修饰电石渣作为CO2高温载体的循环反应特性研究
钙循环法是利用石灰石等钙基载体循环煅烧/碳酸化反应高温捕集CO2的方法，具有价格低、能耗小、载体容量大等优点，工业应用前景良好。电石渣是电石生产乙炔时形成的钙基废弃物，一般进行就地堆放填埋处理，这不仅占用大量土地，而且对生态环境和人类健康造成严重威胁，同时又浪费了钙资源。前期研究表明，电石渣作为CO2高温载体循环煅烧/碳酸化捕集CO2性能良好，利用低成本电石渣代替石灰石等钙基载体循环捕集CO2，既能资源化利用电石渣，又能避免因开采石灰石等钙基载体而带来的生态破坏和能量消耗。因此，电石渣资源化利用与燃煤电站低成本CO2捕集集成技术有一定应用前景。 随煅烧/碳酸化循环次数增加，电石渣捕集CO2性能逐步下降。为进一步提高电石渣的循环捕集CO2性能，本文通过化学修饰对电石渣进行处理制备了以下3种新型钙基CO2载体:由电石渣制备的沉淀碳酸钙，经粗木醋液修饰的电石渣和电石渣/硝酸铝燃烧合成的复合载体。研究制备条件和反应条件对修饰电石渣循环捕集CO2特性的影响规律;分析修饰处理前后钙基载体微观结构的变迁特性和物相变化，揭示修饰电石渣循环捕集CO2反应机理。 研究利用电石渣制备沉淀碳酸钙循环煅烧/碳酸化捕集CO2性能，提出电石渣干/湿法两段捕集CO2工艺路线。研究表明，沉淀碳酸钙循环捕集CO2性能高于电石渣，沉淀碳酸钙的最佳碳酸化温度为700℃。沉淀碳酸钙循环稳定性比电石渣高，第20次循环时的碳酸化转化率比电石渣提高了38％。 经过粗木醋液修饰处理电石渣的循环捕集CO2性能也得到提高，第20次循环时的碳酸化转化率为0.47，比电石渣提高了27％。粗木醋液修饰电石渣在第1次煅烧过程中，有机物的释放和燃烧导致钙基载体温度升高，加剧钙基载体的烧结。提出400℃预煅烧处理粗木醋液修饰电石渣方法，提高其CO2捕集性能的同时可以回收利用丙酮。在最佳预煅烧处理时间为30min的条件下，第20次循环时的碳酸化转化率为0.52，比电石渣提高了41％。预煅烧处理粗木醋液修饰电石渣的煅烧产物比煅烧粗木醋液修饰电石渣和电石渣在循环反应中具有更大的比表面积和比孔容，有利于CO2捕集。 Al(NO3)3·9H2O可溶于水，电石渣中Ca(OH)2可溶于甘油，为了Al(NO3)3·9H2O和Ca(OH)2均匀混合，以水和甘油为溶剂，采用电石渣/硝酸铝燃烧合成方法制备的复合CO2高温载体具有良好CO2捕集性能和循环稳定性。当CaO/Al2O3质量比为90∶10，燃烧合成温度为800℃，碳酸化温度为700℃时，复合载体取得最佳CO2捕集性能。复合载体第20次循环时的CO2吸收量为0.42，比电石渣提高了68％。燃烧合成法制备的复合载体经过20次循环后仍能保持良好孔隙结构，有利于CO2在载体内部扩散和吸收。
电石渣;钙循环法;二氧化钛;捕集集成技术;高温载体
山东大学
硕士
热能工程
李英杰
2014
中文
TQ161
74
2014-10-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）