[发明专利]一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境污染防治与洁净煤燃烧技术领域，更具体地，涉及一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法。

背景技术

在全球气候变暖已成为一个既定的事实的形势下，以CO₂为主的温室气体减排已成为国际社会应对气候变化的共识，我国也面临着极大地CO₂减排压力。CO₂的捕集与封存(CO₂ Capture and Storage,CCS)技术被认为是最有前景的减排技术之一。该技术是通过从燃煤电站、水泥厂等大型固定碳排放源中捕集CO₂，然后对这高浓度的CO₂进行压缩输运与封存，以使CO₂的排放得到控制的一种技术。相比较CO₂的压缩输运与封存，捕集CO₂的费用最高，占CCS总费用的75％以上。因此，如何经济有效的规模化捕集CO₂已经成为当今全球科研机构与企业院所的研究重点与热点。

基于钙循环捕集CO₂技术被认为是最具有前景的一种燃烧后捕集CO₂的技术手段之一，它可以直接运用于常规燃煤电厂、水泥厂和钢厂等。其原理是：含有15-40％的CO₂浓度的烟气通入碳酸化反应器中，氧化钙基吸收剂吸收CO₂，然后生成的碳酸化产物通过串行流化床系统输运到另一个温度更高的煅烧反应器中，氧化钙吸收剂得以再生，同时获得高浓度的CO₂，进而压缩，输运，封存；而再生后的氧化钙吸收剂重新输运到碳酸化反应器中进行烟气CO₂的捕集。基于钙循环捕获CO₂技术，反应式为：在碳酸化反应器中，CaO+CO₂→CaCO₃；在煅烧反应器，CaCO₃→CaO+CO₂。该技术具有多种优点：(1)吸收剂前驱物在自然界中储量丰富，价格低廉；(2)具有优越的化学反应动力学特性；(3)理论上具有相对较高的CO₂吸收容量，并且可以循环利用；(4)无需改组现有的锅炉机组；(5)该技术的成本低，具有良好的商业应用前景；(6)该方法环境友好，不会产生任何二次污染。

但是钙循环技术仍然存在一些技术难点：(1)吸收剂在多次循环中，由于高温烧结使得钙基吸收剂活性下降得很快，碳捕集系统需要不断的加入新鲜的吸收剂，致使碳捕集成本不能进一步降低；(2)钙基吸收剂质脆，易磨损，阻碍了钙循环技术在流化床系统中的运用；(3)现有研究中各种改性方法对提升钙基吸收剂的循环稳定性有不同的效果，但是吸收剂的成本并没有得到大幅度的降低；(4)吸收剂的制备周期漫长，过程复杂，甚至产生二次污染。因此，成批量地制备高性能低成本的吸附剂仍然是CO₂捕集领域的重大研究热点。

生物质广泛存在于自然界中，例如农林资源，生活污水，城市固体废弃物，畜禽粪便等，是一种可再生能源，具有低污染性、广泛分布性等特点，其总量十分丰富，但是其能源密度低，制约了其在能源领域的发展。因而寻找生物质能源的附加值显得很重要。

生物质包括纤维素、半纤维素和木质素。各种成分在生物质体中所占比例不尽相同；而各组分在粘结性能，拓孔性能，以及改性钙基吸收剂提升其吸收活性性能方面各有不同特性。

为了增加吸收剂的粘结性能，广泛采用有机或者无机粘结剂。无机粘结剂成本高，且不具备造孔功能；有机粘结剂采用高分子聚合物，淀粉类，动物胶类，木质素类等。

针对上述技术问题，目前还没有看到采用生物质来制备改性钙基吸收剂用于循环捕集CO₂的先例，如何解决上述技术难点，设计一种高性能多孔成型钙基吸收剂及其制备方法，实现成批量地制备高性能低成本的吸附剂，是本发明要解决的问题。

发明内容