美国ResearchTriangleInstitute(RTI)等[16-19]、韩国KoreaElectricPowerResearchInstitute(KEPRI)等[20-27]以及加拿大ANMETEnergyTechnologyCentre(CETC)[28]和东南大学等[29]都在该领域有所研究。RTI和CETC等主要对钠基吸收剂进行了研究,KEPRI等则主要将Na2CO3、K2CO3负载于多种载体,从而探明负载型碱金属基吸收剂在流化床或固定床的脱碳性能[32]。79508

(1)美国ResearchTriangleInstitute[21]利用干法可再生的碱金属吸收剂(Na2CO3/K2CO3)开发了一种干法脱除烟气中CO2的技术,反应方程式如上式(3)和(4),预计每年可达到减排CO24。4亿[22]。引起了很多国际学者的兴趣。

但该研究侧重于工程应用,局限性较大,各因素也考虑的不够全面,从而也出现了一系列问题如:脱碳速率较低、热量聚集不易散失,导致反应炉内温度过高,产生反应向逆方向进行的趋势,影响了脱碳效率,另外,碳酸化反应中会生成副产物Wegscheiderita

(NaCO3·3NaHCO3),两方面的阻碍使脱碳效率降低了百分之四十左右,还有一在脱碳试验前和试验中固定流化床出现了床层堵塞等[23]。

(2)韩国[24-27]KyungpookNationalUniversity(KNU),YeungnamUniversity(YU),KoreaElectricPowerInstitute(KEPRI)和KoreaInstituteofEnergy(KIER)近几年主要研究了负载型钾基吸收剂在各种反应室内的特性,并且做了一些实验,得到了一定的试验数据。

研究期间有一些创新的做法:选择活性炭、二氧化硅、氧化镁、二氧化钛、氧化铝、氧化钙等多种材料作为载体,以K2CO3为活性物质制备成负载型钾基吸收剂,在固定反应器内来探明它的脱碳和循环性能[33]。研究得到,以活性炭、二氧化钛、氧化镁、氧化铝为载体的负载型钾基吸收剂脱碳性能良好,但是具有明显的循环性能差别[34]。经过一系列试验手段发现,以活性炭和二氧化硅为载体的负载型钾基吸收剂具有较好的再生性能,脱碳性能也很好,

能够有效的吸收二氧化碳。以氧化铝为载体的吸收剂碳酸化产物中有KAl(CO3)2(OH)2 ,而这种物质再生性能并不乐观,经过一段时间的循环,脱碳性能衰减严重;而以氧化镁为载体的负载型钾基吸收剂经过碳酸化反应,产物比较复杂,其中氧化镁也参与了反应,脱碳性能随着反应次数的增加越来越差。研究认为[30],当温度不是很高的时候,以二氧化钛为载体的负载型钾基吸收剂的脱碳和再生特性都优于以活性炭为载体的负载型钾基吸收剂。所以更趋向于选择二氧化钛作为载体。论文网

韩国还将水蒸气流管植入系统,来探究水蒸气预处理对碱金属基吸收剂脱碳性能的影响

[31-32]并且发现了争议性结论:经过水蒸气预处理,碳酸化反应产物中有K2CO3·1。5H2O[33]。另外,韩国研究机构在双流化床中进行了针对表水蒸气用量、观气体速率、循环倍率和碳酸化温度对脱碳反应的影响的一系列试验,得到了一定的基础数据[28]。

(3)俄罗斯的学者也对多种多孔介质作为载体来进行了大量的研究,并且用化学反应动力学深入分析了脱碳反应级数和机理[34-35],得出了一下结论:第一步载体与活性组分先进行水合,第二步才吸收CO2。

(4)加拿大的CANMETEnergyTechnologyCentre(CETC)也在进行钠基吸收剂十法脱除CO2的相关研究[36]。

碱金属基固体吸收剂脱碳技术中,钾基吸收剂与钠基吸收剂相比较,钾基吸收剂在脱碳和再生反应中有较高的转化率和反应速率,显现出较高的反应活性[35]。LSU、RTI和C&D针对钠基二氧化碳吸收剂进行的研究发现[36],钠基吸收剂达到80%的碳酸化转化率需200-300min;而赵传文等[20-22]研究发现由KHCO3分解产生的K2CO3表现出优越的碳酸化反应性能,20min内转化率高达85%以上,因此现今大部分研究者都以钾基吸收剂作为研究重点[37-43]。但是,钾基吸收剂的再生温度为200-300℃,且再生缓慢[37],而吸收剂再生过程是CO2捕集工艺的主要能耗所在,较高的再生能耗较是制约该技术工艺商业化应用的一大因素。针对负载型钠基吸收剂,很多学者提出将Na2CO3、NaHCO3等碱金属碳酸盐/碳酸氢盐直接负载到多孔材料催化剂TiO2、TiO(OH)2和FeOOH上[38],可提升碱金属碳酸盐与CO2的反应活性,降低吸收剂的脱碳-再生反应活化能。基于此,针对K2CO3所需再生反应活化能较高的问题,本论文将负载型钾基吸收剂K2CO3/Al2O3的基础上,分别添加催化剂ZrO2、TiO2和TiO(OH)2,以降低钾基吸收剂的再生反应活化能,从而降低再生反应能耗。

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