惰性载体支撑钙铜复合吸收剂的碳酸化性能及其动力学分析
发布时间：2021-11-25 04:28
采用Pechini法分别制备了无惰性载体支撑和惰性载体（Al2O3或者ZrO2）支撑的钙铜复合吸收剂。借助热重分析仪研究了反应温度、载体种类对其氧化性能和CO2捕集性能的影响,并借助扫描电子显微镜（SEM）和氮吸附分析其微观结构。最后,利用缩核模型对惰性载体支撑和无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂的碳酸化反应中的动力学控制阶段开展了动力学分析。结果表明:惰性载体可以显著提升钙铜复合吸收剂的CO2捕集性能,相比于无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂,Al2O3和ZrO2支撑的钙铜复合吸收剂经历10次循环后,CO2捕集量分别提升了100%和71%;添加惰性载体会降低钙铜复合吸收剂的载氧量,但并不影响其循环稳定性。随着碳酸化温度的升高,钙铜复合吸收剂的碳酸化速率和最终CO2捕集量均显著增加。动力学结果表明,添加惰性载体不仅可以加快碳酸化反应动力学控制阶段的反应速率,延缓动力学控制阶段反...
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
有无惰性载体支撑物的钙铜复合吸收剂的孔径分布
图4给出了有无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂在10次循环内的氧化性能和CO2捕集性能。由图4(a)可知,有无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂都呈现出非常稳定的氧化性能,然而随着惰性载体的加入,钙铜复合吸收剂的载氧量下降,且保持稳定。这是因为加入惰性载体会降低钙铜复合吸收剂中Cu含量,导致钙铜复合吸收剂所吸收的O2量降低。图4 有无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂氧化性能和CO2捕集性能对比
采用X射线衍射仪分析了所制备钙铜复合吸收剂的物相组成,其结果如图1所示。由图1看到,当不添加惰性载体时,钙铜复合吸收剂的主要成分是CaO、CuO和Ca2CuO3。尽管在材料制备过程中CaO和CuO发生反应,生成了钙铜化合物(Ca2CuO3),但是在后续的煅烧/还原反应中,Ca2CuO3会分解重新生成CaO和CuO,因此不会对吸收剂的性能产生影响[31]。当加入Al2O3或者ZrO2载体时,CaO分别和载体发生反应,生成了Ca5Al6O14(5CaO+3Al2O3?Ca5Al6O14)或CaZrO3(CaO+ZrO2?CaZrO3)。值得注意的是,Ca5Al6O14和CaZrO3是惰性成分,不会参与到碳酸化反应中,而生成的Ca5Al6O14和CaZrO3消耗了钙铜复合吸收剂中的CaO,导致吸收剂中CaO含量减少,降低了吸收剂的CO2捕捉量。但是,Ca5Al6O14和CaZrO3都增强了载体与活性成分(CaO和CuO)之间的相互作用,能更好地发挥载体的“框架”作用。表1为有无惰性载体支撑物的钙铜复合吸收剂的比表面积和孔体积。由表1可以发现,当不添加惰性载体时,钙铜复合吸收剂的比表面积非常低,仅为3.1 m2/g,远低于在相同制备参数下合成的钙基吸收剂(约12 m2/g)[27]。这说明由于铜基载氧体的存在,样品在材料制备过程中的烧结情况更为严重。当添加Al2O3或者ZrO2载体后,钙铜复合吸收剂的比表面积有了明显的增加。表明添加惰性载体可以很好地改善钙铜复合吸收剂的孔隙结构。此外,可以发现,添加惰性载体并没有明显地改变钙铜复合吸收剂的孔体积,吸收剂的孔体积始终保持在0.012 cm3/g。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤发电CO2捕集系统协调预测控制[J]. 吴啸,张雨萌,沈炯,李益国. 工程热物理学报. 2020(03)
[2]钙基中空微球的碳酸化性能及其动力学分析[J]. 陈健,段伦博,卞若愚,谭茗月,石田,卢欲晓,赵长遂. 东南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]不同钙源制备钙基CO2吸收剂研究进展[J]. 赵红涛,王树民,张曼. 现代化工. 2019(06)
[4]气煤联供实现资源高效利用和碳减排技术进展[J]. 刘硕士,杨思宇,顾竞芳,钱宇. 化工进展. 2019(01)
[5]溶液燃烧合成法制备自活化钙铜复合CO2吸收剂的性能[J]. 石田,陈健,段伦博,赵长遂. 化工进展. 2018(08)
[6]蒸汽活化对天然钙基吸收剂循环碳酸化捕获CO2的影响[J]. 荣鼐,樊宏韬,王勤辉,方廷勇,朱曙光,王晏平,王庚. 燃烧科学与技术. 2018(03)
[7]丙酸改性提高电石渣捕集CO2性能的动力学分析[J]. 孙荣岳,叶江明,毕小龙,陈凌海. 化工进展. 2017(06)
[8]水蒸气对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化CO2捕集过程中孔结构的影响[J]. 王春波,周兴,张斌,白彦飞. 中国电机工程学报. 2015(02)
[9]我国碳减排模式探讨——CCS路线与生物甲烷路线的比较[J]. 刘畅,陆小华. 化工学报. 2013(01)
本文编号：3517401
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
有无惰性载体支撑物的钙铜复合吸收剂的孔径分布
图4给出了有无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂在10次循环内的氧化性能和CO2捕集性能。由图4(a)可知,有无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂都呈现出非常稳定的氧化性能,然而随着惰性载体的加入,钙铜复合吸收剂的载氧量下降,且保持稳定。这是因为加入惰性载体会降低钙铜复合吸收剂中Cu含量,导致钙铜复合吸收剂所吸收的O2量降低。图4 有无惰性载体支撑的钙铜复合吸收剂氧化性能和CO2捕集性能对比
采用X射线衍射仪分析了所制备钙铜复合吸收剂的物相组成,其结果如图1所示。由图1看到,当不添加惰性载体时,钙铜复合吸收剂的主要成分是CaO、CuO和Ca2CuO3。尽管在材料制备过程中CaO和CuO发生反应,生成了钙铜化合物(Ca2CuO3),但是在后续的煅烧/还原反应中,Ca2CuO3会分解重新生成CaO和CuO,因此不会对吸收剂的性能产生影响[31]。当加入Al2O3或者ZrO2载体时,CaO分别和载体发生反应,生成了Ca5Al6O14(5CaO+3Al2O3?Ca5Al6O14)或CaZrO3(CaO+ZrO2?CaZrO3)。值得注意的是,Ca5Al6O14和CaZrO3是惰性成分,不会参与到碳酸化反应中,而生成的Ca5Al6O14和CaZrO3消耗了钙铜复合吸收剂中的CaO,导致吸收剂中CaO含量减少,降低了吸收剂的CO2捕捉量。但是,Ca5Al6O14和CaZrO3都增强了载体与活性成分(CaO和CuO)之间的相互作用,能更好地发挥载体的“框架”作用。表1为有无惰性载体支撑物的钙铜复合吸收剂的比表面积和孔体积。由表1可以发现,当不添加惰性载体时,钙铜复合吸收剂的比表面积非常低,仅为3.1 m2/g,远低于在相同制备参数下合成的钙基吸收剂(约12 m2/g)[27]。这说明由于铜基载氧体的存在,样品在材料制备过程中的烧结情况更为严重。当添加Al2O3或者ZrO2载体后,钙铜复合吸收剂的比表面积有了明显的增加。表明添加惰性载体可以很好地改善钙铜复合吸收剂的孔隙结构。此外,可以发现,添加惰性载体并没有明显地改变钙铜复合吸收剂的孔体积,吸收剂的孔体积始终保持在0.012 cm3/g。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤发电CO2捕集系统协调预测控制[J]. 吴啸,张雨萌,沈炯,李益国. 工程热物理学报. 2020(03)
[2]钙基中空微球的碳酸化性能及其动力学分析[J]. 陈健,段伦博,卞若愚,谭茗月,石田,卢欲晓,赵长遂. 东南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]不同钙源制备钙基CO2吸收剂研究进展[J]. 赵红涛,王树民,张曼. 现代化工. 2019(06)
[4]气煤联供实现资源高效利用和碳减排技术进展[J]. 刘硕士,杨思宇,顾竞芳,钱宇. 化工进展. 2019(01)
[5]溶液燃烧合成法制备自活化钙铜复合CO2吸收剂的性能[J]. 石田,陈健,段伦博,赵长遂. 化工进展. 2018(08)
[6]蒸汽活化对天然钙基吸收剂循环碳酸化捕获CO2的影响[J]. 荣鼐,樊宏韬,王勤辉,方廷勇,朱曙光,王晏平,王庚. 燃烧科学与技术. 2018(03)
[7]丙酸改性提高电石渣捕集CO2性能的动力学分析[J]. 孙荣岳,叶江明,毕小龙,陈凌海. 化工进展. 2017(06)
[8]水蒸气对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化CO2捕集过程中孔结构的影响[J]. 王春波,周兴,张斌,白彦飞. 中国电机工程学报. 2015(02)
[9]我国碳减排模式探讨——CCS路线与生物甲烷路线的比较[J]. 刘畅,陆小华. 化工学报. 2013(01)
本文编号：3517401
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