基于非等温动力学的负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂CO2再生特性研究
碱金属基干法脱除CO2实质是利用碱金属碳酸盐与烟气中的CO2接触并发生化学反应，形成不稳定的盐类，而该类盐在一定的条件下会逆向分解释放出CO2而再生，从而达到将CO2从烟气中分离脱除的目的。与化学溶液吸收法相比，碱金属基干法捕获CO2技术具有反应能耗低、循环利用效率高、对设备无腐蚀、无二次污染等优点，已成为国内外学者研究的热点。本文着重研究了分析纯KHCO3、负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂CO2再生反应及其动力学特性。
通过对比六方晶系K2CO3和单斜晶系K2CO3的比表面积、孔径和孔容可知，六方晶系K2CO3的微观结构和形貌较好，选定由KHCO3分解而得到的六方晶系K2CO3作为负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂的活性组分。通过热重分析试验研究了分析纯KHCO3在不同气氛、不同升温速率和不同反应终温下分解特性，结果表明，分析纯KHCO3在100℃以下几乎不发生分解反应，当温度超过125℃时开始缓慢分解。分析纯KHCO3在氮气和空气气氛均能完全分解，最佳反应终温为200℃左右，最佳升温速率为15～20℃/min，空气气氛更有利于再生反应的发生。通过对载体材料的颗粒形状、颗粒粒径分布和成本等方面综合考虑，选用上海闵行电厂燃煤飞灰作为负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂的载体材料。新型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂主要由活性组分、载体材料和粘结剂等组成，其中活性组分为分析纯KHCO3，载体材料为上海闵行电厂燃煤飞灰，粘结剂为泡花碱（液体硅酸钠），吸收剂的制备步骤主要包括研磨、混合、干燥和煅烧等。利用热天平法研究了负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂在不同气氛、不同升温速率和不同反应终温下的再生反应特性，结果表明，负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂再生反应的开始温度为100～150℃，结束温度为225～275℃，最佳升温速率为15～20℃/min，最佳反应终温为200℃左右。在氮气和空气气氛下，负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂在终温200℃进行再生反应，结果表明，在空气气氛下的再生过程的最大反应速率约为1.1mg/min，而在氮气气氛下的最大反应速率约为0.6mg/min。因此，在相同的终温条件下，空气气氛更有利于CO2吸收剂再生。通过电镜扫描、氮吸附表征分析了再生后的新型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂的微观结构、孔径与孔容。基于非等温动力学方法，研究了分析纯KHCO3和负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂在不同气氛、不同升温速率下分解反应的再生反应动力学特性，结果表明，分析纯KHCO3分解反应的最概然机理函数模式为随即成核和随后生长。通过一般积分法求解再生反应动力学特性，分析纯KHCO3在氮气气氛下再生反应活化能在85.7～92.0kJ/mol之间，而在空气气氛下再生反应活化能为85.3～117.2kJ/mol之间;负载型KHCO3/燃煤飞灰吸收剂在氮气气氛下再生反应活化能为27.1～69.4kJ/mol，而在空气气氛下再生反应活化能在24.8～59.8kJ/mol之间。对比分析纯KHCO3和负载型KHCO3/煤飞灰吸收剂再生反应活化能可知，负载型CO2吸收剂的再生反应活化能较低。
非等温动力学;负载型KHCO3;燃煤飞灰吸收剂;CO2再生特性
东华大学
硕士
热能工程
刁永发
2013
中文
TK223.27;TQ424
86
2013-08-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）