的抗燒結鈣

3、基吸收劑；實驗研究了其同時捕集CO2/SO2的反應特性，分析了SO2存在對鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2反應性能的影響規(guī)律。對鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2反應宏觀動力學特性進行了研究，探討了吸碳反應時快速反應和慢速反應階段的動力學模型，分析了吸碳及煅燒階段的宏觀動力學的關鍵參數。深入研究了鈣基吸收劑吸碳反應的本征動力學特性，分析了不同反應驅動力作用下吸收劑的本征動力學常數及活化能，探討了變級數反應的控制機理。
　　 考察了葡萄糖酸鈣、乳酸

4、鈣和甲酸鈣等有機物作為前驅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，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、。吸收劑表現出不同的反應特性與其比表面積和孔容積有關，大的比表面積和孔容積有利于保持較高的反應活性。
　　 研究了合成鈣基吸收劑同時捕捉CO2/SO2時的循環(huán)反應特性，觀測了SO2引起的吸收劑微觀結構的變化。研究表明，SO2的存在嚴重阻礙了吸收劑對CO2的捕集，隨循環(huán)次數的增加，吸收劑循環(huán)吸收CO2的轉化率降低，累積吸收SO2的轉化率增加，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，隨循環(huán)次數的增加，吸收劑

6、顆粒團聚加劇，其比表而積迅速降低，出現嚴重燒結的大孔，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的轉化率越高。
　　 在對鈣基吸收劑吸碳/煅燒循環(huán)宏觀動力學研究中，提出在吸碳反應快速階段采用Logistic方程擬合轉化率隨時間的變化曲線，并獲得了鈣基吸收劑的動力學模型方程；在慢速反應階段采用Avrami方程能較好地描述吸收劑轉化率隨時間的變化；采用非等溫法獲得了吸收劑

7、在煅燒反應階段的關鍵動力參數；通過對吸收劑轉化率隨循環(huán)次數的分析預測，G(Ca)-G(Mg)75和G(Ca)-L(Al)75吸收劑經200次循環(huán)后轉化率分別穩(wěn)定在0.813和0.735。
　　 深入研究了鈣基吸收劑吸碳反應的本征動力學特性，探討了變級數反應的控制機理。研究表明，在本征動力學控制階段，在不同反應驅動力(PCO2-PCO2，eq)下，吸收劑出現變級數反應，在(PCO2-PCO2，eq)<10kPa時，吸碳反應為1級反

8、應；在(PCO2-PCO2，eq)≥10kPa時吸碳反應級數趨近于零；鈣基吸收劑的本征反應速率常數與(PCO2-PCO2，eq)有關，而G(Ca)-G(Mg)75和G(Ca)-L(Al)75吸收劑在本征反應階段的活化能分別為24.9 kJ/mol和21.12 kJ/mol；反應級數的變化說明了控制機理的變化，當反應級數為1時，吸碳反應受CaO+CO2()CaO·CO2控制；當反應級數為0時，吸碳反應受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、同時捕集CO2/SO2的循環(huán)反應特性，得到了抗燒結、高性能的鈣基吸收劑，探討了其在同時捕集CO2/SO2時的反應特性和規(guī)律，獲得了吸碳/煅燒循環(huán)反應的動力學模型和關鍵參數，弄清了鈣基吸收劑在本征動力學階段變級數反應的控制機理。有助于推進鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2/SO2的深入研究，充實和豐富了CO2捕集領域的研究成果，可為鈣基吸收劑循環(huán)吸收CO2/SO2的應用和深入探索提