醋酸调质钙基吸收剂的循环碳酸化特性

提出了采用醋酸溶液调质石灰石和白云石的方法来提高它们在循环煅烧-碳酸化过反应过程中吸收CO2的能力.在不同反应条件下分别研究了石灰石和白云石的醋酸化产物醋酸钙和醋酸钙镁在循环煅烧-碳酸化过程中的碳酸化转化率.结果表明:碳酸化温度在600～700℃时,醋酸钙和醋酸钙镁的转化率分别明显高于石灰石和白云石,经过15次循环和20次循环后其碳酸化转化率分别可达0.54和0.6.当煅烧温度从920℃增加到1 050℃时,醋酸钙和醋酸钙镁转化率和抗烧结性能明显优于石灰石和白云石.随着碳酸化气氛中CO2浓度的增加,醋酸钙和醋酸钙镁转化率的增量小于石灰石和白云石.存在最佳的粒径范围使醋酸钙和醋酸钙镁的碳酸化能力最大.虽然醋酸钙镁的碳酸化转化率高于醋酸钙,但单位质量煅烧后的醋酸钙的CO2吸收量大于醋酸钙镁.     

H2S对石灰石循环煅烧/碳酸化法吸收CO2的影响

为了研究石灰石煅烧/碳酸化循环法捕集CO2过程中H2S对吸收剂性能的影响,利用固定床反应器进行了煅烧石灰石吸收H2S的试验,研究了H2S流量、体积分数和反应温度3个因素与穿透时间和CaO转化率之间的关系,确定了600℃是石灰石煅烧/碳酸化法实现硫碳共脱的理想反应温度。在600℃时,考察了CaO同时脱除CO2和H2S的多次循环反应特性,结果表明:CaO对H2S有良好的脱除效果,而吸收CO2的能力则随循环次数增加不断下降。研究了煅烧气氛(氮气或空气)对CaO循环反应特性的影响,对比试验结果发现:H2S的存在使得空气煅烧条件下20次循环反应后CaO吸收CO2转化率比氮气煅烧时的转化率下降了41.3%。研究分析表明:空气煅烧时,CaS会与O2反应生成CaSO4,堵塞颗粒内部孔隙,使得CaO循环转化率迅速下降。     

循环煅烧/碳酸化反应中CaO微观结构变迁特性

对CaO在循环反应中的碳酸化特性和微观结构变迁特性进行了研究.研究表明,CaO在700 ℃碳酸化时能取得最佳的CO2捕捉性能,高煅烧温度不利于CaO的碳酸化.随着循环次数的增加,CaO的孔隙由粗糙、具有网状连接和多孔的结构逐渐向平滑、孔间连接较差和较少孔的结构转变.CaO比表面积和比孔容均随循环次数增加而减小.前10次循环反应使CaO比表面积衰减迅速,此后变化缓慢.随着循环次数的增加,CaO的孔容和孔表面积分布均变差,CaO平均孔径逐渐增大.每次循环中,CaO中孔(2～50 nm)的孔表面积大于大孔(大于50 nm)的孔表面积.CaO碳酸化转化率随其比表面积和比孔容增加而增大,但当超过比表面积和比孔容的临界值后其转化率则可能减小.     

硅灰石碳酸化隔离二氧化碳的实验研究

大气中二氧化碳的浓度不断增加,造成的温室效应引起世人的广泛关注．矿物碳酸化是一种很有潜力的二氧化碳隔离储存技术．文中系统进行了不同条件下硅灰石对二氧化碳的吸收储存实验,并利用X射线衍射和场发射扫描电子显微镜详细研究了硅灰石碳酸化产物的物理化学特征,采用高温热分解方法对矿物碳酸化转化率进行了计算分析,初步探讨了压力、温度、粒径等因素对硅灰石碳酸化吸收二氧化碳效率的影响．结果表明,在所进行的各种工况中,以150℃,4．0MPa条件下,粒径小于30μm的硅灰石颗粒的碳酸化转化率最高,可达89．5％,与蛇纹石最优工况下58％的碳酸化转化率相比,硅灰石更适合二氧化碳的矿物隔离储存．     

CaO再碳酸化的研究

建立了CaO再碳酸化的微粒模型，研究了CO2体积分数、反应温度等因素对反应的影响．研究表明，在本实验条件下，存在一个最佳再碳酸化温度(在680-7300℃之间)．当温度过高时，部分产物发生分解，气体通过产物层的扩散阻力随着温度的增加而变大，部分空隙的堵塞等原因造成反应的转化率反而减小．     

CaO/MgO和CaO/Ca9Al6O18吸收CO2的循环反应特性研究

钙基吸收剂是CO2捕集技术中常用的吸收剂,但随着循环次数的增加,天然钙基吸收剂循环反应特性下降明显.采用葡萄糖酸钙(Ca(C6H11O7)2)与葡萄糖酸镁(C12H22MgO14)及L-乳酸铝([CH3CH(OH)COO]3Al)作为前驱物,通过湿法混合的方法处理,制得了5种新型钙基吸收剂,试验研究了其吸收CO2的循环吸收能力及循环稳定性,分析了吸收剂组分、煅烧温度、煅烧气氛等条件对新型吸收剂循环反应特性的影响规律.研究结果表明,选用此前驱物制备的吸收剂,其循环反应特性明显高于传统的钙基吸收剂;其中,CaO/MgO(75wt%/25wt%)吸收剂具有最好的循环吸收能力,CaO/Ca9Al6O18(75wt%/wt25%)吸收剂具有最好的循环稳定性.通过研究煅烧条件对这两种吸收剂循环反应特性的影响,得到:850℃时,吸收剂表现出最佳的反应特性,而随着温度的升高,吸收剂的循环吸收能力有所下降;煅烧气氛对吸收剂循环吸收特性的影响与煅烧温度有显著的关系.     

电石渣循环煅烧/碳酸化捕集CO_2的动力学分析

用STA409同步热分析仪进行80目、150目和250目电石渣循环煅烧/碳酸化捕集CO_2试验,重点研究循环时间、循环次数、反应温度等因素对电石渣循环碳酸化转化率的影响。通过对比分析钙基吸收剂双参数模型和单参数简化公式与电石渣循环碳酸化转化率衰减规律的差异性,获得适合电石渣的双参数模型拟合参数。对电石渣碳酸化反应两个阶段分别用缩核模型、随机成核和随后生长的Avrami-Erofeev方程进行动力学参数计算,结果表明:快速化学反应控制阶段活化能远低于慢速扩散控制阶段,前202 s碳酸化反应程度比重较大;在快速化学反应控制阶段,电石渣碳酸化反应存在动力学补偿效应;在慢速扩散控制阶段,粒径对碳酸化反应影响不明显。     

CO-超临界水条件下硅灰石矿化隔离CO2实验

对CO-超临界水制氢条件下硅灰石直接矿物碳酸化隔离制氢过程中产生的CO2进行了实验研究,考察了温度、压力及硅灰石的加入等对反应的影响.结果表明:硅灰石可以在CO-超临界水条件下对反应过程中生成的CO2进行矿物碳酸化固定.温度和CO初压的增加,可以促进H2产率的提高,同时也可以增加硅灰石的矿化效率;硅灰石的加入,对CO与超临界水反应也有一定的促进作用.在4MPa CO初压,420℃和10g硅灰石样品的条件下,产物气体中H2体积分数最高,为12.2%;在6MPa CO初压,400℃和10g硅灰石样品的条件下得到29.9%的矿石最高矿化效率.     

煤在加压流化床富氧燃烧条件下的碳转化规律

在15 kW加压流化床富氧燃烧实验台上,进行了内蒙古烟煤在850～900℃下的加压富氧燃烧实验,研究了压力为0. 1～0. 4 MPa、空气和21%～30%氧浓度的O_2/CO_2气氛下燃烧的碳转化规律.研究结果表明:稳态富氧燃烧条件下,加压流化床富氧燃烧实验台干烟气中CO_2浓度均超过90%.提高燃烧压力有利于提高碳转化率和CO_2生成率,有利于降低CO生成率.在压力0. 1～0. 3 M Pa范围内,CO_2生成率随着压力的增加基本呈线性递增关系,从85%左右增加到93%左右.进一步增加压力,CO_2生成率逐渐趋于平稳,并保持在较高水平.在压力为0. 4 MPa条件下,CO_2生成率增加到95%左右.提高O_2/CO_2气氛的氧浓度能够提高碳转化率和CO_2生成率,但是随着压力的提高,氧浓度对碳转化率和CO_2生成率的影响减小.     

XRD研究O2/CO2气氛下石灰石煅烧产物烧结特性

在热重分析天平上进行了O2/CO2气氛下石灰石的煅烧和烧结实验,用氮气吸附仪测定了石灰石煅烧产物CaO的孔结构特性,用X射线衍射仪(XRD)对CaO的晶粒尺寸进行了测量.结果表明:空气气氛下煅烧所得CaO的比表面积较O2/CO2气氛下煅烧所得CaO的大,随温度的升高CaO的比表面积呈现出先减小后增大的趋势,在1 000℃附近达到最大;石灰石煅烧产物CaO的比表面积和晶粒度具有很好的相关性,得到CaO晶粒尺寸与比表面积关系;随晶粒尺寸的增加,比表面积减小,烧结对煅烧产物CaO孔结构的影响是通过影响其晶粒大小来实现的.     

冷黏成球密实时间对碳酸化钢渣球形骨料性能影响

以冷黏成球法制备的碳酸化钢渣球形骨料为研究对象,分析了密实时间对钢渣球形骨料性质及碳酸化反应程度的影响.测试了不同密实时间下球形骨料碳酸化前后的表观密度、吸水率及孔隙率的变化规律,通过XRD、TG-DTG、MIP等手段分析不同密实时间下球形骨料物相变化、碳酸化程度、孔结构的变化,结果表明:采用冷黏成球工艺制备钢渣球形骨料时,密实时间对钢渣球形骨料的表观密度影响很小,但球形骨料的吸水率随密实时间的增加下降明显.当密实时间从5 min增加到30 min时,碳酸化前后球形骨料的吸水率分别下降了29.5%和26.0%.钢渣球形骨料的强度主要来源于碳酸化反应,且球形骨料的碳酸化反应程度和强度随密实时间的增加而下降.碳酸化前吸水率为14.86%的球形骨料碳酸化后强度最高,为6.1 MPa,达到同等粒径天然碎石强度的41%.碳酸化的过程是由外向内进行的,球壳的碳酸化反应程度高于球心,且碳酸化前球壳越致密,球心的碳酸化反应程度越低.     

石灰石闪速加热高温煅烧过程中的CO_2逸出行为

在大功率碳管炉内模拟利用转炉余热闪速加热高温煅烧石灰石的工艺过程,研究煅烧温度(1200~1500℃)和石灰石粒径(4~27.5mm)对石灰石颗粒在高温热分解过程中CO_2逸出行为的影响。结果表明,石灰石粒径一定时,煅烧温度越高,CaCO_3分解初期逸出CO_2的速率越大,达到CO_2逸出速率最大值的时间也越短;煅烧温度一定时,石灰石粒径越小,CO_2逸出速率曲线峰值越高,到达曲线峰值的时间也越短。煅烧温度不超过1300℃时,随着石灰石粒径的增大,试样转化率和CO_2逸出速率的变化明显放缓;而煅烧温度达到1350℃后,粒径对CO_2逸出速率的影响较小。在1500℃煅烧温度下,经过400~445s,不同粒径石灰石颗粒的分解转化率均已接近100%。     

煅烧石灰石还原脱硫的加压热重实验研究

在加压热重分析仪上进行了煅烧石灰石与H2S的硫化实验,研究了总压(0.1～1 MPa)、温度(700～950 ℃)及H2S体积分数(0.1%～4%)等主要参数对硫化反应的影响.采用扫描电镜及液氮吸附等实验手段分别对反应样品进行了颗粒表观结构和孔隙特性的分析.实验发现:在保持H2S体积分数不变的情况下,增加总压,硫化速率增加;而在保持H2S分压不变的情况下,增加压力使得硫化反应速率减小;温度对硫化反应影响很大,随着温度的升高,硫化速率增加;煅烧石灰石与H2S的硫化反应是1级反应.用经典的未反应收缩核模型对气固硫化反应进行了模拟,得到煅烧福建石灰石的化学反应和扩散控制下硫化反应的活化能分别为39.6和64.15 kJ/mol.     

压力对湍动循环流化床煤气化的影响分析

在实验室规模的湍动循环流化床试验装置上,以高温预热空气和水蒸气为气化剂进行了加压煤气化特性试验,考察了湍动循环流化床气化的可行性及其操作参数,并研究了气化炉压力对煤气化行为的影响.研究结果表明:压力能改善气化炉床内流化质量,提高了碳转化率,从而影响煤气热值.气化压力由常压提高到0.3M Pa时,煤气热值提高15%,碳转化率由57.52%增加到76.76%,干煤气产率和冷煤气效率也随压力增大而小幅增大.对于特定的循环流化床气化工艺,气化压力存在最佳气化效果区域,在本实验条件下,0.3~0.4M Pa时气化效果最佳.     

O2/CO2气氛下燃煤过程中SO2排放特性实验

通过沉降炉对O2/CO2气氛和空气气氛下煤粉燃烧过程中SO2排放特性进行实验,结果表明,随燃料/氧化学当量比的增加,烟气中SO2浓度升高,单位煤生成SO2的量随燃料/氧化学当量比的增加而减少.在实验条件下,不加石灰石时,气氛和温度对SO2的生成无明显影响,SO2的生成量只与煤中含硫量以及煤的种类有关.当煤中加入石灰石后,O2/CO2气氛下SO2的排放量远小于空气气氛下,这主要是因为石灰石在O2/CO2气氛下取得的脱硫效率大大高于空气气氛下的脱硫效率.     

碳酸化时间对钢渣碳酸化的影响

对纯钢渣和钢渣混合矿渣两组试样在一定温度、压力、相对湿度和不同时间进行碳酸化养护处理,测试其抗压强度和压蒸安定性。结果表明:经过碳酸化养护反应后,试样中生成大量CaCO3晶体颗粒。随着碳酸化反应时间的延长,两组试样的碳酸化增重率与抗压强度呈现一致的上升趋势。纯钢渣试样的碳酸化反应主要集中于前210 min,在t=60 min时,碳酸化增重率η=9.65%,抗压强度pc=37.1 MPa;钢渣混合矿渣试样的碳酸化反应主要集中于前180 min。当满足压蒸安定性要求时,纯钢渣试样的碳酸化养护时间大于60 min,钢渣混合矿渣试样大于120 min。     

合成气制备工艺和二甲醚合成工艺的集成

在固定床反应器中，用3种典型的天然气造气工艺制备的合成气制备二甲醚，考察了温度、压力、空速等反应条件对催化剂性能的影响．实验结果表明，由于合成气一步法合成二甲醚是一个体积减小的反应，随着压力的增加，CO转化率增加；随着空速的增加，CO转化率降低；随着温度的升高，CO转化率先增加，达到一定值后，逐渐开始下降．分别用丹麦Topscpe甲醇合成催化剂和国产甲醇合成催化剂制备了DME合成催化剂，对其性能进行比较发现，前者具有较好的低温催化性能．用CH4-Air-H2O-CO2转化工艺制备的合成气，即含氮合成气合成二甲醚在适当增加压力的条件下，可取得较高的CO单程转化率和二甲醚回收率，且天然气的消耗量较少．     

催化裂化条件对处理生物质热解焦油的影响

为了研究催化裂化条件对生物质热解焦油处理的影响,以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上,研究了石灰石、白云石和高铝砖3种催化剂作用下,温度、催化剂尺寸、床高等反应条件对焦油裂化的影响规律。实验结果表明,石灰石对焦油裂化有较好的催化效果,它作用下的产气率高,而且它是天然矿石,加工成本低,煅烧后耐磨性比白云石好,很适合生物质热解工艺中作为焦油裂化的催化剂使用。实验结果还表明提高裂化温度、增加床高、减小床料粒径都能有效地促进焦油深度裂化。该文结果可为焦油催化裂化工程设计提供指导。     

氧化钙碳酸化反应动力学研究

采用单一扫描速率法(2℃/min)对氧化钙粉末在CO2气氛中的碳酸化反应进行了热分析动力学研究。结果表明,氧化钙碳酸化反应的最大转化速率在694℃,与在镁钙砂表面碳酸化改性工艺研究中得到的最佳炉温十分接近;而氧化钙的碳酸化反应可用n=2的Avrami-Erofeev随机成核、随后生长模式(机理)函数描述,相应的表观反应活化能为178kJ·mol-1,频率因子为3.4×108min-1。     

催化裂化条件对处理生物质热解焦油的影响

为了研究催化裂化条件对生物质热解焦油处理的影响,以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上,研究了石灰石、白云石和高铝砖3种催化剂作用下,温度、催化剂尺寸、床高等反应条件对焦油裂化的影响规律。实验结果表明,石灰石对焦油裂化有较好的催化效果,它作用下的产气率高,而且它是天然矿石,加工成本低,煅烧后耐磨性比白云石好,很适合生物质热解工艺中作为焦油裂化的催化剂使用。实验结果还表明提高裂化温度、增加床高、减小床料粒径都能有效地促进焦油深度裂化。该文结果可为焦油催化裂化工程设计提供指导。