鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法
2023-05-18 06:37:01 1
專利名稱：：鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法
技術領域：
：本發明涉及增強鈣基吸附劑循環捕捉co2性能的方法，屬於環境汙染防治與潔淨煤燃燒
技術領域：
。技術背景目前，以C02為主的溫室氣體所引起的全球變暖已受到世界各國的普遍關注。2004年美國公布的數據顯示，從2000年到2004年全球C02排放水平每年增加3%——這一速度是1990年到1999年C02排放增加速度(1.1%)的近3倍。這將會引發植被的遷徙與物種滅絕，氣候帶移動，海平面上升與陸地淹沒，洋流變化與厄爾尼諾頻發等現象。我國是C02排放大國，尤其是燃煤電站C02的排放控制己經到了刻不容緩的地步。C02控制方法眾多，這些方法'中既包括物理分離法，如膜分離法，也包括化學吸附法，如胺吸收法、生物吸收法和化學鏈燃燒法等。一般認為化學吸附法具有更高的C02脫除效率，然而技術經濟性也是選擇C02減排方式的重要因素，大規模減排C02方式對於技術經濟性提出了更高的要求。選擇廉價高效的C02吸附劑是有效控制C02排放的關鍵。近年來，鈣基吸附劑的煅燒膽酸化反應分離C02的方法引起了各國學者的極大興趣和廣泛關注。該方法採用價格低廉、分布廣泛的石灰石和白雲石作為C02吸附劑。鈣基吸附劑循環煅燒/碳酸化反應，既可以在美國LosAlamos國家實驗室提出的以煤直接制氫為核心的近零排放煤炭發電技術中分離C02，也可以在加拿大能源礦產中心(CANMET)提出的雙流化床煤燃燒系統中床內直接捕捉C02。以化石燃料、生物質燃燒或氣化過程中鈣基吸附劑如石灰石循環煅燒/碳酸化捕捉C02系統為例進行說明。如圖1所示，鈣基吸附劑進入煅燒爐，該爐內採用02/C02循環燃燒方式提供鈣基吸附劑分解所需的熱量，使分解的C02便於回收，形成的CaO進入到碳酸化反應器中捕捉燃燒或氣化反應產生的C02，形成的碳酸鈣再到煅燒爐中分解再生為CaO，反應循環進行。失活的CaO被排出，同時添加新鮮的吸附劑以補充失活的吸附劑。然而鈣基吸附劑在循環煅燒順酸化反應中存在一個明顯的不足即隨著循環反應次數的增加，碳酸化性能即捕捉C02的能力迅速下降。為了保持較高的C02脫除效率，不得不額外補充大量新鮮吸附劑。大量的鈣基吸附劑在反應器內循環不僅使運行成本增加，而且還能使反應器的磨損、粘汙和腐蝕加劇。因此提高鈣基吸附劑循環吸附co2的能力，以較少的鈣基吸附劑取得較高的co2循環脫除能力對於安全經濟運行具有十分重要的意義和價值。
發明內容技術問題本發明的目的是提供一種既能提高鈣基吸附劑循環捕捉C02性能，又能處理乙酸廢水的鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法。該方法不僅能有效抑制隨循環反應次數增加鈣基吸附劑碳酸化轉化率的嚴重衰減，增加吸附劑在循環反應過程中的抗燒結性能，減小新鮮吸附劑的添加量，減輕反應設備的磨損和腐蝕，而且能夠處理乙酸廢水中的乙酸和回收丙酮。技術方案在常溫常壓條件下，將乙酸廢水置於容器內，將石灰石、白雲石及氧化鈣等鈣基吸附劑顆粒加入乙酸廢水中，邊加入邊攪拌，乙酸廢水中乙酸與鈣基吸附劑中Ca的摩爾比高於L5:l，在反應過程中保持攪拌使鈣基吸附劑與乙酸廢水反應均勻，反應5小時後，將容器內的反應產物進行加熱乾燥脫水。乙酸廢水調質鈣基吸附劑後得到的反應產物能釋放出丙酮，採用乾餾的方法可回收丙酮，剩餘固體產物作為C02吸附劑。乙酸廢水是食品、或輕紡、或醫藥、或染料、或香料、或農藥產生的乙酸廢水，鈣基吸附劑的原料是石灰石、或白雲石、或氧化鈣。檢測結果表明，經乙酸溶液調質後的鈣基吸附劑第1次煅燒後CaO晶粒尺寸小於原鈣基吸附劑第1次煅燒後的CaO晶粒尺寸。隨著循環反應次數的增加，原鈣基吸附劑煅燒後CaO的晶粒尺寸迅速變大，晶粒間的孔隙隨之減小，從而增大了C02在顆粒中的擴散阻力，對碳酸化反應是不利的；而經乙酸溶液調質後的吸附劑煅燒後隨循環次數的增加，CaO晶粒尺寸增加緩慢，表現出了較強的抗燒結性能，較好地保持了晶粒間的孔隙，這有利於C02在晶粒間的擴散。採用氮吸附儀對乙酸溶液調質前後吸附劑煅燒後的孔結構參數進行分析，結果表明，和原吸附劑的比表面積和比孔容隨循環次數的增加迅速減小相比，乙酸溶液調質後的吸附劑煅燒後比表面積和比孔容均遠高於原吸附劑，並且隨著循環反應次數的增加比表面積和比孔容下降緩慢，在經相同循環反應次數後乙酸溶液調質後的吸附劑煅燒後孔分布更優於原吸附劑。由於乙酸溶液調質優化了鈣基吸附劑煅燒後的微觀結構，使得鈣基吸附劑具有更為良好的碳酸化性能和抗燒結性能。有益效果採用乙酸廢水調質鈣基吸附劑提高其循環捕捉C02性能具有以下優點1.明顯提高了鈣基吸附劑在長期循環煅燒/碳酸化過程中的抗燒結性能和循環捕捉C02的能力。2.能夠有效處理乙酸廢水中的乙酸，減小乙酸廢水排放所引起的環境汙染。3.可以從乙酸廢水調質後的鈣基吸附劑中回收丙酮，可作化工原料，提高了反應過程的經濟性。4.採用改性的鈣基C02吸附劑可以降低運行成本，在一定程度上可減輕碳酸化過程中鈣基吸附劑對設備的磨蝕。圖1為鈣基吸附劑在燃燒或氣化過程中以循環煅燒/碳酸化反應方式捕捉C02流程圖；圖2為在循環煅燒膽酸化過程中採用乙酸廢水調質鈣基吸附劑的工藝流程圖。具體實施方式圖2為在循環煅燒娥酸化過程中採用乙酸廢水調質鈣基吸附劑的工藝流程圖。鈣基吸附劑進入調質反應塔與乙酸廢水發生酸化反應，調質後的吸附劑再進入乾餾反應塔進行乾餾，回收調質吸附劑釋放出的丙酮，然後再進行煅燒/碳酸化反應循環捕捉C02。採用乙酸廢水調質鈣基吸附劑具體的操作方法如下所述在常溫常壓條件下，將乙酸廢水溶液置於容器內，將石灰石、白雲石及氧化鈣等鈣基吸附劑顆粒加入乙酸廢水中，邊加入邊攪拌，乙酸廢水中乙酸與鈣基吸附劑中Ca的摩爾比高於1.5:1,在反應過程中攪拌使鈣基吸附劑與乙酸廢水反應均勻，反應5小時後，將容器內的反應產物進行加熱乾燥脫水。乙酸廢水調質鈣基吸附劑後得到的反應產物在380'C左右能釋放出丙酮，採用乾餾的方法可回收丙酮，剩餘固體產物作為C02吸附劑。在循環煅燒順酸化反應過程中，對採用乙酸溶液調質後的石灰石和原石灰石的循環碳酸化轉化率進行實驗測定，如表l所示；對採用乙酸溶液調質後的白雲石和原白雲石的循環碳酸化轉化率進行實驗測定，結果見表2。實驗條件為-煅燒溫度為920'C，煅燒氣氛為80%<:02和20%02，碳酸化溫度為650700"C，碳酸化氣氛為15%002和85%N2。不難發現，經乙酸溶液調質後鈣基吸附劑在循環煅燒凍酸化過程中的碳酸化轉化率得到了明顯的提高。表1乙酸溶液調質後的石灰石和原石灰石的碳酸化轉化率種類循環反應次數碳酸化轉化率10.74tableseeoriginaldocumentpage6表2乙酸溶液調質後的白雲石和原白雲石的碳酸化轉化率種類循環反應次數碳酸化轉化率tableseeoriginaldocumentpage6權利要求1.一種鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法，其特徵在於所述方法以乙酸廢水、鈣基吸附劑為原料，其方法如下在常溫常壓條件下，將乙酸廢水置於容器內，將鈣基吸附劑顆粒加入乙酸廢水中，邊加邊攪拌，乙酸廢水中乙酸與鈣基吸附劑中鈣的摩爾比高於1.5∶1，在反應中保持攪拌使鈣基吸附劑與乙酸廢水反應均勻，將容器內的反應產物進行加熱乾燥脫水；乙酸廢水調質鈣基吸附劑後得到的反應產物能釋放出丙酮，採用乾餾的方法回收丙酮，剩餘固體產物為鈣基二氧化碳吸附劑。2.根據權利要求1所述的鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法，其特徵在於乙酸廢水是食品、或輕紡、或醫藥、或染料、或香料、或農藥產生的乙酸廢水。3.根據權利要求1所述的鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法，其特徵在於鈣基吸附劑的原料是石灰石、或白雲石、或氧化鈣。全文摘要鈣基二氧化碳吸附劑的製備方法以乙酸廢水、鈣基吸附劑為原料，其方法如下在常溫常壓條件下，將乙酸廢水置於容器內，將鈣基吸附劑顆粒加入乙酸廢水中，邊加邊攪拌，乙酸廢水中乙酸與鈣基吸附劑中鈣的摩爾比高於1.5∶1，在反應中保持攪拌使鈣基吸附劑與乙酸廢水反應均勻，將容器內的反應產物進行加熱乾燥脫水；乙酸廢水調質鈣基吸附劑後得到的反應產物能釋放出丙酮，採用乾餾的方法回收丙酮，剩餘固體產物為鈣基二氧化碳吸附劑。該方法能夠應用於化石燃料和生物質在燃燒或氣化過程循環煅燒/碳酸化大規模脫除二氧化碳的工藝中，並且能夠從乙酸廢水中回收重要的化工原料丙酮。文檔編號B01J20/30GK101269320SQ20081010075公開日2008年9月24日申請日期2008年5月16日優先權日2008年5月16日發明者李英傑,財梁,趙長遂,陳曉平申請人:東南大學