日本和俄罗斯的研究[16] 为了解决物理吸附剂在水蒸气存在下脱碳效果不好的问题,日本的Hirano和Hayashi等提出的主要工艺为活性炭(K2CO3/AC)吸收剂在固定床反应器中脱除烟气。他们的研究发现,浸渍法负载碳酸钾时,大部分活性成分以颗粒的形式负载在活性炭表面,因而没有填充到孔结构中,导致脱碳效果不佳。此外,他们还发现,反应时K2CO3是先与H2O反应生成水合碳酸钾,再进一步与CO2反应生成KHCO3。他们还进一步分析了能耗,发现该技术比传统的MEA法少消耗一半以上的能耗。25340
俄罗斯的Sharonov和Okunev等考察了活性氧化铝, 活性炭和硅胶等多孔介质作为载体时钾基吸收剂的脱碳特性,并研究了K2CO3/Al2O3的反应动力学特性[17-18]。
这些研究都提供了很好的技术引导,具有很高的参考价值。论文网
(2)美国的研究
美国研究该技术的最主要的机构为:三角研究所(RTI)、路易斯安那州立大学(LSU)和切奇杜威公司(C&D)。他们主要开展了钠基固体吸收剂低温脱除烟气CO2的研究。旨在开发造价低廉的,针对现有化石燃料常规电站的脱碳技术。
三角研究所(RTI)对各种钠、钾基的化合物和负载吸收剂的碳酸化特性进行了研究,用热重分析仪和流化床反应器作为测试仪器。研究结果发现,钠基吸收剂的碳酸化温度适宜为60-80℃,再生温度适宜为120-200℃。热重实验结果表明,不同温度下碳酸化产物不同:60℃时碳酸化产物为NaHCO3;70℃时碳酸化产物为Na2CO3•3NaHCO3;80℃时碳酸化反应速率缓慢,转化率很低。他们还发现,水蒸气预处理吸收剂可以改善吸收剂的脱碳效果。他们还考察了实际的化石燃料燃烧电站烟气脱碳系统,比较之后计算出使用40%负载量的钠基吸收剂进行脱碳的能耗为170kJ/mol CO2[20],相比较之下,改进的MEA吸收法能耗为276 kJ/mol CO2,进一步证实了干法钠基脱碳工艺的技术优势。
路易斯安那州立大学(LSU)主要对钠基吸收剂的碳酸化和再生循环特性进行了研究。切奇杜威公司(C&D)主要负责制备吸收剂,并对吸收剂的材料进行表征研究。
(3)韩国的研究
韩国的韩国电力设计研究院(KEPRI)和庆北国立大学(KNU)在韩国科学技术部的资助下对钾基固体吸收剂脱碳技术进行了研究。
KNU利用小型固定床系统对钾基吸收剂进行脱碳机理性研究工作,选择合适的吸收剂配方[21]。他们将K、N的碳酸盐负载到AC、TiO2、SiO2、Al2O3上,研究其循环脱碳特性。发现虽然CO2吸收量大,但循环特性差异较大,主要看反应产物。如果产物是KHCO3,则在150℃左右可以完全再生。
KEPRI观察各种负载型钠基吸收剂的物理特性和耐磨特性,并利用小型鼓泡流化床系统研究其脱碳特性[22]。
(4)东南大学的研究
赵传文[14]对分析纯碳酸钾K2 CO3 •1.5H2O 进行反应机理研究,并分析了该样品碳酸化反应速率缓慢的原因。他们提出了改进,将分析纯碳酸钾升温脱除结晶水或者将KHCO3分解。通过热重分析、XRD、扫描电镜和氮吸附仪等手段测量得到结论为单斜晶系的分析纯碳酸钾 K2 CO3 •1.5H2O 很难与 CO2发生反应,其脱除结晶水后,在CO2 和H2O 气氛下, 迅速变回K2 CO3 •1.5H2O ,不利于碳酸化反应;由 KHCO3分解产生的优尔方晶的K2CO3具有较高碳酸化反应性能,可以与 CO2迅速发生反应KHCO3 。
同时,赵传文等[15]利用浸渍法和喷雾法将K2CO3负载到结构疏松多孔同时强度较高的Al2O3上,发现,K2CO3/Al2O3耐磨性能较好,并对筛选出来的K2CO3/Al2O3吸收剂进行使用流化床反应循环试验。发现水蒸气预处理后的负载型K2CO3/Al2O3具有很好的脱碳及抑制硫化性能。
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