1  日本和俄罗斯的研究现状碱金属基吸收剂干法脱碳技术的概念首次在20世纪90年代被提出。烟气中10%左右的水蒸气在变压吸附法中，会对物理吸附剂的脱碳效果产生严重的影响；而在选用热碱脱碳法时，碱液再生也是个问题，该过程需要消耗很大的能量。因此，日本的Hirano和Hayashi等针对这些问题提出了在多个固定床反应器内循环脱除烟气中CO2的理念，其中固体吸收剂为K2CO3/AC（活性炭）。活性炭属于疏水性物质，当使用的载体为活性炭时[13]，K2CO3是先与H2O反应生成水合碳酸钾，第二步接着再与CO2反应生成KHCO3，而不是直接就与CO2和H2O反应生成KHCO3。在此基础上，他们提出在水蒸气存在的情况下对吸收剂再生，从而再生吸收剂的主要成分是水合碳酸钾，这样一来，达到的脱碳效果就会更佳。他们通过固定床试验系统，共进行了10次脱碳-再生循环试验，发现脱碳性能维持稳定，没有发生衰减状况。并且基于固定床的试验结果，他们对该反应系统进行了能量衡算，发现该系统消耗的能量比传统的MEA法消耗的能量减少了一半以上[13]。83245

2  美国的相关研究

    2000-2007年期间，美国开展了碱金属基吸收剂（Na2CO3、K2CO3）干法脱除烟气CO2研究，想通过干法可再生的钠基吸收剂，对现有使用化石燃料的常规发电站，开发一种CO2分离技术，价格低廉的同时还要满足流程运行的简单[14]。论文网

    美国三角研究所(RTI)在对碱金属基吸收剂进行循环脱碳特性的研究时，建立了小型流化床系统，研究发现所有吸收剂的脱碳特性都不太理想[15-16]。由于碳酸化反应是一个强放热反应，对于钠基吸收剂，反应器温度升高约20-60℃，对于钾基吸收剂，反应器温度升高约60-110℃，导致CO2脱除率和吸收剂碳酸化转化率很低[17]。

这主要是因为吸收剂在碳酸化反应的初始阶段，反应速度快，放热量高。因此反应床不宜使用固定床，使用夹带床运行或停留时间短的输运床是较好的方案。

在加拿大CAMMENT研究中心，RTI通过建立中试规模的输运床反应器，对选定的负载型碱金属基吸收剂的脱碳特性进行了研究[17]。研究发现CO2浓度为3%时，经过7次脱碳—再生循环，CO2的最大脱除率降低了3%个点，由95%降至92%，反应器的温度从4℃升高至11℃，平均粒径由0。076mm减小至0。072mm。当CO2的浓度升高至15%时，其最大脱除率降低至61%。其中的原因主要是输运床内气体速度高，气固接触时间短，吸收剂的碳酸化反应进行的不彻底。为了优化该系统，减少反应床的床层阻力，RTI设计了如图1的气固并流下行床脱碳工艺[17-19]。

其中反应床为气固下行床，并在床内沿床高设置了很多的阻力件来增加气固接触时间。两个垂直的螺旋输料器是吸收剂再生和冷却的场所，其中再生反应的介质为低品质的蒸汽，再生后的吸收剂经过水冷螺旋输料器被输送至吸收床顶端，从而进行了循环利用[17]。

图2  下行床脱碳-热螺旋输料器再生工艺系统图

3  韩国的相关研究

韩国近几年也对钾钠基固体吸收剂脱碳技术展开了相关的研究。他们主要利用鼓泡流化床、固定床和双流化床反应器系统，对负载型钾基吸收剂的反应特性进行相关试验研究。其中韩国能源研究所（KIER）建立了“快速流化床脱碳-鼓泡流化床再生”的连续脱碳反应系统。

    KIER搭建了如图3所示的双流化床反应系统：碳酸化床是高度为6m，密相区内径为35mm，稀相区内径为25mm的快速流化床，再生反应床是高度为1。28m，内径为0。1m的鼓泡流化床。通过冷态试验分别研究了碱金属基吸收剂在快速床内的碳酸化反应特性和在鼓泡床内的再生反应特性[20-21]。他们将模拟烟气送入该系统，使系统进行了20个小时的连续稳定运行。通过试验初步研究了临界流化速度、固体物料循环倍率、碳酸化温度和水蒸汽含量对脱碳的影响[22]。