用于CO2捕集的白云石基乏吸收剂活化实验研究

摘要

化石能源中蕴含的能量支撑了现代文明的高速发展。但与此同时，如何减少化石能源利用中产生的巨量CO2排放己成为全世界关注的焦点。在现有的CO2捕集技术中，钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法是最具前景的碳捕集技术之一。但是在循环捕集CO2过程中，CaO烧结失活所导致的CO2吸收能力衰减，是钙循环技术面临的主要挑战之一。天然白云石（CaMgCO3）煅烧后即可直接获得MgO担载的CaO吸收剂，可有效抑制CaO的烧结，受到了人们的广泛关注。但在随着循环的进行，白云石基吸收剂中的CaO和 MgO逐渐发生分离，致使MgO对CaO的分隔作用弱化，CaO开始聚集、烧结，吸收剂碳捕集能力不断下降。
　　本研究聚焦于初次煅烧条件对白云石基吸收剂中Ca、Mg分离特性的影响。以煅烧前后样品表面Ca、Mg比变化幅度作为评价指标。研究表明，煅烧过程中，MgO和CaO分别有向颗粒表面和颗粒内部迁移的趋势。吸收剂颗粒粒径与煅烧终温对CaO、MgO分离程度基本没有影响，而在煅烧过程中增加载气流量和延长煅烧恒温时间都将促进CaO、MgO分离。在Ca、Mg分离特性研究的基础上，我们致力于促进乏吸收剂中Ca、Mg的重新均匀混合，开发出了复合球磨法对白云石乏吸收剂进行再活化处理。结果表明，乏吸收剂经球磨水合活化，10次循环后，转化率从原来的32%提升到43%。活化过程中乏吸收剂通过物相转变而获得了丰富的比表面积，通过球磨的破碎、混合作用实spent现已分离Ca、Mg的再均布。进一步，我们首次提出了球磨碳酸化活化方法（加水加干冰球磨），成功将大部分乏吸收剂再次合成白云石相，活化后吸收剂碳捕集性能接近新鲜吸收剂。测试结果表明，10次煅烧-碳酸化循环中经活化处理的吸收剂CaO转化率为乏吸收剂的200%。探究了球磨碳酸化方法对白云石基乏吸收剂的活化机理：乏吸收剂（CaO/MgO）转变成CaCO3与MgCO3·3H2O，其中Ca的碳酸化进程要快于 Mg的；随后 CaCO3与MgCO3·3H2O合成为 CaMg(CO3)2。反应中，水提供了一种液相环境，促进了乏吸收剂的碳酸化过程与白云石的形成过程。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 钙基吸收剂的发展现状

1.3 白云石乏吸收剂的活化

1.4 本文拟研究的内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验原料与乏吸收剂的制备

2.2 乏吸收剂的活化

2.3 CO2循环吸附性能测定

2.4 吸收剂性能的表征

第3章 煅烧过程白云石Ca、Mg分离特性研究

3.1 煅烧终温对样品表面Ca/Mg的影响

3.2 粒径对样品表面Ca/Mg比的影响

3.3 气流流速对样品表面Ca/Mg的影响

3.4 煅烧过程停留时间对样品表面Ca/Mg的影响

3.5 小结

第4章 球磨法再活化白云石乏吸收剂

4.1 水合球磨乏吸收剂活化研究

4.2 干冰球磨乏吸收剂活化研究

4.3.小结

第5章 球磨活化机理探究

5.1 水在球磨活化中的关键作用

5.2 活化过程中乏吸收剂物相演变

5.3 球磨介质对白云石形成过程的影响

5.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致谢