改性钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化捕集CO2反应特性及动力学分析

摘要

在CO2的减排技术中，利用钙基吸收剂循环碳酸化/煅烧反应捕集CO2由于具有原材料来源广泛、吸收容积大等优点受到了越来越多的关注。但在循环反应过程中，钙基吸收剂吸收活性衰减的原因、制备方法对吸收剂循环反应性能的影响规律以及反应过程的动力学特性等都有待于进一步深入研究。本文采用不同的金属添加剂对钙基吸收剂进行改性，探索改性吸收剂的循环反应特性，研究其反应过程中的动力学特性，具有重要的学术意义及应用价值。
　　首先采用热重分析的方法对对CaO循环碳酸化/煅烧捕集CO2进行了实验研究，考察了循环次数、反应时间、煅烧温度等参数对吸收转化率和分解率的影响规律，结合SEM微观结构观测，分析了循环吸收性能衰减的原因；接下来，考察了溶胶凝胶燃烧法、湿化学法、干物理混合法等吸收剂制备方法对吸收剂性能的影响规律，选择了合理的制备方法，采用Al、Mn等金属添加剂对钙基吸收剂进行改性，研究了添加剂种类、掺杂量、SO2等因素对吸收性能的影响；最后，对改性得到的新型钙基吸收剂进行了动力学分析，根据碳酸化反应过程中的快速反应和慢速反应的特点，分别建立了动力学方程；在煅烧反应阶段得到了反应活化能等动力学参数与CO2浓度的关系表达式。
　　研究表明CaO吸收活性受反应温度、反应时间、升温速率的影响较大。吸收剂活性与其微孔结构有重要的关系，吸收剂高温烧结、晶粒融合生长使得晶粒间空隙减小或者消失是吸收剂失去活性的主要原因。制备方法对吸收剂的活性有直接的影响，研究发现：溶胶凝胶燃烧法制得的吸收剂＞湿化学法制得的吸收剂＞天然石灰石＞干物理混合法制得的吸收剂＞碳酸钙。添加Al2O3、Mn2O3金属氧化物能够明显提高钙基吸收剂的活性和循环稳定性，其中 CaO/Al2O3（w/w=80％/20%）、CaO/Mn2O3（w/w=95%/5%）两种吸收剂表现的性能最优，SO2的存在严重阻碍CaO/Al2O3吸收剂捕集CO2。结合实验数据和Boltzmann方程拟合对快速反应阶段和慢速反应阶段分别建立了碳酸化动力学方程，在不同 CO2浓度下进行煅烧动力学分析，发现随着 CO2浓度的增加，反应所需的活化能呈线性增加。
　　本研究丰富了钙基吸收剂吸收反应特性以及吸收剂衰减机理的研究成果，促进了吸收剂的改性研究，指出了SO2对钙基吸收剂吸收CO2的影响规律，对钙基吸收剂捕集CO2研究的理论基础有一定的指导意义。

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1 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 钙基吸收剂循环煅烧\碳酸化捕集CO2（CCCR）简介

1.3 CCCR技术研究概述

1.4 课题研究内容

2 CaO循环吸收CO2反应特性及活性衰减原因分析

2.1实验部分

2.2 CaO循环吸收CO2的反应特性

2.3钙基吸收剂循环吸收CO2活性衰减原因分析

2.4本章结论

3 新型复合钙基吸收剂的制备及循环反应特性研究

3.1制备方法对吸收剂性能的影响

3.2添加剂对吸收剂循环反应性能的影响

3.3反应条件对新型复合吸收剂吸收特性的影响

3.4本章小结

4 新型复合吸收剂的碳酸化/分解反应动力学分析

4.1吸收剂碳酸化过程动力学分析

4.2吸收剂煅烧分解过程动力学分析

4.3本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附 录