《複合型鈉基吸收劑乾法捕集CO2機理研究》是依託東南大學，由陳曉平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複合型鈉基吸收劑乾法捕集CO2機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳曉平
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鹼金屬基吸收劑乾法捕集CO2技術具有低腐蝕、低能耗等優勢，近年來日益受到關注。本項目發展基於鈉基吸收劑的CO2捕集技術的理論和方法，發展一種結合有機和無機吸收劑優點的新型複合型鈉基吸收劑。採用多孔載體材料負載並添加摻雜劑以提高鈉基吸收劑碳酸化反應活性，並進一步對負載型納基吸收劑進行表面氨基修飾，利用溶膠凝膠法將活性成分、催化成分、載體有機結合，以最大限度地使吸收劑的脫碳機制由多層擴散吸收發展到單層表面吸收。探明摻雜劑、氨基前驅物、吸收劑載體及其前驅物與碳酸鈉的合成機制；揭示表面氨基修飾複合型鈉基吸收劑的脫碳機理、再生反應機理及催化機理。進一步，將複合型納基吸收劑套用於一種能夠同時獨立調節循環流率和停留時間的新型流化床反應器，並研究反應器操作參數對脫碳過程的影響規律和機制。本項目最終形成的複合型鈉基吸收劑乾法捕集CO2技術的理論和方法，是對已有燃燒後乾法捕集CO2技術的一個重要拓展。
結題摘要
燃煤電站作為我國最大的碳排放源，大力發展與其相適應的碳減排技術勢在必行。鈉基固體吸收劑脫除CO2技術以其材料成本低、儲量大、吸收劑循環利用效率高、適用條件溫和等優點被認為是有望大力推廣的碳捕集技術之一。但相對慢的吸收速率和較低的吸收容量限制了其工業化套用。本項目發展了摻雜型、氨基修飾型等多種複合型鈉基吸收劑。探明了複合型吸收劑的脫碳-再生機理，催化機理和失效機理，掌握了吸附劑合成機制，同時開發了一種能夠同時獨立調節循環流率和停留時間的新型流化床反應器。綜合研究了以硅藻土、SiO2、ZrO2、TiO2和γ-Al2O3為載體的負載型鈉基吸收劑的微觀結構和碳酸化反應特性，選定γ-Al2O3為載體材料並系統研究了Na2CO3/Al2O3吸收劑的碳酸化反應和再生反應特性及機理。提出以5%MgO、1%TiO2或5%TiO(OH)2作為摻雜劑時Na2CO3/Al2O3吸收劑吸收容量、吸收動力學特性均有明顯提升，並通過鼓泡床試驗驗證了該發現。鎂類摻雜劑的催化作用表現在形成類水滑石結構，促進離子、分子在板層間移動，而鈦基摻雜劑則通過表面大量羥基作用強化了吸收劑對水的親和力，從而促進了碳酸化反應。系統考察了氨基前驅物、載體前驅物、乾燥方式、組分配比等對氨基修飾型複合鈉基吸收劑吸收性能的影響，掌握了複合型鈉基吸收劑的合成製備工藝。基於固定床測試平台，探明了鈉氨複合型吸收劑的脫碳-再生機理並對循環穩定性進行了測試。 鈉氨複合型吸收劑的抗硫失效特性被解耦為負載型鈉基吸收劑和氨基吸收劑的抗硫失效問題。研究結果表明，兩種吸收劑均會生成難再生的亞硫酸/硫酸鹽。動力學分析認為：50℃下，負載型鈉基吸收劑的CO2反應競爭性最強；而氨基吸收劑CO2吸收量下降趨勢隨溫度升高先升高（30-50℃）後降低（60-70℃）。完成了鼓泡流化床-輸運床耦合反應器的設計、搭建、運行，掌握了各操作參數對吸收劑脫碳-再生過程的影響規律和機制，並測試了鹼金屬基吸收劑24小時連續脫碳的效果，CO2脫除率可穩定在80%以上。另外，基於第一性原理建立了碳酸鈉表面碳酸化反應過程模型。
