[发明专利]一种高活性复合钙基CO2吸收剂及其制备方法

说明书

本发明提供了提供一种高活性复合钙基CO₂吸收剂及其制备方法；所述复合钙基CO₂吸收剂为中空多孔管状结构，所述高活性复合钙基CO₂吸收剂包括以下组分：CaO和Ca₁₂Al₁₄O₃₃；其中，CaO的质量分数大于70%，Ca₁₂Al₁₄O₃₃的质量分数小于30%。所述制备方法以石灰石、含有羟基的物质、水溶性铝盐、蒸馏水/去离子水为原料，以脱脂棉为模板材料，本发明利用模板合成一种新型高活性复合钙基CO₂吸收剂，模板的存在使得本发明制备的CO₂吸收剂保留了模板的形貌和孔结构，得到了中空多孔管状结构的CO₂吸收剂，本发明制备的钙基CO₂吸收剂能高效吸收CO₂，且保持良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及二氧化碳控制与减排领域，特别涉及一种高活性复合钙基CO₂吸收剂及其制备方法。

背景技术

目前，在化石燃料工业制氢领域中，甲烷水蒸气重整制氢技术(SMR)是最成熟的制氢技术之一；但该技术因其能耗高、生产成本高等弊端，逐渐被改进的生产方式所替代。SMR与钙基CO₂吸收剂(如CaO)的循环碳酸化/煅烧捕集CO₂技术(钙循环)相结合，形成了吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢工艺(SE-SMR)技术。其原理是在甲烷水蒸气重整中加入钙基吸收剂CaO，CaO吸收重整反应中形成的CO₂，碳酸化反应与天然气中的甲烷水蒸气重整反应同时进行，如(1)式所示，使反应朝着制氢方向迅速进行，同时CaO对重整反应也能起到催化作用。煅烧反应如(2)式所示，通过燃料富氧燃烧实现CaO的再生和 CO₂富集，CaO可以多次循环利用。基于钙循环的SE-SMR制氢技术能在化学能梯级利用基础上从源头捕集CO₂，同时解决制氢与CO₂控制两大关键问题。

CH₄+CaO+2H₂O→CaCO₃+4H₂ (1)

CaCO₃→CO₂+CaO (2)

钙循环技术不仅可以在SE-SMR中实现天然气制氢和捕集CO₂，还能在燃煤电站燃烧后实现CO₂捕集。钙基CO₂吸收剂首先在煅烧反应器内高温煅烧，得到高浓度CO₂和CaO。煅烧炉出口CO₂浓度可达95％以上，CO₂经过冷却除水后封存。得到的CaO进入碳酸化反应器与烟气中CO₂反应生成CaCO₃，达到分离CO₂的目的，碳酸化炉内生成的CaCO₃再次进入煅烧炉，循环利用。

不管是在SE-SMR制氢吸收CO₂过程中，还是燃煤电站燃烧后捕集CO₂过程中，钙基吸收剂随循环次数增加，循环捕集CO₂性能迅速下降，为了保证较高CO₂捕集效率，不得不增加钙基吸收剂添加量，增加了成本和能耗，也增加热力设备的磨损。因此，有必要对如何进一步提高钙基吸收剂的捕集CO₂性能和循环稳定性进行研究。

发明内容