随着人类工业化进程的加速发展，温室效应日益成为人们关注的焦点之一。在各种工业排放的温室效应气体中，CO2是工业排放比例最大的气体[1]，如不采取积极的温室气体减排措施，预计从现在起到2100年，全球的平均温度将继续升高1。4-5。8℃[2]。2009年12月，哥本哈根世界气候大会上，大多数国家对应对气候变化问题达成了共识，都表示要在应对气候变化问题上承担各自的责任。我国作为最大的发展中国家，在经济迅猛发展，综合国力不断提升的同时，人均二氧化碳排放量逐年攀升，是目前仅次于美国的世界上第二大排放国，总排放量预计将于2025年左右超过美国而成为的头号排放大国。这样必定会给我国乃至全球带来更加严重的气候和生态环境方面的问题。因此，必须尽早采取有效措施控制CO2的排放，减缓“温室效应”。中国政府承诺，到2020年，中国单位国内生产总值CO2排放比2005年减少40%～45%[3]。

    虽然对于温室效应有着很大的促进作用，但是同时CO2也是一种重要的工业资源。例如作为惰性气体用于气体保护焊，作为石油开采的驱油剂，也可将其作为合成尿素、液态烃和汽油，制造碳酸盐、干冰、阿司匹林，共聚制成可降解塑料，制取脂肪酸和水杨酸及其衍生物的原料等。从富含CO2的烟气中分离回收CO2，一方面可以减少温室气体的排放，另一方面还可以获得适用于工业应用的经济的原料[4-5]。所以研究二氧化碳的捕集与分离技术有着及其重大的现实意义。本文主要从碱金属基吸收剂吸收二氧化碳的角度设计二氧化碳的捕集装置。

1。2  碱金属基干法脱除CO2的基本原理

碱金属基吸收剂干法脱除技术的基本原理如下图1。2。其中脱碳过程主要由两个化学反应实现：

                             (1)

                             (2)

(其中M为Na或K)

图1。2  碱金属基吸收剂干法脱除CO2技术示意

    碱金属基吸收剂是由碱金属(主要指Na和K)的碳酸盐附着于高比表面积和孔隙率且吸附性能良好的载体材料上制作而成[6]。化石燃料燃烧产生的烟气经脱硫、脱氮后进入碳酸化反应器，在水蒸汽的参与下，烟气中的CO2与负载型M2CO3反应生成MHCO3，并释放出一定的反应热，脱除CO2后的烟气经烟囱排入大气；MHCO3在再生反应器中被加热，分解生成M2CO3、H2O和CO2，H2O和CO2的混合气体经冷凝后除去水分即可得到高纯度的CO2，M2CO3则重新返回碳酸化反应器被重复利用[7-8]。上述碱基吸收剂干法脱除的过程只是一种原则性描述，而在实际反应过程中，反应条件的变化对吸收的利用效率和循环的脱碳效率会造成较大影响。利用钾钠基固体吸收剂低温脱除烟气中CO2，其碳酸化温度为60～80℃，再生温度为100～200℃。在该温度下，吸收剂不易失活，多次循环后仍可保持较高的转化率。该系统置于脱硫脱硝设备之后，避免因硫氧化物、氮氧化物参与反应造成吸收剂的大量失效[9-11]。经脱硫脱硝后，烟气温度降至200℃左右，该反应系统所需热量可完全由烟气余热来提供，成本和能耗都很低[12]。

1。3  碱金属碳捕集技术的国内外发展现状

1。3。1  日本和俄罗斯的研究现状

1。3。2  美国的相关研究

1。3。3  韩国的相关研究

1。3。4  国内的相关研究

1。4  本设计的预期效果

综上所述，当前已采用的反应器形式较为常规，主要有固定床、鼓泡流化床和循环流化床。其中固定床和鼓泡流化床结构简单，吸收剂在反应器内有足够的停留时间，但较难实现物料循环；循环流化床可获得较大的物料循环量，但气固接触时间相对较短，不利于CO2捕集率的提高。东南大学在针对钾基CO2吸收剂的研究发现，当停留时间足够时，钾基吸收剂的CO2吸收量可达2。4 mmol/g-sorbent , 但是在双鼓泡床串行连续反应系统中吸收量仅为0。86 mmol/g sorbent。韩国KIER快速床-鼓泡床的串行连续反应实验结果表明，其CO2 吸收量为0。59 mmol/g-sorbent，吸收剂的实际利用率不高，均低于35%，所以在优化反应器的形式及其操作方式，提高吸收剂的实际利用效率上仍有很大空间。然而目前针对优化反应器设计方面的研究鲜有报道。本设计将提出一种基于输运床鼓泡床耦合的叠式反应器设计，该反应器能够在有效控制吸收剂循环流率的同时，获得足够的气固接触时间，实现吸收剂高效、连续地捕集CO2。