钾基吸附剂流化床吸附分离二氧化碳研究

摘要

全球变暖已经成为21世纪备受人们关注的环境问题,过量CO2排放导致的温室效应增强被普遍认为是引起全球变暖的重要原因之一。CO2在人类能源系统中排放量大,在大气中存在的平均寿命长,如何减少CO2排放,降低大气中CO2浓度,是人类面临的共同难题。因此发展技术上可行、经济上可承受的烟气CO2减排技术至关重要。
　　本文通过将碳酸氢钾(KHCO3)负载在颗粒活性炭(AC)上制备成钾基吸附剂,结合氮吸附、扫描电镜、X射线衍射仪等表征手段,开展流化床吸附实验,研究钾基吸附剂对CO2的吸附行为,同时考察了吸附/再生温度、吸附/再生气氛、床层高度、循环性能等对吸附/再生过程的影响,为以后的推广应用提供理论基础和实验依据。在吸附剂制备、表征及吸附性能研究过程中,通过氮吸附测定钾基吸附剂的比表面积、微孔容积、总孔容积、平均孔径;通过XRD测试钾基吸附剂吸附前后的变化;通过扫描电镜观察吸附剂表面形态特征。在流化床装置上,对钾基吸附剂的吸附再生行为进行了研究,得到如下结论:将流化床温度控制在60℃时,钾基吸附剂对CO2的吸附效果最好;加入适量的水蒸汽预处理有利于钾基吸附剂的吸附;再生气氛为N2,再生温度为200℃时再生效果最好;负载率为41.4％的钾基吸附剂经过10次吸附再生循环,吸附穿透时间在1.58min~2.05min之间,其吸附性能并无明显降低,且再现性好。对钾基吸附剂的饱和吸附量进行了计算,结果表明:钾基吸附剂的负载率越高,饱和吸附量越大;当吸附温度为60℃时钾基吸附剂对CO2的饱和吸附量最大,为63.39mg/g;当吸附剂在200℃下再生后钾基吸附剂对CO2的饱和吸附量最大,比150℃下再生时的饱和吸附量多了10.67mg/g;负载率为41.4％的钾基吸附剂经过10次吸附再生循环后,饱和吸附量范围介于53.74~63.39mg/g之间,饱和吸附量并无明显的降低。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 碱金属碳酸盐吸附CO_2的研究综述

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 技术路线与研究内容

1.3.1 技术路线

1.3.2 主要研究内容

第二章 钾基吸附剂制备及吸附性能研究

2.1 引言

2.2 实验仪器及材料

2.2.1 主要实验仪器

2.2.2 实验材料

2.3 钾基吸附剂的制备

2.4 钾基吸附剂的负载情况

2.5 钾基吸附剂的表征

2.6 实验装置图及流程

2.6.1 流化床实验装置

2.6.2 吸附/再生实验操作流程

2.7 实验数据的处理

2.8 钾基吸附剂吸附CO_2性能研究

2.8.1 AC空白吸附实验

2.8.2 钾基吸附剂空白吸附实验

2.8.3 钾基吸附剂吸附CO_2流化床吸附/再生实验

2.9 钾基吸附剂吸附CO_2的饱和吸附量

2.10 本章小结

第三章 钾基吸附剂流化床吸附CO_2实验研究

3.1 引言

3.2 实验影响因子分析及讨论

3.2.1 负载率对钾基吸附剂纯物理吸附的影响

3.2.2 负载率对钾基吸附剂吸附CO_2的影响

3.2.3 水蒸汽预处理对钾基吸附剂的影响

3.2.4 水蒸汽预处理时间对钾基吸附剂的影响

3.2.5 流化床床层高度对钾基吸附剂吸附CO_2的影响

3.2.6 吸附温度对钾基吸附剂吸附CO_2的影响

3.2.7 再生温度对钾基吸附剂吸附效果的影响

3.2.8 吸附气氛对钾基吸附剂吸附CO_2的影响

3.2.9 再生气氛对钾基吸附剂吸附CO_2的影响

3.2.10 钾基吸附剂吸附-再生多次循环吸附穿透曲线

3.3 本章小结

第四章 钾基吸附剂饱和吸附量实验研究

4.1 引言

4.2 各类影响因子对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.1 AC吸附CO_2的饱和吸附量

4.2.2 不同负载率钾基吸附剂对CO_2纯物理吸附的饱和吸附量

4.2.3 负载率对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.4 水蒸汽预处理对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.5 水蒸汽预处理时间对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.6 吸附温度对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.7 再生温度对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.8 吸附气氛对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.9 再生气氛对钾基吸附剂吸附CO_2饱和吸附量的影响

4.2.10 钾基吸附剂多次循环吸附CO_2的饱和吸附量

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文主要工作与结论

5.2 进一步工作的建议

参考文献

符号说明

作者简介

致谢