调质钙基吸收剂捕集co2的分析研究.pdf

StudyonC02CaptureofModifiedCaO_basedS0rbentens嶝觥AThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangFangSupervisedbyProfessorsZhaoLing--lingandChenHui·-chaoSchoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversityApril2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名:—三L导师签名凄』副三耍鲣日期:划万方数据摘要摘要钙基吸收剂循环煅烧碳酸化捕集C02技术是具有较好工业化应用前景的C02减排技术。但该技术的大规模工业化应用仍存在问题,主要表现在多次循环过程中烧结等因素会导致吸收剂活性降低。因此,需对该技术的钙基吸收剂进行改性研究,以提高吸收剂的活性。目前,学者们提出了各种方法对天然钙基吸收剂进行改性,研究发现利用铝的化合物对天然钙基吸收剂进行改性有明显的效果,但其制备成本需进一步降低,使得该方法可进一步研究。粉煤灰中含有大量的氧化铝,粉煤灰中的活性Si02和A1203在水合条件下能与一定比例的Ca(OH)2(或CaO)发生火山灰反应,生成表面积较大的产物,有利于提高吸收剂的碳酸化特性。因此,本文利用粉煤灰对天然钙基吸收剂进行改性研究,以提高钙基吸收剂的循环碳酸化特性;并分析改性吸收剂的动力学特性,为钙基吸收剂法捕集C02技术的工业化应用提供基础。首先,基于单因素实验以及正交实验原理,采用水合和煅烧等工艺制备成不同的改性吸收剂,考察改性吸收剂的循环碳酸化特性;并优化制备条件,得到改性效果较明显的吸收剂。其次,在比较改性吸收剂的循环碳酸化性能的基础上,分析改性吸收剂的成分及微观特性,筛选出最佳的改性吸收剂;并考察其在不同碳酸化温度、煅烧温度和煅烧气氛下多次循环反应的特性。最后,分析改性吸收剂的动力学特性:在常压热重分析仪上考察碳酸化温度以及碳酸化气氛(C02浓度)对吸收剂碳酸化反应过程的影响:对吸收剂快速反应阶段及慢速反应阶段进行数据拟合,计算得到两阶段的动力学模型。实验结果表明:CaO与粉煤灰进行水合化能够明显提高CaO的碳酸化转化率。优化水合实验条件发现,在NaOH溶液中水合制备吸收剂的碳酸化性能并不理想;在醋酸溶液中水合改性制备的吸收剂则相对优异;相较于未处理粉煤灰,对其进行研磨、煅烧、碱浸处理之后与CaO水合制备的吸收剂的吸收特性得到进一步提高。循环碳酸化实验结果发现,CaO分别与经研磨、碱浸和煅烧处理的粉煤灰水合化制备的三种吸收剂(CaO/PFA(gri)Hyd、CaO/PFA(cal)Hyd和CaO/PFA(NaoI-DHyd)以及CaO与粉煤灰在50%醋酸溶液中水合制备的吸收剂(CaO/FAHyd(50%CA))的碳酸化性能相对较好。对其成分分析可知,四种改性吸收剂在第1次高温煅烧后,生成了Cal2A114033;且经历8次循环煅烧之后成分变化不大。由比表面积、比孔容和SEM分析可知,经过8次循环反应,吸收剂颗粒出现团聚现象,吸收剂表面积和孔容积减小,这是导致吸收剂碳酸化性能下降的主要原因。四种改性吸收剂中CaO/FAHyd(50%CA)和CaO/PFA(cal)Hyd的微观特性相对较好;研究其多次循环碳酸化特性发现:两种改性吸收剂的碳酸化温度均存在最佳温度,实验范围内的最佳碳酸化温度为700℃;在煅烧温度为900--1000℃范围内,吸收剂的碳酸化转化率随着煅烧温度的增加明显下降;吸收剂的碳酸化转化率在煅烧气氛100%C02下相对100%N2气氛下降低。针对CaO/FAnyd(50%CA)和CaO/PFA(cal)Hyd两种吸收剂的碳酸化反应动力学研究发现,快速反应阶段和慢速反应阶段分别采用Logistic方程和Avrami方程能较好地拟合吸收剂碳酸化转化率随时间的变化曲线。经计算两种吸收剂在快速反应阶段的活化能分别