2016燃燒學(xué)年會(huì)集文獻(xiàn)

中國(guó)工程熱物理學(xué) 燃燒學(xué)術(shù)會(huì) 編號(hào)Ca/Cu復(fù)合材料加壓煙氣中捕集CO2，，段倫博*，遂（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院能源熱轉(zhuǎn)換及其過程測(cè)控教育部，210096） ,:dua 節(jié)約使用純氧煅燒鈣基吸收劑的成本。本文采用機(jī)械混合法了Ca/Cu復(fù)合材料，在不同碳酸化壓力下，進(jìn)行了常壓煅燒/加壓碳酸化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提高壓力可以促進(jìn)Ca/Cu復(fù)合材料中鈣基吸CO2O2的能力。但是，Ca/CuCO2StudyonPressurizedCO2CapturefromFlueGaswithCa/Cu-basedCompositeMaterialsShi Chen Duan Zhao(KeyLaboratoryofEnergyThermalConversionandControlMinistryofEducationSchoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversityNanjing,210096) : ：Couplingofcycliccalcination/pressurizedcarbonationreactionforcarboncaptureandchemical-loowithoxygenuncouplingforoxygenproductioncannotonlycaptureCO2efficientlybutalsoreducethecostofcalcinationofcalcium-basedsorbentswithpureoxygen.MechanicalmixingmethodwasemployedtofabricatetheCa/Cu-basedcompositeanditscapabilityofCO2captureandoxygenuptakeincarbonationreactor,aswellasoxygenreleaseincalcinationactorweretested.Theexperimentofcycliccalcination/pressurizedcarbonationwasconductedunderseriesofcarbonationpressure.TheresultsshowthatcapabilityofCO2captureandoxygenuptakeforthecopper-basedoxygencarrierinthecompositematerialwereenhancedwithpressurizedcarbonationapplied.ButthecapabilityofCO2captureforthecalcium-basedsorbentweakenswhenitiscompositedwithcopper-basedoxygencarriers.Andtheabilitytoreleaseanduptakeoxygenforcopper-basedoxygencarriersisalsohinderedbythecalcium-basedsorbentinthecompositematerial.Pressurizedcarbonation基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 CaCO3CO2具有得天獨(dú)厚的質(zhì)[6,7]作為骨架和改良前驅(qū)體和方法[8-10]。此外為了增強(qiáng)鈣基吸收劑的捕集效果，Chen等[11]CaL，在加壓熱重分析儀、加壓管式爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)上研究0.5MPa1次11次循環(huán)后轉(zhuǎn)化率反而大幅下降并再次隨壓力上升而700°C/0.5MPa下達(dá)到。Abanades和化學(xué)鏈燃燒(Chemical-LooCombustion,CLC)耦合起來。CLC使用載氧體來傳遞燃料燃燒所需要的氧[13]。CaL-CLCCO2和銅基載氧體傳遞氧氣兩氣反應(yīng)器中，而兩者的耦合體現(xiàn)在煅燒反應(yīng)器中CuO釋氧，與反應(yīng)為煅燒CaCO3CO2氣流。，新工藝。該工藝的系統(tǒng)圖如圖1所示，是一個(gè)兩床系統(tǒng)。本系統(tǒng)的煅燒反應(yīng)器與上述AbanadesCaL-CLC三床系統(tǒng)中的煅燒器作用相同，銅基載氧體與在其中燃Cu2OO2CuO。顆粒經(jīng)分離后由返料閥進(jìn)入煅燒反應(yīng)器循環(huán)。使用機(jī)械混合法Ca/Cu復(fù)合材料并在自行搭建的常壓煅燒/加壓碳酸化反應(yīng)CO2和載氧特性。，1常壓煅燒/本次實(shí)驗(yàn)中選用久億化學(xué)試劑的分析純氧化鈣和氧化銅作為實(shí)驗(yàn)原法，實(shí)驗(yàn)中Ca/Cu1：1。在燒杯中加入去離子水后，適量的CaOCuO粉（≥12h常壓煅燒/2進(jìn)氣由七星華創(chuàng)公司生產(chǎn)的CS200型號(hào)質(zhì)量流量計(jì)控制由浮子流量計(jì)控制的旁路

2常壓煅燒/Ca/Cu復(fù)合粉末常壓煅燒/10L·min-1N210min。25°C·min-1900°C20min維持N2氣流流量冷卻直至室溫，然后取出剛玉瓷舟稱量。之后將剛玉瓷舟送入碳酸化42.68L·min-1的大流量模擬煙氣(15%CO2、3%O282%N2)吹掃10min10.67L·min-1，20°C·min-1650°C20min。碳酸N254.4L·min-1的大XRD檢測(cè)的CuO的釋氧能力，具體由式(1)OR=WCu2O,12O

+CuO,12MCu 2ROCa/Cu復(fù)合粉末釋氧率；WCuO,1Ca/CuCu2O 分?jǐn)?shù)，%；WCuO,1Ca/CuCuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%MCu2OCu2O爾質(zhì)量，g·mol-1MCuOCuO的摩爾質(zhì)量，g·mol-1CaOCO2能力，具體由式(2)m

m2WCuO,2m3WCuO,3

/

2XCOCa/Cu復(fù)合粉末碳酸化率；m2Ca/Cu222Ca/CuCu2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；WCaO,2Ca/Cu22

g·mol-1MCaOCaO的摩爾質(zhì)量，g·mol-1Cu2O的載氧能力，具體由式(3) m2WCu2O,2m3WCu2O,3

/2

m

m22

CuO,2 O式中 為Ca/Cu復(fù)合粉末吸氧率O2Ca/Cu

MCuO/23Ca/Cu復(fù)合粉末、CuO粉末在惰性氣氛下釋氧率的比較和理論情況下10%以上。該現(xiàn)象與預(yù)期相符，其原因在于本文中所使用的最終抑制了CuO釋氧。段倫博等[14]研究表明Ca/Cu復(fù)合顆粒存在形成的可能，4XRD檢測(cè)結(jié)果表明，CuO、Cu2OCaOCuO粉末在管式爐中釋氧率與理論值的比較可以看出。CuO6%。說明常壓管式爐實(shí)驗(yàn)裝置中顆粒堆積在一起，傳質(zhì)變差會(huì)對(duì)CuO釋氧產(chǎn)生影響。另外，從圖中還CuOCaOCuO的混合使CuO分布更加分散。從以上分析可以看出，CaOCuOCuO釋氧有利有弊，其關(guān)鍵仍在于復(fù)合方式，即復(fù)合材料的方法

3Ca/CuMeas.data:29-N2/Data1Lime,syn,CaO,01-082-1690Cuprite,syn,Cu2O,01-077-0199Copperoxide,CuO,01-077-IntensityIntensity005實(shí)驗(yàn)#3（N2氣氛，900°C20min）4XRD頻譜Ca/Cu比較。從圖上可以看出，隨著碳酸化反應(yīng)器中壓力升高，Ca/Cu復(fù)合粉末的碳酸化率也Chen等[11]對(duì)鈣基吸收劑加壓碳酸化的研究，壓力過高時(shí)迅速形成的CaCO3產(chǎn)物層會(huì)抑制碳酸化反應(yīng)。此外Ca/Cu復(fù)合材料的方式也Ca/CuCaOCaO最高壓力下的Ca/Cu復(fù)合粉末捕集CO2能力仍劣于CaO粉末在常壓下的捕集CO2能力。60.3MPa0.95MPaXRD檢測(cè)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)并沒有生成會(huì)阻礙碳酸化反應(yīng)的新物質(zhì)。這說明了Ca/Cu復(fù)合材料的方法對(duì)CaL-CLCCaOCa/Cu復(fù)合粉末，在實(shí)驗(yàn)中CaO粉末有更好CO2Ca/Cu復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。 0 壓力5Ca/CuLime,syn,CaO,01-082-Cuprite,syn,Cu2O,01-077-Calcite,syn,CaCO3,00-005-Meas.data:29-YANQI/Data1Calcite,syn,CaCO3,00-005-0586Lime,syn,CaO,01-082-1691Copperoxide,CuO,01-077-7716Cuprite,syn,Cu2O,01-077-IntensityIntensity00CopperCopperoxide,CuO,01-077-020

2-theta0.95MPa（模擬煙氣氣氛，650°C20min）6XRD頻譜Ca/Cu7所示為Ca/Cu復(fù)合粉末、CuO粉末在模擬煙氣氣氛下，不同壓力下吸氧率的比較?？梢钥闯?，隨著碳酸反應(yīng)器內(nèi)壓力的提高，Ca/Cu復(fù)合粉末的載氧能力隨之提高。但是，0.95MPa下的載氧能力比0.5MPa下的提升的非常少，與加壓碳酸化相似的問題。所以更有必要改進(jìn)Ca/Cu復(fù)合材料的過程，如采用適當(dāng)?shù)那膀?qū)體、方法CaOCuO復(fù)合后，CuO吸氧率下降的幅度來看，CaO對(duì)CuO的影響略小。由于方式不同且一般反應(yīng)氣氛為空氣，不同研究中銅基載氧80%100%。從對(duì)XRD3.4可以看出，沒有會(huì)影響復(fù)合材料載氧的新物質(zhì)生成。由此可見，在本實(shí)驗(yàn)裝置上，CuO的吸氧要受CaO影響。因此，加壓碳酸化也可Ca/Cu 絕對(duì)壓力7Ca/CuSEM-EDXCa/Cu復(fù)合材料的原樣以及碳酸化壓力分別為0.95MPa和0.5MPaSEM-EDX檢測(cè)。SEM8所示。圖(a)與圖(b)和圖(c)比較可以看出，一次循環(huán)后，每個(gè)顆粒表面CaCO31EDX結(jié)果的驗(yàn)證。一次循環(huán)后，復(fù)合CuCaCO3表面產(chǎn)物層的形成。從表CaOCu2O的載氧。(a)原 (b)0.95MPa一次循8Ca/CuSEM1Ca/CuCa、CuXRD表征，結(jié)果表明：所的Ca/Cu復(fù)合顆粒具有明顯的載氧和捕捉CO2能力CO2CuCa/CuCO2CuOMacKenzieA,GranatsteinDL,AnthonyEJ,etal.EconomicsofCO2captureusingthecalciumcyclewithapressurizedfluidizedbedcombustor[J].Energy&fuels,2007,21(2):920-926.ShimizuT,HiramaT,HosodaH,etal.Atwinfluid-bedreactorforremovalofCO2fromcombustionprocesses[J].ChemicalEngineeringResearchandDesign,1999,77(1):62-68.ManovicV,AnthonyEJ. reactivationofspentCaO-basedsorbentformultipleCO2capturecycles[J].Environmentalscience&technology,2007,41(4):1420-1425.ManovicV,AnthonyEJ.ThermalactivationofCaO-basedsorbentandself-reactivationduringCO2captureloocycles[J].Environmentalscience&technology,2008,42(11):4170-4174.BlameyJ,PatersonNPM,DugwellDR,etal.MechanismofparticlebreakageduringreactivationofCaO-basedsorbentsforCO2capture[J].Energy&Fuels,2010,24(8):4605-4616.LiZ,CaiN,HuangY,etal.Synthesis,experimentalstudies,andysisofanewcalcium-basedcarbondioxideabsorbent[J].Energy&Fuels,2005,19(4):1447-1452.ManovicV,AnthonyEJ.Long-termbehaviorofCaO-basedpelletssupportedbycalciumaluminatecementsinalongseriesofCO2capturecycles[J].Industrial&EngineeringChemistryResearch,2009,48(19):8906-8912.LiuW,LowNWL,FengB,etal.CalciumprecursorsfortheproductionofCaOsorbentsformulticycleCO2capture[J].Environmentalscience&technology,2009,44(2):841-847.ChenH,ZhangP,DuanY,etal.Reactivityenhancementofcalciumbasedsorbentsbydopedwithmetaloxidesthroughthesol–gelprocess[J].AppliedEnergy,2016,162:390-400.LuoC,ZhengY,XuY,etal.WetmixingcombustionsynthesisofCaO-basedsorbentsforhightemperaturecyclicCO2capture[J