专利名称：：利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法
技术领域：
：本发明涉及CaO/稻壳灰C02吸附剂的制备方法，属于环境污染防治与洁净煤燃烧
技术领域：
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背景技术：
：近年来，全球变暖日益严重地影响了地球的生态环境和气候变化，包括植被的迁徙与物种灭绝，气候带移动，海平面上升与陆地淹没，洋流变化与厄尔尼诺频发等。这主要是由C02等温室气体的增温效应造成的。根据联合国气候变化政府间专家委员会(IPCC)的第4次评估报告，20世纪全球平均地表温度已增加0.6°C，海平面已上升0.1m—0.2m，若再不采取防治措施，到2100年全球平均地面气温将比1990年增加1.4'C一5.8'C，海平面将上升0.09米一0.88米。这对于地势不高的沿海低洼地区及岛屿国家将造成严重威胁。我国C02排放量已居世界第二位，预计到2010年将位居世界第一位，约占世界C02排放总量的1/5，其中大部分C02是由燃煤产生的。而我国在"十五"乃至更长的一个时期内，电源结构方面将继续维持燃煤机组为主的基本格局。作为C02排放大国，我国有义务对C02排放进行严格控制尤其是对燃煤电站C02排放的控制，这对解决或缓解全球气候变暖将产生积极的影响。世界各国都在研究大规模脱除和控制C02的技术和方法，如膜分离技术、胺吸收法、02/C02循环燃烧方式、化学链燃烧法、稀土金属氧化物吸收法、固体吸附剂吸收法等，经济性将是这些方法进行应用时考虑的重要因素。近年来，利用廉价丰富的石灰石等钙基吸附剂的循环煅烧/碳酸化反应分离C02方法引起了世界各国学者的广泛关注。该方法流程如图1所示，钙基吸附剂在煅烧炉内02/(202气氛下煅烧O卯0'C)，排出烟气中<302浓度高(>95%)可以回收，形成的CaO进入碳酸化反应器吸收C02进行加压(850-95(TC)或常压碳酸化反应(650-750°C)，排出的烟气中(302浓度低(<5%)，反应生成的CaC03再进入煅烧炉循环反应。然而研究表明，石灰石等C02吸附剂存在一个性能严重衰减的问题，即随着循环煅烧/碳酸化反应次数的增加，吸附剂因烧结而导致碳酸化转化率迅速下降，大约经过10次循环反应后碳酸化转化率降为30%以下。为了保持高的C02脱除效率，不得不额外添加更多新鲜吸附剂，这既增加了运行成本，而且吸附剂造成的反应器磨损加剧。因此提高钙基C02吸附剂的长期循环碳酸化能力具有重要的意义和价值。
发明内容技术问题本发明的目的是提供一种利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法，该C02吸附剂能够在多次循环煅烧/碳酸化反应过程中具备良好的抗烧结性能，保持较高的循环碳酸化转化率。技术方案本发明的CaO/稻壳灰CCb吸附剂的制备方法为在常温常压条件下，将CaO和稻壳灰置于容器内，Ca0与稻壳灰中Si02的摩尔比为l:l，在容器内加入蒸馏水，边加入边搅拌，把容器放入恒温水浴槽内，使容器保持在稳定的温度下，不断搅拌容器内的溶液使反应均匀，经过水浴反应时间后，将容器内的反应物进行干燥去水，这就得到了C02吸附剂。容器内所加入蒸馏水的质量为Ca0与稻壳灰质量总和的20倍。所述容器内的温度保持在75'C左右。水浴反应时间为8小时以上。经过8小时以上的水浴反应时间后，将容器内的反应物进行干燥去水，这就得到了CaO/稻壳灰C02吸附剂。通过实验分析表明，稻壳灰的主要成分是Si02，稻壳灰具有高比表面积和丰富的孔隙，孔径主要在10100nm范围内。稻壳灰与CaO发生水合反应时，CaO与蒸馏水首先反应成Ca(OH)2，该反应是快速反应，接着Ca(OH)2在水浴温度下与稻壳灰中的Si02进行反应，这是一个慢速反应，反应生成了一种硅酸盐Cai.5Si03.rxH20。在碳酸化反应时(温度为650700°C)硅酸盐吸收C02生成CaC03和Si02。在煅烧反应过程中(温度高于850°C)CaC03与Si02反应形成Ca2Si04。分析表明Ca2Si04具有很高的比表面积和发达的孔隙结构，有利于C02的吸收；并且在循环反应过程中Ca2Si04保持了良好的抗烧结性能和发达的孔隙结构。因此CaO/稻壳灰吸附剂能够在长期的煅烧/碳酸化反应循环中保持良好的C02捕捉性能。有益效果与CaO相比,本发明涉及的CaO/稻壳灰C02吸附剂具有以下优点1.CaO/稻壳灰C02吸附剂能够在长期的循环煅烧/碳酸化反应过程中保持高的循环碳酸化转化率和抗烧结性能。2.稻壳灰价格低廉，分布广泛，其与CaO水合而成的吸附剂具有低成本和高活性的优点。3.CaO/稻壳灰吸附剂的制备过程简单，易操作，所需设备少，占地面积小。图1为钙基吸附剂循环煅烧/碳酸化反应脱除C02的双流化床煤燃烧系统；图2为CaO/稻壳灰C02吸附剂制备过程流程图3为测定钙基C02吸附剂碳酸化转化率的双固定床试验系统。具体实施例方式下面结合附图对本发明进行说明.-图2为CaO/稻壳灰C02吸附剂制备过程流程图。具体改性操作方法如下所述在常温常压条件下，将CaO和稻壳灰置于容器内，CaO与稻壳灰中的Si02摩尔比为1:1;在容器内加入一定量的蒸馏水，使蒸馏水的质量为CaO与稻壳灰质量总和的20倍，边加入边搅拌；把容器放入恒温水浴槽内，使容器内溶液温度保持在75'C左右，不断搅拌容器内的溶液使反应均匀。经过8小时以上的水浴反应时间后，将容器内的反应物进行干燥，这就得到了CaO/稻壳灰C02吸附剂。CaO/稻壳灰吸附剂和CaO循环煅烧/碳酸化过程中碳酸转化率的双固定床测试系统如图3所示。将瓷舟中的钙基吸附剂在碳酸化炉和煅烧炉内循环反应，反应过程中样品因吸收或释放C02后的质量变化通过高精度电子天平进行测量。根据公式(1)计算C02吸附剂的循环碳酸化转化率。煅烧温度为85(TC，碳酸化温度为650-700°C，煅烧气氛为100%N2，碳酸化气氛为15%C02/85%N2。其中，Zw为碳酸化转化率，iV为循环煅烧/碳酸化反应次数，附w为第vV次循环反应后吸附剂的质量，w为第1次煅烧后样品质量，试验中每次煅烧后的样品质量相同，mo为初始样品质量，^为初始样品中CaO的含量，『co2和『&0分别为C02和CaO的摩尔质量。实验结果表明，第1次循环反应时CaO的碳酸化转化率高于CaO/稻壳灰吸附剂，但随着循环反应的增加CaO碳酸化转化率衰减相当严重，而CaO/稻壳灰吸附剂的碳酸化转化率随着循环次数的增加衰减较为缓慢。经过10次循环反应后，CaO/稻壳灰吸附剂比CaO的转化率大53X;经过20次循环反应后，Ca0/稻壳灰的碳酸化转化率是CaO的2倍多。可见CaO/稻壳灰具有更优良的C02循环捕捉性能。表1CaO/稻壳灰吸附剂和CaO碳酸化转化率的比较种类循环反应次数碳酸化转化率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1.一种利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法，其特征在于该钙基CO2吸附剂的制备方法为在常温常压条件下，将CaO和稻壳灰置于容器内，CaO与稻壳灰中SiO2的摩尔比为1:1，在容器内加入蒸馏水，边加入边搅拌，把容器放入恒温水浴槽内，使容器保持在稳定的温度下，不断搅拌容器内的溶液使反应均匀，经过水浴反应时间后，将容器内的反应物进行干燥去水，这就得到了CO2吸附剂。2.根据权利1所述的利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法，其特征在于容器内所加入蒸馏水的质量为CaO与稻壳灰质量总和的20倍。3.根据权利1所述的利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法，其特征在于所述容器内的温度保持在75'C左右。4.根据权利1所述的利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法，其特征在于水浴反应时间为8小时以上。全文摘要利用氧化钙和稻壳灰制备二氧化碳吸附剂的方法，是将一定比例的CaO和稻壳灰置于容器内，加入一定量的蒸馏水，搅拌均匀。把容器放入恒温水浴槽内，使容器保持在一定温度下，不断搅拌容器内的溶液使反应均匀。经过一段反应时间后，将容器内的反应物进行干燥，这就得到了CaO和稻壳灰的复合CO<sub>2</sub>吸附剂。研究表明，CaO/稻壳灰吸附剂能够在多次的循环煅烧/碳酸化反应过程中保持良好的CO<sub>2</sub>捕捉性能。该CO<sub>2</sub>吸附剂制备过程简单，所需设备小，投资少成本低，具有良好的工业应用前景。文档编号B01J20/10GK101376096SQ20081015615公开日2009年3月4日申请日期2008年9月24日优先权日2008年9月24日发明者李英杰,财梁,赵长遂,陈晓平申请人:东南大学