[发明专利]一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂

说明书

技术领域

本发明涉及化石燃料燃烧产生的烟气中CO₂的脱除和浓缩方法，采用的固体吸收剂原料来源广泛、廉价，制备方法简单易实现，吸收速度快，转化率高。属于二氧化碳减排技术领域。

背景技术

温室效应及其带来的影响已日益成为全世界关注的焦点。其中，以CO₂为主的温室气体的大量排放是造成温室效应并不断加剧的主要原因。自工业革命以来，大气中二氧化碳含量增加了25%，远远超过科学家可能勘测出来的过去16万年的全部历史纪录，而且目前尚无减缓的迹象。政府间气候变化问题小组预测，到2100年，全球气温估计将上升大约1.4-5.8℃，从而给全球环境带来重大影响。

国际能源机构调查结果表明，我国二氧化碳排放量跃居世界第二位，排放的二氧化碳约占全球总量的13.6%。同时随着我国经济的高速发展，能源消耗量还会继续增加，作为一个负责任的大国，我国将面临更大的国际压力。因此积极开展二氧化碳减排方面的基础性研究，探索符合我国国情的二氧化碳减排之路迫在眉睫。当前，针对CO₂减排的技术层出不穷，其中，基于燃烧后脱碳的技术由于只需额外增加一套CO₂分离装置，改造成本低，技术可行性高。

碱金属基吸收剂作为一种低温CO₂吸收剂，其碳酸化温度仅为60-80℃，再生温度为120-300℃，反应系统所需能量可完全由尾部烟气余热提供，能耗可比传统的MEA吸收法下降16%，具有不易失活、循环利用率高、能耗低、对设备腐蚀轻等优点。因此碱金属基吸收剂具有广阔的应用前景。

2000-2005年，在美国Department of Energy的资助下，Louisiana State University，Research Triangle Institute和Church&Dwight针对碱金属碳酸盐（Na₂CO₃、K₂CO₃）干法脱除CO₂技术进行了研究，申请了美国专利：第6387337B1（2002.5.14.）、第6280503B1（2001.8.28.）等。近几年，在韩国科学技术部“21st Century Frontier Programs”的资助下，韩国Kyungpook National University，Yeungnam University，Korea Electric Power Research Institute和Korea Institute of Energy Research也开展了相关的研究。韩国电力公社申请了中国专利CN200410101564.0，美国专利USP20060148642。国内东南大学也开展了这一技术的相关研究，发现碳酸钾浸渍负载于载体活性氧化铝、煤质类活性炭、木质类活性炭或粗孔硅胶后，可形成性质稳定的CO₂吸收剂，在此基础上围绕钾基吸收剂干法脱除CO₂技术申请了发明专利CN200810024780.8、并设计了利用该吸收剂脱除烟气中CO₂的装置和方法，申请了发明专利CN200810122644.2。

东南大学同时也针对钠基固体CO₂吸收剂进行了大量研究，发现将碳酸钠浸渍负载于活性氧化铝载体后，制得的吸收剂具有发达的孔隙结构，促进了活性组分和CO₂的充分接触，利于二氧化碳吸收反应的发生和进行，但CO₂吸收能力不足，反应速率慢。为提高反应速率，必须对钠基固体吸收剂进行催化改性。进一步研究发现：TiO₂和TiO(OH)₂对钠基固体吸收剂吸收CO₂的反应能起到催化作用，可有效提高与CO₂的反应速率，增强CO₂的吸收能力，且催化剂本身在二氧化碳吸收或解吸反应前后性状保持稳定，无副产物生成，从而不影响固体吸收剂的循环利用和解吸得到的CO₂的富集。将TiO₂和TiO(OH)₂中的一种或两种做为催化剂与碳酸钠共同浸渍负载于活性氧化铝后，可形成一种性质稳定、孔隙发达的CO₂固体吸收剂，可实现快速、高效吸收CO₂。此外，本发明的吸收剂制备方法简单易行，避免了因添加粘合剂而造成的一些副作用，具有较高的经济价值和实用价值。

发明内容