一种CO2高温钙基粉煤灰吸收剂及其制备方法技术

一种CO2高温钙基粉煤灰吸收剂，由钙基材料和粉煤灰组成，钙基材料为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、醋酸钙、石灰石矿物或白云石矿物，吸收剂中钙基材料的质量百分比为45-85%；其制备方法是：以钙基材料和粉煤灰为原料，经煅烧反应和水合反应制得CO2高温钙基粉煤灰吸收剂。本发明专利技术的优点是：该吸收剂具有较高的CO2吸收容量；能够循环使用且有效降低使用过程中的磨损，具备抗烧结性能；有效缓解了多循环后吸收剂颗粒间的团聚及表面形貌、孔结构的塌陷；制备方法简单易行、成本低廉。该吸收剂能够在高温下吸收CO2，分离捕捉成本低。钙基材料来源广泛，并能够有效利用电厂产生的粉煤灰，符合当前循环经济的思想和清洁生产的理念。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃煤电厂烟气中CO2分离捕捉技术，特别是一种CO2高温钙基粉煤灰吸收剂及其制备方法。
技术介绍
我国是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家。有统计资料显示2007年，在全球一次能源平均消费的构成中，煤炭占28. 6% ;而煤炭在我国所占比例高达70. 4%。煤炭与石油天然气等能源相比，生产单位热量引起的CO2排放量比石油和天然气分别高出约36%和61%。由于资源能源组成及消费特点，我国在温室气体减排方面面临着巨大压力。燃煤电厂是一个重要的、长期的、稳定的CO2固定排放源，对大气温室效应和气候 异常的影响非常大。捕获和固定电厂烟气中的CO2对减缓当前全球温室效应和气候异常显得尤其重要。碳捕集与封存技术(CCS)，是指将化石燃料燃烧后产生的CO2，利用各种技术进行收集，并将其安全封存，从而达到向大气中减排放的目的。按燃煤电厂不同燃烧阶段划分，CO2分离捕集技术路线主要可分为三种燃烧前捕捉技术、富氧燃烧技术及燃烧后捕捉技术。燃烧后捕捉技术，主要是从锅炉燃烧后的烟气中分离捕捉CO2，避免大量的CO2被直接排放进入大气环境中。燃烧后捕捉技术主要是从燃烧后烟气中捕集分离co2。该技术的优越性在于避免了相关技术潜在发展所需要的时间。为化石燃料电厂提供了一种短期内有效的CO2捕捉技术。燃烧后捕捉技术包括吸收分离法、吸附分离法、膜法等，这些方法处理烟气过程中存在诸如能耗高、设备投资、管理费用较高等问题，影响其实际应用潜力。目前以气体净化工业上相当成熟的化学溶剂吸收法为基础的工艺早已投入实际应用。由于烟气成分复杂，其中一些活性杂质如S02、NOx、颗粒物等会优先与溶剂发生反应，消耗大量的溶剂并腐蚀设备。如在使用该法之前预先分离杂质，又会提高分离捕捉成本，增加能耗，浪费了原本烟气的热量。另外，也有许多研究者应用传统的吸附剂如活性炭、分子筛等进行高温吸附CO2,结果表明以物理吸附为主的这些吸附剂随温度的升高吸附量明显降低；还有使用水滑石、天然碱等矿物作为CO2吸附剂，但这些矿物CO2吸附量较低。因此，开发能够耐高温、连续循环使用的吸附剂成为吸附分离法的一个重要的研究方向。在本专利技术中，即是研究了高温条件下能够分离捕捉CO2的吸收剂。钙基材料由于其较高的理论吸收容量、价格低廉、来源广泛，是高温分离固定CO2的最佳选择，并引起了广泛关注。钙基材料的碳酸化反应及其可逆反应过程(CCR)具有广泛的应用潜力，碳酸化反应为放热过程，其可逆反应煅烧反应为吸热反应Γ αΟ - Γ O =· CaCO3A H250C = 土 175kJ/mol。氧化钙的理论CO2吸收容量为786mg/g，明显高于水滑石类矿物、纯碱、硅酸锂和锆酸盐。石灰石和白云石为最常用的钙基材料，然而在碳酸化和煅烧循环反应过程中，随着循环次数的增加，钙基材料的CO2吸收性能明显下降。如天然石灰石，仅经历10次碳酸化/煅烧循环过程后，分离捕捉CO2的能力出现了巨大衰减，转化率从开始的80%下降到了不到20%。通常认为高温烧结是引起吸收剂吸收能力衰退的主要原因。大量关于钙基材料的CCR循环研究表明，吸收剂出现烧结有以下三方面的原因1)碳酸化高放热过程和更高温度的煅烧过程；2)吸收CO2后产物(CaCO3, 36. 9cmVmol)的摩尔体积大于吸收剂中活性成分(CaO, 16. 9cmVmol)的摩尔体积，使吸收剂颗粒的空隙结构发生很大的变化；3)碳酸化反应温度(650°C)高于产物CaCO3的塔曼温度为533°C。有研究者指出向I丐基材料中惨杂一种类似“骨架”的物质，能够提闻I丐基材料循环吸收CO2的稳定性，并能够减少颗粒在应用过程的磨损与烧结状况。粉煤灰为燃煤电厂固体废弃物，是一种由Si02、Al203、Ca0、Fe203和一些微量元素、稀有元素组成的海绵状和多孔的细小颗粒，表面能高，存在许多活性点，因而具有较强的物理吸附和化学吸附性能，其产生量大且对环境有害。根据循环经济和清洁生产的思想，将此废弃物回用于原生产过程，不仅利用了固体废物，还可降低CCS过程中分离捕捉成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在问题，提供一种CO2高温钙基粉煤灰吸收剂及其制备方法，该吸收剂能够在400-650°C的高温范围内，有效地分离捕捉烟气中的低浓度CO2气体，减少向大气中直接排放。本专利技术的技术方案一种CO2高温钙基粉煤灰吸收剂，由钙基材料和粉煤灰组成，所述钙基材料为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、醋酸钙、石灰石矿物或白云石矿物，吸收剂中钙基材料的质量百分比为45-85%，粉煤灰为余量。一种所述CO2高温钙基粉煤灰吸收剂的制备方法，步骤如下I)将粉煤灰过150 μ m标准筛，将收集到的粉煤灰在去离子水中浸泡2h，抽滤后用去离子水洗涤3-5次，在80°C下烘干待用；2)将钙基材料在850°C下煅烧2. 5_4h，确保钙基材料完全煅烧；3)将煅烧后的钙基材料与烘干后的粉煤灰按质量比称量后混合均匀，在搅拌条件下缓慢加入水和2-丙醇的混合溶液，混合溶液中水与2-丙醇的体积比为3:1，在85°C下水合反应l_2h，再在120°C下蒸发干燥至生成凝胶状物质；4)上述凝胶状物质，用挤压的方式，通过830 μ m标准筛，得到直径为O. 8mm的均匀小球，然后在空气中干燥24h，即可制得CO2高温钙基粉煤灰吸收剂。本专利技术分离捕捉烟气中低浓度CO2机理如下粉煤灰主要由CaO，SiO2,MgO，Fe2O3, Al2O3等氧化物组成，成分非常复杂。钙基粉煤灰吸收剂中由于粉煤灰的掺杂，再加上经历剧烈的煅烧反应和水合反应过程后，使粉煤灰中的活性氧化物成分与钙基材料反应生成石英(SiO2)、硅酸钙(CaSiO4)、铁辉石(FeSiO3)及硅线石(Al2SiO5)等矿物成分。通过制备过程致使吸收剂颗粒的比表面积、孔容和孔径分布发生了较大的变化。吸收剂比表面积和孔容增大。吸收剂颗粒的孔径主要分布在5 25nm之间，属于中孔范围，这样的孔径分布有利于降低反应气体(CO2分子)向颗粒内部的扩散阻力，增加与内部未反应的活性位进一步反应的机会，提高钙基吸收剂的转化率。本专利技术具有以下突出优点I)在高温反应条件下，具有较高的CO2吸收性能，能够连续的进行循环反应，在经历多次循环之后其CO2吸收容量和转化率仍能够保持较高的水平； 2)该添加剂在400_650°C范围内，具有较高的CO2吸收容量，在650°C时达到了271mg/g ；3)钙基材 料中粉煤灰的加入掺杂，起到了一种类似“骨架”的物质，再加上经历剧烈的煅烧反应和水合反应过程后，使粉煤灰中的活性氧化物成分与钙基材料反应生成某些矿物，能够提高钙基材料循环吸收CO2的稳定性，并能够减少颗粒在应用过程的磨损与烧结状况，有效缓解了多循环后吸收剂颗粒间的团聚以及表面形貌、孔结构的塌陷；4)该系列高温吸收剂可用于工业、民用锅炉，窑炉、铸造、冶金发电等燃煤领域烟气系统中CO2的分离、固定和捕捉，降低了分离捕捉过程的成本，具有节能减排的效果，对CCS技术后续的实际应用提供了一种创新性的思路。具体实施例方式本专利技术以钙基材料和燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰为原料，通过煅烧反应、水合反应及制粒过程得到一系列CO2高温钙基粉煤灰吸收剂。通过大量实验得到了各种钙基材料与粉煤灰在制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CO2高温钙基粉煤灰吸收剂，其特征在于：由钙基材料和粉煤灰组成，所述钙基材料为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、醋酸钙、石灰石矿物或白云石矿物，吸收剂中钙基材料的质量百分比为45？85%，粉煤灰为余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏兵，杨磊，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：