CO气氛下碳酸钙热分解过程的研究

摘要

化石燃料燃烧排放的CO2已引起世界各国政府和研究人员的高度重视。在各种减排CO2技术中，基于CaO碳化—煅烧循环的CO2分离技术（CCRs）是一种有希望的CO2减排技术。本文针对多循环CCRs过程中CaCO3煅烧过程涉及到的热分析动力学进行了理论计算和比较分析，建立了描述在CO2气氛下CaCO3热分解过程中的煅烧数学模型，探讨CaCO3微晶结构煅烧前后特性以及对生成产物相的定量分析。 热分析动力学的研究中，在热重非等温实验的基础上，选用双外推法确定了普通碳酸钙样品和纳米样品在CO2气氛下CaCO3热分解过程的表观活化能E值分别为1998.21KJ/mol，1468.88KJ/mol和最概然机理函数是G(α)=[-ln(1-α)]1/4。通过和文献中数据比较发现，CO2气体的存在使得相对其它气氛下的CaCO3热分解过程表观活化能E值明显变大，有一个数量级的差距。同级别粒径的碳酸钙热分解前提下，随着CO2分压的增加，在升温速率接近的情况下，表观活化能E值是增加的；CO2分压接近的情况下，升温速率的增加导致表观活化能E值得减小。此外，不同样品的比较发现，纳米级CaCO3有将近530KJ/mol的活化能降。 煅烧模型模拟的研究中，在热重等温实验的基础上，根据碳酸钙热分解的动力学特性，模拟建立了充分考虑CO2浓度对整个碳酸钙热分解反应影响的数学模型，并与实验结果进行比较，在基本吻合的基础上给出了煅烧过程中转化率随温度、CO2浓度变化的模拟曲线。 微晶结构特性的研究中，在XRD和扫描电镜实验的基础上，计算和比较了碳酸钙样品的微晶参数，发现纳米碳酸钙相对于分析纯碳酸钙存在严重的晶格畸变，表现为晶格膨胀。此外，通过对热重等温实验中的不同煅烧程度的产物颗粒进行定量分析，探讨了在CO2气氛下，不同碳酸钙样品热分解前后表面形态的变化及碳酸化反应的程度。