流化床内CaO循环碳酸盐化/煅烧实验研究

以石灰石为吸收剂在流化床反应器内对CaO循环吸收CO2以及循环煅烧特性进行了实验研究.结果表明:当吸收温度为650℃时,在稳定吸收阶段,反应器出口气体中CO2体积分数不超过3%,表明CaO吸收剂在流化床内能有效吸收CO2.随循环反应次数的增加,CaO吸收剂循环反应活性下降,使得稳定吸收CO2阶段所持续的时间随循环次数的增加而减少.CaO吸收剂比表面积和孔隙率随循环反应次数的增加而减少,因此会导致CaO转化率随循环次数的增加而快速降低.

CO_2载体CaO循环煅烧/碳酸化反应的分形特征

捕捉煤燃烧释放出的CO2时,作为CO2载体的CaO微观结构特性对其循环碳酸化性能具有显著影响。采用分形维数作为表征CaO微观结构的特征参数,研究在循环煅烧/碳酸化反应过程中CaO的分形特征及其对CO2捕捉性能的影响规律。结果表明,随着循环次数的增加CaO分形维数逐渐下降,CaO孔道也由粗糙和不规则变得越来越平滑和有规则性。煅烧温度升高则CaO分形维数下降。分形维数较大的CaO具有较高的碳酸化速率。在碳酸化过程的前10min内CaO的分形维数迅速减小,此后随时间变化缓慢。在分形维数D≤2.61的实验范围内,CaO分形维数与其循环碳酸化转化率呈线性正相关;当D>2.61时,可能存在临界分形维数Dcr,当D>Dcr时随着分形维数的进一步增大CaO转化率反而减小。

水蒸气对石灰石循环煅烧/碳酸化捕集二氧化碳的影响

利用自制的能实现等温下热重测量的装置，针对石灰石循环吸收CO2工艺，研究了烟气中水蒸气对石灰石循环煅烧／碳酸化特性的影响规律。结果表明，煅烧阶段水蒸气的存在会降低吸收剂活性，而碳酸化过程中水蒸气则会大幅度提高碳酸化转化率，如，在20％水蒸气下，第8次转化率为29．43％，而无水时仅为19．46％。当煅烧及碳酸化阶段均含有20％水蒸气时，衰减趋势和转化率与仅碳酸化过程含有水蒸气类似，但呈现的规律不是仅煅烧或仅碳酸化阶段存在水蒸气时效果的简单相加。在本实验条件及实验温度范围内，考虑水蒸气的影响，900～950℃煅烧、700℃碳酸化是针对实验用石灰石的较佳反应温度。

钙基CO_2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/Ca_(12)Al_(14)O_(33)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CO_2.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,CaCO_3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/Ca_(12)Al_(14)O_(33)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.

H2S对石灰石循环煅烧/碳酸化法吸收CO2的影响

为了研究石灰石煅烧/碳酸化循环法捕集CO2过程中H2S对吸收剂性能的影响,利用固定床反应器进行了煅烧石灰石吸收H2S的试验,研究了H2S流量、体积分数和反应温度3个因素与穿透时间和CaO转化率之间的关系,确定了600℃是石灰石煅烧/碳酸化法实现硫碳共脱的理想反应温度。在600℃时,考察了CaO同时脱除CO2和H2S的多次循环反应特性,结果表明:CaO对H2S有良好的脱除效果,而吸收CO2的能力则随循环次数增加不断下降。研究了煅烧气氛(氮气或空气)对CaO循环反应特性的影响,对比试验结果发现:H2S的存在使得空气煅烧条件下20次循环反应后CaO吸收CO2转化率比氮气煅烧时的转化率下降了41.3%。研究分析表明:空气煅烧时,CaS会与O2反应生成CaSO4,堵塞颗粒内部孔隙,使得CaO循环转化率迅速下降。