CaO/稻壳灰作为新型CO2吸收剂的循环碳酸化特性

提出了采用CaO与稻壳灰的水合产物作为新型CO2吸收剂.研究表明,当水合时间为8 h、水合温度为75℃和Si/Ca摩尔比为1.0时, CaO/稻壳灰吸收剂能获得最佳循环碳酸化转化率;经过20次循环反应碳酸化转化率可达0.44,比相同反应条件下CaO/H2O吸收剂的转化率提高了42%,是原CaO转化率的2倍.650～700℃时有利于CaO/稻壳灰的碳酸化反应;在高煅烧温度下比CaO/H2O和CaO具有更好的抗烧结能力.     

钙基CO2吸收剂的种类和粒径对循环煅烧/碳酸化的影响

在流化床反应器内研究了吸收剂种类(石灰石、白云石)和颗粒粒径(90～200μm和200～450μm)对钙基吸收剂碳酸化特性、煅烧特性以及循环稳定性的影响,并对新型CaO/Ca12Al14O33吸收剂的循环稳定性进行研究.结果表明:钙基吸收剂在流化床内均能有效吸收CO2.在碳酸化阶段,吸收剂种类对吸收剂的吸收特性影响较大,而颗粒粒径对其影响较小;在煅烧阶段,CaCO3分解速率随颗粒粒径的减小而增大.随着循环反应次数的增加,钙基吸收剂反应活性下降,相对于白云石和石灰石,CaO/Ca12Al14O33具有更高的循环稳定性,并在七次循环后活性不再发生变化.对于石灰石吸收剂,循环稳定性随循环次数的变化受粒径影响较小.白云石吸收剂由于在循环中容易破碎,因此粒径对其循环稳定性有一定的影响.     

CO2矿物碳酸化隔离的理论研究

矿物碳酸化是一种很有潜力的CO2地质隔离储存技术.在缺乏反应动力学参数的条件下,矿物碳酸化理论及热力学分析有助于了解CO2矿物碳酸化反应进程并确定反应发生的温度与压力区间.本文从热力学角度研究结果表明,CO2可以与部分硅酸盐矿物进行碳酸化反应得到碳酸盐和二氧化硅.相对于干法碳酸化,湿法碳酸化具有高反应速率和低能耗等优点.硅酸盐矿石的溶解与溶液中的HCO3-浓度有关,反应开始前溶液中加入一定量的碳酸氢盐能够促进硅酸盐矿石的溶解.CO2矿物化隔离,硅灰石优于蛇纹石,蛇纹石优于镁橄榄石.在温度低于500K及较高的反应压力范围内,CO2矿物碳酸化具有商业化应用潜力.     

Cl对钙基吸收剂捕集CO_2性能的影响

在分析纯CaCO_3中浸渍添加Cl,利用双固定床反应器和热重分析仪研究了Cl对CaCO_3循环捕集CO_2性能的影响。结果表明:Cl/Ca摩尔比大于0.25:100时,随Cl/Ca摩尔比继续增加,吸收剂循环碳酸化转化率迅速降低.当Cl/Ca摩尔比为4:100时,经5次循环后吸收剂基本失去循环捕集CO_2活性.吸收剂化学反应控制阶段的碳酸化速率和碳酸化转化率均随Cl/Ca摩尔比增加而降低,Cl对吸收剂扩散控制阶段碳酸化速率影响不大.添加Cl后,吸收剂烧结加剧,孔隙坍塌堵塞更加严重,比孔容和比表面积均减小,导致吸收剂循环碳酸化转化率降低。     

基于CCRs过程的双流化床反应器设计与冷态试验

双流化床反应器是实现钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)分离烟气中CO2的关键技术.本文在对不同双流化床反应器形式分析的基础上,选择双鼓泡床作为CCRs过程的反应器,并设计、搭建双鼓泡床冷态试验装置.该双鼓床反应器可以长时间稳定运行,实现物料在两个反应器中连续稳定的交换.冷态试验结果表明,鼓泡床流化速度对固体循环量没有影响,随着床料高度、固体喷射管直径与喷射管上所开小孔直径的增大,固体循环量增大.     

TiO_2对Na_2CO_3/Al_2O_3吸收剂流化床反应特性的影响

碱金属基吸收剂干法脱除燃煤烟气CO_2技术日益受到学术界的关注,其中钠基吸收剂廉价易得、经济性好,但碳酸化反应活性低。本文将Na_2CO_3负载于活性氧化铝并掺杂TiO_2改性,利用CO_2吸收/解吸流化床试验装置、XRD、SEM和氮吸附仪研究钠基二氧化碳吸收剂的流化床反应特性。结果表明:TiO_2对Na_2CZO_3/Al_O_3在流化床中的碳酸化反应特性提升明显,反应时间缩短、反应速度提高、CO_2吸收量增加;碳酸化反应产物为NaHCO_3和Na_5H_3(CO_3)_4;TiO_2对再生反应影响甚微;且TiO_2在反应前后性状稳定,无副产物生成。尽管如此,TiO_2的掺杂量应控制在一定的范围内以避免吸收剂微观结构恶化而阻碍反应。     

改性石灰中温流化态干法争化HCl的试验研究

微量的NaOH、Na2CO3、KOH和K2CO3以特殊方式添加到石灰类物质中以后形成改性石灰类吸收剂.在310～430℃温度段的流化床反应器内对净化HCl气体效果的试验研究结果表明:(1)改性石灰类吸收剂对HCl的净化效率较纯石灰类高,并且净化效率随反应温度上升而上升;(2)使用改性CaO和Ca(OH)2做吸收剂的流化床反应器对HCl具有较高的净化效率(＞90%),以流化态运行方式对烟气中的酸性气体实施干式净化,可以达到排放标准;(3)碱性添加物处理后的CaO和CaCO3在一定条件下可与Ca(OH)2竞争,有望替代后者用作干式吸收剂.     

CaO碳化-煅烧循环捕获CO2高温烧结特性研究

在固定床反应系统中对PT基准CaCO3以及安徽巢东纳米CaCO3进行多循环CCRs反应,通过计算微观参数和观察吸收剂颗粒表面形貌的变化,从微观角度解释烧结作用对吸收剂转化率的影响.结果表明,烧结使得吸收剂微观晶粒之间逐渐融合,宏观表现为颗粒之间的粘合,粒径显著增大,对循环反应中吸收剂捕获CO2的能力有较大影响.对比两种CaCO3样品颗粒表面烧结程度,纳米粉末由于团聚程度高,比表面积大,其烧结程度更为严重.     

NO2对中温干法脱硫反应影响的实验研究

利用鼓泡床反应器对NO2对中温干法脱硫反应的影响开展了实验研究.分别采用分析纯CaO和工业级石灰两种物质作为吸收剂,在250℃和350℃两个反应温度下研究NO2对吸收剂转化率的影响.结果表明,NO2的存在可以提高吸收剂转化率;250℃下NO2的作用显著高于350℃;250℃下NO2浓度的增加对吸收剂转化率基本没有影响;在350℃时,对于分析纯CaO,NO2浓度的增加降低了吸收剂转化率,这主要是由于SO2与NO2的竞争反应引起的;工业级石灰内含杂质较多,对一些反应有催化作用,因而其反应现象与分析纯CaO略有不同.     

利用钙基吸收剂连续分离烟气中CO_2的双流化床实验研究

钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)是捕集燃煤电厂烟气中CO_2的一种潜在技术。利用双流化床反应器实现连续高效捕集烟气中的CO_2是此技术应用到实际的关键。本文利用天然白云石,采用双鼓泡流化床反应器,连续捕集烟气中的CO_2。试验结果表明,所采用的双流化床反应器可以实现两个反应器之间物料连续稳定地交换,并长时间连续高效捕集烟气中的CO_2,捕集效率超过90%。     

The Ca-looping process for CO<Subscript>2</Subscript> capture and energy storage: role of nanoparticle technology

The calcium looping (CaL) process, based on the cyclic carbonation/calcination of CaO, has come into scene in the last years with a high potential to be used in large-scale technologies aimed at mitigating global warming. In the CaL process for CO₂ capture, the CO₂-loaded flue gas is used to fluidize a bed of CaO particles at temperatures around ~?650 °C. The carbonated particles are then circulated into a calciner reactor wherein the CaO solids are regenerated at temperatures near ~?950 °C under high CO₂ concentration. Calcination at such harsh conditions causes a marked sintering and loss of reactivity of the regenerated CaO. This main drawback could be however compensated from the very low cost of natural CaO precursors such as limestone or dolomite. Another emerging application of the CaL process is thermochemical energy storage (TCES) in concentrated solar power (CSP) plants. Importantly, carbonation/calcination conditions to maximize the global CaL-CSP plant efficiency could differ radically from those used for CO₂ capture. Thus, carbonation could be carried out at high temperatures under high CO₂ partial pressure for maximum efficiency, whereas the solids could be calcined at relatively low temperatures in the absence of CO₂ to promote calcination. Our work highlights the critical role of carbonation/calcination conditions on the performance of CaO derived from natural precursors. While conditions in the CaL process for CO₂ capture lead to a severe CaO deactivation with the number of cycles, the same material may exhibit a high and stable conversion at optimum CaL-CSP conditions. Moreover, the type of CaL conditions influences critically the reaction kinetics, which plays a main role on the optimization of relevant operation parameters such as the residence time in the reactors. This paper is devoted to a brief review on the latest research activity in our group concerning these issues as well as the possible role of nanoparticle technology to enhance the activity of Ca-based materials at CaL conditions for CO₂ capture and energy storage.     

Sintering mechanism of CaO during carbonation reaction in the presence of water vapor

In this paper, CaO sintering in the presence of water vapor for CO₂ capture were carried out by ReaxFF(Reactive Force Field) molecular dynamics. The CaO sintering model was simulated at different temperatures (873 K-1273 K) and atmospheres (CO₂, H₂O), respectively. The results showed that water vapor could significantly promote the sintering process of CO₂ capture by CaO. The Mean-square displacement (MSD) and Boltzmann–Arrhenius dependency were used to study the diffusion properties of CaO particles. The decreased diffusion activation Ea and increased pre-exponential factor D₀ indicate that CaO particles have a stronger initial diffusivity and a lower diffusion barrier in the presence of CO₂ and H₂O. The inner and outer regions of CaO atoms were analyzed and it was found that the activation energy is the main factor to enhance the diffusion in the presence of CO₂ for CaO sintering process, whereas the pre-exponential factor dominates with both CO₂ and H₂O. Water vapor enhanced the sintering pf CaO carbonation reaction is mainly achieved by promoting atoms in the inner layers of CaO particles. The types and numbers of sintering atoms during the sintering process were counted, and the distances between Ca and O atoms were calculated, which found that water vapor first dissociates into hydroxyl and H protons on the CaO surface, and the hydroxyl group will stay on the surface of CaO and combine with CO₂, while the H proton will combine with O inside CaO to promote the sintering of CaO further.     

麦秆添加大量CaO热解的TG-FTIR实验研究

利用热重-傅里叶变换红外光谱联用方法研究添加CaO对麦秆热解过程和挥发份析出特性的影响.热重和红外光谱分析均表明添加CaO后麦秆热解旱现两个明显的失重和挥发份析出阶段,而纯麦秆热解则只有一个.CaO在第一阶段不但能够吸收CO2,而且能够降低甲苯、苯酚和蚁酸等焦油类物质的产生,使得该阶段失重率和最大失重速率随CaO添加量增加而减小.CaCO3的煅烧分解是添加CaO麦秆热解第二阶段产生的原因,该阶段失重率和最大失重速率随CaO添加量增加而增大.研究结果表明,在采用生物质为原料的零排放系统中添加CaO有利于捕获CO2和减少焦油物质的产生,系统的气化温度应适当降低以防止CaCO3的煅烧分解.     

管道中CaO颗粒吸收CO2的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法对多孔CaO颗粒与CO₂之间的气固反应过程进行模拟.主要研究在二维矩形截面管道中雷诺数(Re)和孔隙率对单个CaO颗粒吸收CO₂效率的影响.结果表明:增大Re会相应提高CaO颗粒吸收CO₂气体的效率.同时对于同一Re,CaO颗粒吸收CO₂气体的效率随其孔隙率呈非线性变化,这是由于不同孔隙率颗粒固体量和渗透率存在差别因而影响化学反应的速率.     

高CO2浓度下钙基吸收剂脱硫的实验研究

本文进行了高CO2浓度下钙基吸收剂脱硫的实验研究.结果表明,高浓度CO2下钙基吸收剂的脱硫效率随脱硫时间的变化与空气条件下显著不同.孔隙结构分析及热重分析等手段表明高CO2浓度主要影响了钙基吸收剂的煅烧分解过程,形成了有利于脱硫反应的孔隙结构.实验结果还表明提高温度有利于改善高浓度CO2气氛下钙基吸收剂煅烧后孔隙结构,在适当的脱硫时间内,高温下高浓度CO2气氛比空气气氛更有利于炉内喷钙脱硫.     

钙基二氧化碳吸收剂循环反应特性

对分析纯碳酸钙和三种白云石与CO2的循环反应特性进行实验研究。实验结果表明,分析纯碳酸钙的二氧化碳吸收能力随循环次数的增加而快速下降,当其达到一定值后基本不再变化,活性下降原因主要是由氧化钙烧结所引起;由于白云石中惰性物质氧化镁的存在而部分减缓了吸收剂的烧结,所以使白云石的循环稳定性要优于分析纯碳酸钙。     

Abstraction of preadsorbed oxygen from CaO(100) by carbon monoxide

The mechanism for abstraction of preadsorbed oxygen from CaO(100) by CO(g) to form CO₂(g) is investigated by electronic structure calculations. The reaction mechanism is assumed to be the reverse of the one obtained for the decomposition of N₂O(g) at CaO(100) [Surf. Sci 292 (1993) 317]. A 32 kcal/mol barrier for reaction is calculated. Adsorbed oxygen, O_ads, to surface vibration frequencies in the range 840–930 cm⁻¹ are calculated. These values are in qualitative agreement with experiment.     

新型CaO／MgO高温CO2吸收剂的循环反应特性

本文采用3种方法制备了新型复合CaO／MgO吸收剂，考察了不同制备方法对复合钙基吸收剂碳化／煅烧循环反应性能的影响。结果表明，不同制备方法能决定了钙基吸收剂中CaO颗粒与MgO颗粒在微观层面上的不同均匀混合程度，因此得到吸收剂的性能差异巨大。采用溶胶凝胶燃烧合成法制备的CaO／MgO吸收剂的性能明显优于其他两种常见方法...     

CaO表面CO对NO还原作用的实验与模型研究

循环流化床炉内石灰石脱硫对NOx排放产生影响,包括对挥发分氮氧化的催化作用以及对CO-NO还原的催化作用。利用固定床反应器对不同条件下CaO颗粒表面NO+CO的催化反应特性进行了探究。实验表明,无氧条件下,CaO能够显著催化CO还原NO,NO转化率与反应温度和CO浓度正相关,与NO浓度负相关.基于Langmuir-Hinshelwood机理建立了CaO催化NO+CO反应动力学模型,模型考虑了颗粒内、外扩散的影响.该模型适用于氧气浓度很低、CO浓度较高条件下。而在有氧气氛中,该反应受到明显抑制,且O2浓度越高,抑制作用越明显;当CaO周围氧气浓度远大于CO时,可忽略CaO对NO的催化还原作用。     

吸附剂与铅反应的热力学平衡分析

本文采用热力学平衡分析的方法,对两种吸附剂CaO和SiO2控制燃煤中铅的排放进行了计算．计算使用软件CHEMKIN．结果表明CaO对铅的化学吸附效果很差,而SiO2对铅的化学吸附效果较好．对煤中含有的硫、氯对吸附剂性能的影响也进行了评价,硫和氯会抑制SiO2对铅的吸附效果,但在1200-1300 K对铅的化学吸附效率仍在75％以上．讨论了不同硅铅比对于化学吸附效率的影响,对于实际中选择恰当的硅铅比有指导意义。