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文檔簡介
1、作為一種燃燒后CO2捕集技術,鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化(CCRs)法因其相對于醇胺溶液吸收法有較高的經(jīng)濟性而受到關注。目前CCRs技術尚處于起步階段,針對復雜煙氣條件下對CO2捕集效果影響的探討較少,通過吸收劑改性來提高CCRs技術的捕集效率也有很大上升空間。為此,本文首先系統(tǒng)地開展了對鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應特性及影響因素的研究,其次對SO2氣體與水蒸氣對CCRs法捕集CO2的影響進行實驗分析,最后針對吸收劑轉(zhuǎn)化率下降而開展了
2、乙醇溶液改性的研究。
論文首先采用小型固定床反應器與熱重分析儀,開展了鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應特性的研究,重點考察了碳酸化溫度、煅燒溫度、顆粒粒徑、CO2濃度對鈣基吸收劑反應特性的影響以及SO2氣體與水蒸氣氣氛下鈣基吸收劑的反應特性,獲得了不同反應條件與不同反應氣氛下的碳酸化轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律。并在實驗基礎上,通過對不同循環(huán)吸收條件下吸收劑表面固體產(chǎn)物層孔隙變化規(guī)律的分析和微觀解釋,揭示了吸收劑循環(huán)轉(zhuǎn)化率下降的原因和機理,
3、。
其次,論文開展了煙氣中SO2和水蒸氣對鈣基吸收劑CaCO3捕集二氧化碳影響的實驗研究,獲得了SO2對鈣基吸收劑碳酸化特性、煅燒特性以及循環(huán)穩(wěn)定性的影響規(guī)律,并結(jié)合SEM分析結(jié)果,從循環(huán)煅燒/碳酸化反應角度,分析了可能存在的原因。結(jié)果表明:鈣基吸收劑吸收CO2的能力隨著循環(huán)反應次數(shù)的增加逐漸發(fā)生衰減;煙氣中SO2的存在會進一步加劇這種衰減,且衰減程度隨著SO2濃度的增加而增大;經(jīng)過十次循環(huán)后,碳酸化轉(zhuǎn)化率分別為25.5%(0
4、%SO2)、16.9%(0.1%SO2)和5.2%(0.2%SO2)。造成這種衰減加劇的主要原因是反應產(chǎn)生較厚的硫酸化產(chǎn)物層,硫酸化產(chǎn)物層使顆粒表面孔隙發(fā)生堵塞,阻礙了CO2在吸收劑內(nèi)部的擴散,降低了碳酸化轉(zhuǎn)化率。在水蒸氣影響下,鈣基吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率隨著循環(huán)反應次數(shù)的增加而發(fā)生衰減的程度會得到抑制,且抑制程度隨著水蒸氣濃度的增加而增大。當水蒸氣濃度大于20%時,對吸收劑的改善能力將不再加強。造成這種影響的原因是水蒸氣會使固體表面形成一
5、層“水膜”,降低了固體產(chǎn)物擴散的能量壁壘,使CaCO3固體產(chǎn)物擴散速度加快,從而提高了轉(zhuǎn)化率。
針對鈣基吸收劑在循環(huán)煅燒/碳酸化反應過程中碳酸化轉(zhuǎn)化率隨反應次數(shù)增加而發(fā)生急劇衰減的問題,本文還開展了利用乙醇溶液對鈣基吸收劑進行改性的研究,以降低鈣基吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率的衰減速度,以提高吸收劑捕集CO2能力。實驗采用乙醇溶液對CaO吸收劑進行水和改性,通過爆蒸的方式獲得了具有優(yōu)良吸收性能的吸收劑。研究表明,隨著循環(huán)反應次數(shù)的增加,
6、乙醇溶液改性后經(jīng)過爆蒸的吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率明顯高于水合改性后的吸收劑,且乙醇濃度越高,則改性后CaO的轉(zhuǎn)化率越高,抗燒結(jié)性能越好。當乙醇溶液濃度分別為30%、50%70%和90%時,十次循環(huán)后鈣基吸收劑的碳酸化轉(zhuǎn)化率分別為35.2%、43.4%、48.8%和50.5%,而未經(jīng)改性的吸收劑碳酸化轉(zhuǎn)化率此時則為25.5%。這是由于乙醇分子強化了H2O與CaO的結(jié)合力和滲透力,從而使CaO煅燒后產(chǎn)生孔徑增擴效應,顆粒粒徑和孔隙結(jié)構(gòu)的改變使得改
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