[发明专利]一种用于循环流化床的微球纳米CaO基CO2吸附剂的制备方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制造和环保、化工过程脱除二氧化碳领域，具体涉及一种用于循环流化床的微球纳米CaO基CO₂吸附剂的制备方法、产品及应用。

背景技术

CO₂在大气中的含量由工业革命前的280ppm上升到了现在的400ppm左右，它是引起全球气候变暖的主要原因。CO₂排放的主要来源是化石燃料的燃烧过程，目前减少CO₂排放量的手段是对化石燃料燃烧后产生的CO₂进行捕集、储存和利用，从而达到有效减排的目的。

现今商业化较为成熟的CO₂捕集方法是湿法捕集，以胺溶液作为吸收液吸收烟道气中的CO₂，但是该方法也有几个明显的缺点，首先由于要对吸收液进行再生处理，增加了能耗，降低了整个体系的能量利用总效率；其次，为了减少烟道气中杂质对吸收液的污染，需要对烟道气进行脱除硫和氮的氧化物的预处理；此外，还有设备腐蚀等问题。更重要的是采用湿法捕集会向环境排放受污染的废水，引起更多的污染。

近些年来，一种新的CO₂捕集技术-干法捕集受到越来越多的关注，与湿法捕集不同，干法捕集采用固体吸附剂对烟道气中的CO₂进行吸附，主要原理是利用吸附剂内的活性成分在吸附反应器吸附烟道气中的CO₂生成碳酸盐，降低烟道气中的CO₂浓度，随后，吸附剂被输送到煅烧反应器内进行再生，实现吸附剂的循环使用。干法捕集技术具有原料便宜，可再生，设计灵活，环境友好的优点。

CO₂干法捕集工艺采用的循环流化床体系目前已经有一定的研究，循环流化床技术被广泛用于炼油的催化裂化(FCC，fluid catalytic cracking)和流化床燃烧反应器(CFBC，circulating fluidized bed combustion)。因此将循环流化床反应器用于CO₂捕集上不存在技术难点，而相比在这个体系下，吸附剂的物理性质如磨损率和化学性能如吸附容量的稳定性仍是世界范围内首要解决的难题。因为这些性能关系到干法脱碳的成本问题。

以氧化钙为活性组分的天然石灰石和白云石等被认为是有较大发展潜力的干法捕集吸附剂，但存在两个较大的缺陷：吸附容量易衰减和吸附剂易磨损。

Dennis等人(Lu et al.，Fuel Process.Technol.2008，12 of 89，1386-1395)采用石灰石在中试规模的流化床反应器吸附CO₂，在实际操作中，吸附器的温度控制在580-720℃，再生器内的温度控制在850-950℃，CO₂体积含量在15-16％，在15次循环后，比表面积下降了31.9％，在25次循环后，吸附效率下降了26.8％，物料磨损了62％。

Symonds等人(Symonds et al.，Chem.Eng.Sci.2009，15of 64，3536-3543)采用石灰石在流化床上吸附CO₂，吸附温度为550℃，气氛为8％CO₂、17％H₂O的空气；再生温度为860℃；在三次循环后，吸附效率95％以上的时间下降了80％。

清华大学的李振山等人(Fang et al.，Ind.Eng.Chem.Res.2009，24of48，11140-11147)利用白云石作为吸附剂在双鼓泡床上吸附CO₂，吸附温度为600℃，CO₂13.4％的空气)；再生温度为900℃，在250min内，吸附剂损失了11.5％，煅烧室的吸附剂平均粒径下降了68％。

Alonso等人(Alonso et al.，Int.J.Greech.Gas Control.2010，2of 4，167-173)采用了吸附器和再生器都为快速流态床的系统。吸附器的操作温度为600-700℃，以空气和CO₂混合气为输送气，再生器的温度为800-900℃，流化气为空气。CO₂的吸附效率都保持在70％以上，但并没有说明吸附气中的CO₂浓度，根据其他学者的研究结果可以推断其CO₂的处理量应处于一个较低的水平。