[发明专利]一种高循环稳定性钙基吸收剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高循环稳定性钙基吸收剂及其制备方法，属于环境污染防治与洁净煤燃烧技术领域，吸收剂由CaO晶粒松散堆积而成，CaO晶粒尺寸范围80‑200 nm，堆积成孔径范围为2~5 nm和30~90 nm的双尺度介孔结构，尺寸为10~50 nm的氧化镁纳米晶均匀分散于CaO晶粒边界、表面和孔隙壁面上。制备方法为：（1）将天然石灰石和碱式碳酸镁混合均匀后煅烧；（2）将煅烧后的混合料加入乙醇与水的混合溶液中搅拌均匀；（3）固液分离后干燥固体样品；（4）干燥好的样品磨碎研细后煅烧。本发明的产品在多次循环煅烧/碳酸化后仍能有效保持其双尺度介孔结构；方法操作简单，原料成本低，无需复杂设备。

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，特别涉及一种以天然钙基吸收剂为原料的高循环稳定性钙基吸收剂及其制备方法。

背景技术

以化石燃料为原料的能源生产过程会排放大量的二氧化碳，如何经济高效地控制其排放量是抑制“温室效应”和实现经济与环境可持续发展的关键问题。钙基吸收剂循环煅烧碳酸化法捕集CO₂是利用石灰石类天然钙基吸收剂的循环煅烧/碳酸化反应吸收二氧化碳，该方法具有可处理高温烟气、捕集成本低，可与新型O₂/CO₂燃烧技术、煤气化制氢技术、整体煤气化联合循环发电等先进能源利用技术相耦合等优点，是目前最具有可行性的燃煤电站大规模捕集CO₂的方法之一。但在实际循环煅烧/碳酸化进程中，钙基吸收剂的CO₂捕集效率短周期内迅速衰减（吸附容量在10个周期内急剧下降至初始值的25%左右），经济和环境效益显著降低。

大量研究表明，循环过程中煅烧温度比碳酸钙塔曼温度（Tammann temperature）高而导致的再生氧化钙烧结现象是其吸附容量迅速衰减的根本原因。烧结将使得所形成的CaO孔隙分布发生变化，孔结构闭合以及高吸收活性小孔向低活性大孔变迁，孔隙率和比表面积都明显降低，从而直接影响吸收剂的反应活性和吸附容量。因此，在实际应用中寻求一种介孔结构和比表面积稳定性较好的高循环稳定钙基吸收剂，使其经历多次循环煅烧碳酸化反应后仍能保持良好的初始孔径分布特点和高比表面积，同时具有低成本、易于工业化大规模生产的经济实用特点，仍然是目前对现有钙基吸收剂进行改性研究的热点问题。

发明内容

发明目的

本发明的目的旨在提供一种双尺度介孔结构的高循环稳定性钙基吸收剂及其制备方法，吸收剂具有低成本、高结构稳定性的特点，便于大批量生产，可应用于化石能源燃烧烟气中二氧化碳的捕集；双尺度介孔结构在多次循环煅烧碳酸化反应后仍能有效保持，从而显著提高了钙基吸收剂的循环稳定性和CO₂捕集效率。

技术方案

一种高循环稳定性钙基吸收剂，其特征在于：高循环稳定性钙基吸收剂由CaO晶粒松散堆积而成，CaO晶粒尺寸范围80-200 nm，堆积成孔径范围为2~5 nm和30~90nm的双尺度介孔结构，尺寸为10~50 nm的氧化镁纳米晶均匀分散于CaO晶粒边界、表面和孔隙壁面上。

高循环稳定性钙基吸收剂比表面积为11.05~15.41 m²/g，孔容为0.10~0.15 cm³/g。

一种如所述的高循环稳定性钙基吸收剂的制备方法，其特征在于：制备方法步骤如下：

（1）将100-400目的天然钙基吸收剂与碱式碳酸镁按照摩尔比1:（0.03~0.055）的比例混合均匀，然后在850~950℃煅烧0.5~1.5h；

（2）在搅拌条件下，将煅烧后的混合料加入乙醇与水的混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:（0.2~1），固液质量比为1:（25~60）；

（3）固液分离，将分离后的固体干燥，至样品中的水分蒸发完全；