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3日本和俄罗斯的相关研究[14]
1990之后，碱金属剂脱碳走进人们视野，由于采用变压吸附法时,烟气中10%左右水蒸气的存在将严重影响物理吸附剂的脱碳效果;采用热碱法脱碳时,碱液再生需要消耗很大能量。为了解决这些问题,日本的Hirano和Hayashi等提出了使用固体K2CO3/AC(活性炭)吸收剂在多个固定床反应器内循环脱除烟气中CO2。
他们研究发现:活性炭属于疏水性物质,其孔结构主要分布在小于3nm和100-1000nm两个区间内。利用浸渍法负载碳酸钾时,活性组分主要填充了大孔结构,由于对微孔结构影响不大,所以表现出优越的碳酸化性能。但由于大孔的孔容有限,大部分活性组分以大颗粒的形式分布在活性炭表面。
以活性炭为载体时,K2CO3并不是通过直接与CO2和H2O化合反应生成KHCO3,而是先与H2O反应生成了水合碳酸钾,进一步反应才会与CO2反应生成KHCO3。因此提出在存在水蒸气的条件下对吸收剂再生,使再生的吸收剂主要成分为水合碳酸钾,用它脱碳能达到更佳的脱碳效果。基于bench-Scale的固定床试验结果,进行了该反应系统的能量衡算,并进一步计算了一个21100Nm3/h烟气量的电站应用该技术的能耗和增加的成本分别为2033kJ/kg CO2和0.101USD/kg CO2。本技术比传统的MEA法能耗减少了一半以上。
总体而言,他们的研究提供了一个很好的技术理念,一些机理性研究和初步的能耗计算具有重要的参考价值。但是,使用固定床作为反应器的工艺设计具有很大的缺陷,在实际应用中，必须考虑到碳酸化过程强放热效应,另一方面固定床的散热效果差,必然导致温度大幅度升高超越最佳碳酸化温度区间,从而降低脱碳效果。此外,对于处理真正工业规模的烟气,固定床操作不易实现。随着流化床技术的长足进步,其良好的传热、传质、气固混合特性,使其备受关注。该技术如应用流化床操作系统,有望解决上述问题。
4 东南大学的相关研究[15]
东南大学在国家自然科学基金、国家863计划课题、国家973计划项目等基金的资助下,对钾基固体吸收剂脱除CO2的机理进行了深入的研究和探索。获得了下列创新性的研究成果:
（1）通过对K2CO3,K2CO3•1.5H2O,K4H2(CO3)3•1.5H2O和KHCO3晶体结构的研究来分析碳酸化反应机理,而后,采用正交实验对碳酸化反应条件加以优化,还建立了碳酸化反应动力学模型。发现KHCO3分解产生的K2CO3与CO2进行碳酸化的反应速率快、碳酸化转化率高。
(2) 将高活性钾基碳酸盐与强度高、耐磨性强、孔隙特性发达的载体材料结合在一起之后,发明了一种机械强度好、反应活性优良的K2CO3/Al2O3二氧化碳固体吸收剂。
（3）针对K2CO3/Al2O3固体吸收剂的碳酸化反应特性、再生反应机理、循环脱碳特性和抗磨损特性四个方面进行了全面的分析,还根据这些分析，建立了应用该种K2CO3/Al2O3吸收剂脱除烟气CO2的理论体系。
（4）基于燃煤电站发电系统的工艺特点,本着减少能耗、降低成本的原则,发明了干法脱除燃煤烟气CO2的装置和方法，该方法以高活性钾基吸收剂为主要对象。该工艺系统中碳酸化反应所需水蒸汽由电厂汽轮机排汽提供,将汽轮机的排汽进行有效利用。
（5）建立了国内首套中试规模的“钾基固体吸收剂CO2脱除-吸收剂再生”综合实验装置,并进行了连续脱碳试验,获得了宝贵的的试验数据。在合理控制反应温度、水蒸气浓度、料层高度和物料循环量后,可使CO2脱除率达到95%以上。