改性钙基吸收剂高温循环捕集CO2过程中的分形维数

采用醋酸溶液改性的石灰石作为CO2高温吸收剂,借助于N2吸附法研究了改性石灰石在循环煅烧／碳酸化反应过程中CaO分形维数的变化规律。结果表明：石灰石经醋酸改性后,其煅烧产物CaO的分形维数得到提高。随循环次数增加,来自天然石灰石CaO的分形维数迅速减小,而来自改性石灰石CaO的分形维数随循环次数增加而下降缓慢,且在相同循环次数时改性石灰石CaO的分形维数均高于天然石灰石CaO。研究发现来自改性和天然石灰石的CaO分形维数与其CO2捕集性能之间,分形维数与比表面积之间都存在着明显的内在联系。改性钙基吸收剂具有更高循环捕集CO2性能的实质是其煅烧产物CaO在循环煅烧／碳酸化过程中保持了较大的分形维数。     

水蒸气对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化CO2捕集过程中孔结构的影响

利用自制等温测量热重实验台,对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化工艺中水蒸气对吸收剂孔结构影响进行了研究。仅煅烧阶段含有水蒸气时,转化率最低,而仅碳酸化阶段存在水蒸气时,取得最高的碳酸化转化率。煅烧阶段和碳酸化阶段均含有水蒸气与仅碳酸化阶段存在水蒸气转化率类似。采用氮吸附测试了典型工况下的Ca O孔结构。随着循环次数增加,碳酸化转化率降低,比表面积、孔容积逐渐减小。推测煅烧阶段水蒸气通过烧结降低了碳酸化转化率。碳酸化阶段水蒸气通过催化作用提高了转化率,此时孔结构作用并不占主动地位。煅烧和碳酸化均存在水蒸气时,碳酸化阶段水蒸气催化作用更加明显。     

作为新型CO2吸收剂的乙酸钙循环碳酸化特性

钙基吸收剂的循环煅烧/碳酸化反应是煤燃烧或气化过程中捕获CO2的有效途径。该文采用乙酸溶液调质石灰石的产物乙酸钙作为CO2的新型吸收剂,以解决石灰石经过多次循环煅烧/碳酸化反应后吸收CO2能力急剧衰减的问题。在煅烧/碳酸化反应器上,研究碳酸化温度和煅烧温度对乙酸钙循环碳酸化转化率的影响。结果表明：碳酸化温度在650~700 ℃时乙酸钙能获得很高的碳酸化转化率,经20次循环后转化率仍高达0.5,明显高于石灰石。在高浓度CO2气氛下,在较高的煅烧温度(920~1 050 ℃)时,乙酸钙仍能获得较高的碳酸化转化率。乙酸钙的抗烧结能力较石灰石更强。多次循环后乙酸钙煅烧后的比表面积和孔容均大于煅烧后的石灰石,且孔容分布和孔比表面积分布均优于煅烧后的石灰石。     

溶胶凝胶合成钙基吸收剂的循环碳酸化特性

钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化反应是燃煤电站捕获CO2的最有效方法之一。为了解决吸收剂在吸收CO2过程中随着反应次数增加碳酸化能力迅速衰减的问题,采用溶胶凝胶燃烧合成法分别制备了2种复合钙基吸收剂:CaO/MgO(摩尔比10 1)和CaO/MnO2(摩尔比100 2)。研究不同反应条件对吸收剂循环碳酸化特性的影响,获得了最佳反应条件。研究表明,该方法制备的吸收剂微观结构蓬松,碳酸化性能大幅度提高,2种吸收剂随循环次数的增加转化率衰减缓慢,经过50次反应转化率仍高达0.792和0.758,约为石灰石的2.26和2.17倍。     

水蒸气对石灰石循环煅烧/碳酸化捕集二氧化碳的影响

利用自制的能实现等温下热重测量的装置,针对石灰石循环吸收CO2工艺,研究了烟气中水蒸气对石灰石循环煅烧/碳酸化特性的影响规律。结果表明,煅烧阶段水蒸气的存在会降低吸收剂活性,而碳酸化过程中水蒸气则会大幅度提高碳酸化转化率,如,在20%水蒸气下,第8次转化率为29.43%,而无水时仅为19.46%。当煅烧及碳酸化阶段均含有20%水蒸气时,衰减趋势和转化率与仅碳酸化过程含有水蒸气类似,但呈现的规律不是仅煅烧或仅碳酸化阶段存在水蒸气时效果的简单相加。在本实验条件及实验温度范围内,考虑水蒸气的影响,900~950℃煅烧、700℃碳酸化是针对实验用石灰石的较佳反应温度。     

流态化下电石渣循环煅烧/碳酸化捕集CO_2特性

在鼓泡流化床上研究电石渣在循环煅烧/碳酸化反应中的CO2捕集特性,考察循环次数、反应温度、流化数和颗粒粒径对流态化下电石渣循环碳酸化转化率和速率的影响。结果表明:循环次数增加使电石渣碳酸化转化率衰减,经过50次循环其转化率可达0.2,高于石灰石。反应初期,电石渣碳酸化速率低于石灰石,但经过一段时间后高于石灰石。碳酸化温度为700℃,煅烧温度为850~900℃时可使电石渣保持较高循环捕集CO2性能。增加流化数提高了电石渣化学反应控制阶段的碳酸化速率,对产物层扩散阶段速率影响较小。颗粒粒径增大对化学反应控制阶段速率影响不大,但降低了产物层扩散阶段速率。     

钾钠盐类对钙基CO2吸附剂循环碳酸化的影响

钙基CO2吸附剂如石灰石在循环煅烧/碳酸化过程中随着循环次数的增加碳酸化转化率迅速衰减,这对CO2的捕捉极为不利。该文在常压煅烧/碳酸化反应器系统上研究KCl、K2CO3、NaCl和Na2CO3作为添加剂对CaCO3循环碳酸化特性的影响。结果表明,在初始循环时,钾钠盐类的添加造成CaCO3碳酸化转化率的明显衰减,但随着循环次数的增加,添加剂使CaCO3转化率下降缓慢,反而高于原CaCO3转化率。钾盐较钠盐对CaCO3循环捕捉CO2能力有更好的促进作用,钾/钠氯化物比钾/钠碳酸盐效果更好。在CaCO3中添加质量比为0.5%~0.6%的KCl,碳酸化温度在680~700℃时,吸附剂能取得最高的循环碳酸化转化率,经20次循环反应后转化率可达0.44,而在相同条件下原CaCO3转化率仅为0.21。KCl对CaCO3碳酸化的影响包括两方面。一方面,KCl虽然在初始循环时使CaCO3煅烧后的比表面积和比孔容减小,但在长期的循环中能够使它们保持稳定;另一方面,KCl能增加反应中碳酸化产物层的缺陷浓度,有可能增大未反应Ca离子通过产物层的扩散率。因此添加了KCl的CaCO3能够在长期煅烧/碳酸化循环中保持良好的碳酸化性能。     

钙基吸收剂捕集1 000 MW机组烟气中CO2的性能分析

针对某1 000 MW超临界机组,建立了基于钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO₂的系统流程,研究了弛放率、气固分离效率、钙碳摩尔比对煅烧能耗、发电热效率及循环固体质量流量的影响。结果表明：引入碳捕集系统后,机组发电热效率为34.6%,较设计值降低了9.6%;将碳捕集系统回收热量用于发电,电厂净输出功率增加了113.4 MW;随着弛放率的提高,发电热效率、循环固体物料质量流量均下降,煅烧能耗先下降后升高;随着气固分离效率的提高,发电热效率、循环固体物料质量流量均升高,煅烧能耗先下降后升高;随着钙碳摩尔比的提高,煅烧能耗、发电热效率和循环固体物料质量流量均升高。     

钙基吸收剂循环锻烧/碳酸化反应过程特性研究

在常压煅烧/碳酸化反应器系统上,研究随着循环反应次数N的变化操作条件对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化反应（CCR）吸收CO2过程中碳酸化转化率XN的影响规律,操作条件包括碳酸化温度TCAR、煅烧温度TCAL、颗粒粒径d等。给出了综合碳酸化转化率YN的定义,并用YN比较不同钙基吸收剂吸收CO2能力的大小。结果表明：TCAR为700℃时石灰石的XN最高,白云石则在650℃时XN最高,在650～700℃时白云石的XN远高于石灰石,但它们的YN相差不大;当TCAL超过1050℃时石灰石的XN急剧衰减,而白云石的XN则衰减程度不大,在高温煅烧时白云石的YN比石灰石更高;随粒径的增大,石灰石的XN逐渐减小,而白云石则存在最佳的粒径分布使XN最大,粒径的变化对石灰石的XN影响更大。随循环CCR反应次数的增加,石灰石煅烧产物的微观结构变化较大,而白云石则变化较小。     

钙基吸附剂热解/碳酸化循环分离CO2过程的研究

钙基吸附剂热解/碳酸化循环再生CaO吸附CO2是燃煤电站控制CO2排放的有效方法之一。随着热解/碳酸化循环反应次数的增加,烧结使再生的CaO的碳酸化转化率迅速降低。为了使CaO在长期循环热解/碳酸化再生过程中保持较高的CO2吸附能力,分别采用3种溶液改性钙基吸附剂,包括乙醇水溶液、醋酸溶液和KMnO4溶液。同时对贝壳循环吸附CO2的特性进行了研究。研究表明,经乙醇和醋酸溶液改性后,热解产生的CaO的循环碳酸化转化率得到明显提高,抗烧结性能得到增强,并且比表面积和比孔容显著增大。经KMnO4溶液改性后的钙基吸附剂的循环转化率也得到了提高,这是由于KMnO4分解的活性物质催化了CaO的碳酸化反应。数据表明贝壳作为钙基CO2吸附剂是可行的。改性的钙基吸附剂和贝壳作为CO2吸附剂具有良好的应用前景。     

钙基CO2吸收剂循环反应特性的试验与模拟

合成了3种不同质量配比的钙基CO2吸收剂CaO/ Ca12Al14O33,并对CaO/Ca12Al14O33、石灰石、白云石的循环煅烧/碳酸化特性进行试验研究,以考察吸收剂的转化率随循环反应次数的变化规律。试验结果表明,3种吸收剂反应活性均随循环反应次数的增加而降低;在850 ℃煅烧温度下,CaO/Ca12Al14O33(75%/25%)吸收剂在第10次循环后其循环转化率保持在51.7%左右;在900 ℃煅烧温度下,吸收剂活性下降较快,CaO/Ca12Al14O33的反应活性高于石灰石和白云石,且当CaO和Ca12Al14O33的质量比为75%/25%时最优。建立了吸收剂的循环转化率模型以及循环碳酸化过程动力学模型,为反应器的设计提供理论依据。     

水蒸气对石灰石/白云石循环吸收CO_2能力影响

利用自制能实现等温下热重测量的实验系统,研究了水蒸气对不同粒径范围(75~97μm,150~250μm,355~450μm)石灰石与白云石在循环煅烧/碳酸化过程中对CO2吸收能力的影响。结果表明,当不考虑水蒸气时,白云石对CO2的吸收能力要高于石灰石;而考虑水蒸气时,两者对CO2的吸收能力则相差不多。碳酸化阶段水蒸气的存在提高了钙基吸收剂对CO2的吸收能力,尤其对石灰石作用更加明显。如在20%水蒸气下,石灰石循环第8次对CO2的吸收能力为0.24 g/g,而无水蒸气时仅为0.18 g/g。实验结果表明:比较石灰石与白云石对CO2的循环吸收能力时,水蒸气是重要的影响因素。