專利名稱：一種改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，用于脫除煙氣中CO2的工藝。屬于環(huán)境污染防治與潔凈煤燃燒技術領域。
背景技術：
氣候變化是當今國際社會普遍關注的全球性問題之一，并且已經成為影響各國未來經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。2009年12月，哥本哈根氣候變化大會上，大多數國家都認識到氣候變化所引起的環(huán)境問題的嚴重性，表示要在應對氣候變化問題上承擔各自的責任?！陡绫竟鶇f議》的達成是國際社會致力于全球減排CO2新的里程碑。二氧化碳是造成氣候變化、全球變暖的最主要溫室氣體。中國政府承諾，到2020 年中國單位國內生產總值的二氧化碳排放量將比2005年減少40%-45%。該目標的完成對CO2減排技術的不斷完善及成本的降低提出了更加緊迫和艱巨的任務。目前，捕獲或脫除CO2的技術、方法眾多，如膜分離技術、胺吸收法、O2ZCO2循環(huán)流化床燃燒、化學鏈燃燒、稀土金屬氧化物吸收法、固體吸收劑法等。每種技術方法的經濟實用性將是決定其能否得到廣泛工業(yè)應用的前提。利用廉價豐富的石灰石等鈣基吸收劑的循環(huán)煅燒/碳酸化反應分離CO2的技術方法已引起世界各國學者的廣泛關注。該方法的工藝流程如圖2所示，石灰石在煅燒爐內02/C02氣氛下煅燒(>900°C)，排出煙氣含高濃度CO2(>95%)可以回收。生成的CaO進入碳酸化爐在常壓(650-750°C)或加壓(650-850°C)條件下進行碳酸化反應吸收煙氣中的CO2。碳酸化爐排出的煙氣中CO2含量低(〈5%)，反應生成的CaCO3進入煅燒爐再生；如此循環(huán)實現CO2的有效捕獲。然而研究表明，石灰石等天然鈣基CO2吸收劑存在一個嚴重的問題隨著循環(huán)煅燒/碳酸化反應次數的增加，燒結作用使得吸收劑的碳酸化轉化率迅速下降。常壓循環(huán)碳酸化反應10次，碳酸化轉化率降至30%以下。為了保持較高的CO2脫除效率，需要增大新鮮吸收劑的投入量，這將增加成本、加劇爐內受熱面的磨損，威脅設備安全、影響經濟運行。因此，提高鈣基CO2吸收劑的長周期循環(huán)碳酸化能力和抗燒結能力對CO2吸收裝置的長期穩(wěn)定運行具有重要的工業(yè)應用價值。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種用于脫除燃煤煙氣中CO2的高效復合鈣基吸收劑的制備方法，解決鈣基吸收劑脫除CO2工藝中吸收劑易燒結、循環(huán)碳酸化能力迅速衰減的問題。技術方案本發(fā)明的構想石灰石資源豐富、廉價易得，其煅燒產物具有循環(huán)捕獲CO2的優(yōu)點；但是其煅燒產物CaO強度差、易碎，抗燒結能力差，造成使用壽命短且粉碎后的粉末易造成設備受熱面積灰嚴重，影響系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行等問題。發(fā)明人提出的通過溶膠凝膠法制備的CO2吸收劑，不僅具有良好的抗燒結和抗磨損能力，同時具有良好的孔隙結構分布，非常有利于循環(huán)吸收煙氣中CO2，顯著提高了普通鈣基吸收劑的CO2脫除性能。本發(fā)明為用于脫除燃煤煙氣中二氧化碳的復合鈣基吸收劑的制備方法，該方法是將硝酸鈣和改性劑溶于硝酸溶液中；50-60°C下攪拌加入酒石酸形成混合溶液；將以上的混合溶液放入80-85°C水浴中，蒸發(fā)脫水6-8小時形成凝膠樣品；放入烘箱烘干發(fā)泡2-3小時，研細得淡黃色粉末；研磨后在500-60(TC下煅燒2-3小時，制得改性二氧化碳鈣基吸收劑。所述的改性劑為鎂、錳或鋁的硝酸鹽；當改性劑為硝酸鎂時，鈣與鎂的物質的量之比為nCa:nMg=10:0. 75-10:1.5 ;當改性劑為硝酸錳時，鈣與錳的物質的量之比為nCa:nfc=100:1-100:2. 5 :當改性劑為硝酸鋁時，鈣與鋁的物質的量之比為nCa: nA1=IO: 1 — 10:5。酒石酸與硝酸鈣和改性劑中的金屬硝酸鹽的物質的量之比為IiiJreig :!1金屬離子=1· 3 1-1. 6 :1。硝酸溶液的摩爾濃度為2M。凝膠烘干的溫度為120-150°c。煅燒溫度為 500-600。。。有益效果本發(fā)明所提供的制備二氧化碳復合鈣基吸收劑的方法，其優(yōu)點是采用溶膠凝膠法獲得的CO2吸收劑，顆粒中所含的CaO及其他金屬氧化物，分布比較均勻，孔隙分布特性優(yōu)越，抗燒結性能提高；其結果是不僅顯著增強了吸收劑的碳酸化能力，而且增強了吸收劑的機械強度和抗磨損性能，降低了吸收劑在碳酸化過程中的損耗，從而提高了吸收劑的循環(huán)利用率。本發(fā)明克服了石灰石等天然鈣基CO2吸收劑在循環(huán)捕獲CO2過程中轉化率迅速衰減、抗燒結能力差和易粉化等問題，具有制備工藝簡單、操作方便、合成材料成形性好，抗燒結和抗磨損能力強，循環(huán)性能好等優(yōu)點。


圖I是本發(fā)明改性二氧化碳鈣基吸收劑制備過程流程圖。圖2是鈣基吸收劑CO2捕獲工藝流程圖。
具體實施例方式實施案例I稱取23. 615g 的 Ca(NO3)2 ·4Η20 和 2. 5641g 的 Mg(NO3)2 ·6Η20 (nCa:nMg = 10:1)，溶于50ml濃度為2M的硝酸溶液中；在50-60°C下于磁力攪拌器中攪拌后加入21. 45g酒石酸(η酒石酸-M金屬離子=L 3 :1)，然后加水至100ml，攪拌5-10分鐘；將攪拌后的溶液放入80_85°C水浴中，蒸發(fā)脫水6-8小時形成凝膠樣品；然后再將其放入140°C烘箱中烘干發(fā)泡3小時，研細得淡黃色粉末；再移入馬弗爐中于550°C煅燒3小時，即制得鎂改性二氧化碳鈣基吸收劑。實施案例2稱取23.615g 的 Ca(NO3)2 · 4H20 和 0.5495ml 的 50%Mn (NO3) 2 · 4H20 溶液(nCa:nfc=100:2)，溶于50ml濃度為2M的硝酸溶液中；在50_60°C下于磁力攪拌器中攪拌后加入22. 95g酒石酸(η酒石酸:η金屬離子=1. 5 :1)，然后加水至100ml，攪拌5-10分鐘；將攪拌后的溶液放入80-85°C水浴中，蒸發(fā)脫水6-8小時形成凝膠樣品；然后再將其放入130°C烘箱中烘干發(fā)泡3小時，研細得淡黃色粉末；再移入馬弗爐中于500°C煅燒3小時，即制得錳改性二氧化碳鈣基吸收劑。實施案例3稱取23. 615g 的 Ca(NO3)2 ·4Η20 和 9. 37825g 的 Al (NO3)3 ·9Η20(η&:ηΑ1=10:2· 5)，溶于50ml濃度為2Μ的硝酸溶液中；在50-601下于磁力攪拌器中攪拌后加入22. 5g酒石酸(η酒石酸-M金屬離子=L 2 :1)，然后加水至100ml，攪拌5-10分鐘；將攪拌后的溶液放入80_85°C水浴中，蒸發(fā)脫水6-8小時形成凝膠樣品；然后再將其放入150°C烘箱中烘干發(fā)泡3小時， 研細得淡黃色粉末；再移入馬弗爐中于600°C煅燒3小時，即制得鋁改性二氧化碳鈣基吸收劑。
權利要求
1.一種改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，其特征在于將硝酸鈣和改性劑溶于硝酸溶液中；50-60°C下攪拌加入酒石酸形成混合溶液；將以上的混合溶液放入80-85°C水浴中，蒸發(fā)脫水6-8小時形成凝膠樣品；放入烘箱烘干發(fā)泡2-3小時，研細得淡黃色粉末；研磨后在500-600°C下煅燒2-3小時，制得改性二氧化碳鈣基吸收劑。
2.根據權利要求I所述的改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，其特征在于硝酸溶液的摩爾濃度為2M。
3.根據權利要求I所述的改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，其特征在于所述的改性劑為鎂、錳或鋁的硝酸鹽；當改性劑為硝酸鎂時，鈣與鎂的物質的量之比為nCa:nMg=10:0. 75-10:1. 5 ;當改性劑為硝酸錳時，鈣與錳的物質的量之比為nCa:nfc=100:1-100:2. 5 ;當改性劑為硝酸鋁時，鈣與鋁的物質的量之比為nCa:nA1=10:1—10:5。
4.根據權利要求I所述的改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，其特征在于酒石酸與硝酸鈣和改性劑中的金屬硝酸鹽的物質的量之比為Iiiwig 上金屬離子=、3 1-1. 6 :1。
5.根據權利要求I所述的改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，其特征在于凝膠烘干的溫度為120-150°C。
6.根據權利要求I所述的改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法，其特征在于煅燒溫度為 500-600。。。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性二氧化碳鈣基吸收劑的制備方法。該方法主要是以酒石酸和硝酸鹽為原料，采用溶膠凝膠法制備可摻雜其他金屬氧化物的復合鈣基吸收劑。以硝酸鈣為主要原料，其他金屬硝酸鹽為改性劑，酒石酸為絡合劑，進行溶液混合，蒸發(fā)脫水得到凝膠，對凝膠進行烘干、熱處理后，于500~600℃的空氣氣氛下煅燒2小時，制得改性二氧化碳鈣基吸收劑。利用本發(fā)明方法制備的改性二氧化碳鈣基吸收劑，不僅具有較高的二氧化碳吸收能力，而且反應活性穩(wěn)定，在多次循環(huán)煅燒/碳酸化反應過程中均保持著較高的CO2捕獲效率；顯示出其在循環(huán)煅燒/碳酸化過程中，CO2捕集效率、機械強度及抗燒結能力等方面均具有優(yōu)良的性能。
文檔編號B01D53/62GK102836635SQ20121029556
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權日2012年8月17日
發(fā)明者段鈺鋒, 張平平, 陳惠超, 趙長遂, 陳曉平 申請人:東南大學