利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法技術

本發明專利技術涉及利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法，屬于環境污染防治與清潔燃燒技術領域。水和甘油按等體積分數均勻混合作為溶劑，電石渣和硝酸鋁按照一定Ca/Al摩爾比在溶劑中溶解并充分攪拌后生成均相溶液，再經750-900℃煅燒1-4小時并篩分后得到的固體即為高活性CO2吸收劑。研究表明，通過本發明專利技術所述方法制備的高活性CO2吸收劑在循環煅燒/碳酸化過程中表現出比電石渣更好的CO2捕集性能。本發明專利技術可實現電石渣的大規模資源化利用，并提高了吸收劑反應活性和循環穩定性，是捕集燃煤鍋爐煙氣中CO2的理想吸收劑。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法，屬于環境污染防治與清潔燃燒

技術介紹
化石燃料燃燒排放大量CO2，導致了嚴重的溫室效應，對人類生存環境構成了很大威脅。我國以煤炭為主要一次能源，控制燃煤電站CO2排放已經到了刻不容緩的地步。目前，CO2捕集與封存技術(CCS)被認為是最有可能實現大規模碳減排從而抑制全球變暖的方法。在眾多CO2捕集技術中，鈣循環法，也就是鈣基吸收劑循環煅燒/碳酸化反應捕集CO2技術受到了國內外學者的廣泛關注。該技術利用分布廣泛的石灰石和白云石等作為吸收劑，具有良好的經濟性。并且，該技術利用現在已經很成熟的循環流化床，無需重新設計專門的反應器。鈣循環法主要包括兩個反應器煅燒爐和碳酸化爐。鈣基吸收劑首先進入煅燒爐，在850-1000°C高溫煅燒生成CaO和CO2 (如式(I)所示)，煅燒生成的CaO進入碳酸化爐與煙氣中的CO2在550-750°C發生碳酸化反應生成CaCO3 (如式(2)所示)，達到捕集CO2的目的，生成的CaCO3重新進入煅燒爐高溫煅燒，達到吸收劑循環利用的目的。煅燒爐內吸收劑煅燒所需能量由燃料純氧燃燒提供，所以煅燒爐出口煙氣中CO2濃度高達95%以上，經過壓縮可被封存或利用。CaCO; _-100<rc >CaO+ COj(I)CaO - CO,叫n >CaCOi(2)電石渣是電石(CaC2)水解制取乙炔(C2H2)氣體后產生的主要成分為氫氧化鈣的廢渣，其反應方程式如式(3)所示。乙炔氣體是生產聚氯乙烯(PVC)的主要原材料。在中國，約70%的乙炔是由電石水解制得，每生產I噸PVC約生成1. 5-1. 9噸電石渣。目前，大部分白泥無法有效利用，一般作為工業垃圾堆積，占用了大量土地同時造成了很多環境問題。CaC2+2H20 — C2H2+Ca (OH) 2 (3)嘗試利用電石渣作為鈣循環法中高溫吸收劑循環捕集燃煤鍋爐尾部煙氣中的CO2，實現電石渣的資源化利用和CO2脫除相結合的工藝路線。實驗結果表明，電石渣體現出了較好的CO2捕集性能。但與石灰石等鈣基吸收劑相同，隨循環次數增加，電石渣循環捕集CO2性能迅速降低。經過20次循環后，電石渣碳酸化轉化率只有35%左右。為了保持高的CO2捕集效率，需要向反應器內增大電石渣的添加量，這不僅增加了運行成本，而且造成反應器磨損加劇，威脅設備安全運行。因此，研究如何提高電石渣循環反應過程中的CO2捕集性能，減緩隨循環次數增加電石渣循環碳酸化轉化率的衰減具有重要的意義。研究表明，向鈣基吸收劑中添加惰性載體，這些惰性載體在循環煅燒/碳酸化過程中會減緩吸收劑的燒結，從而提高吸收劑捕集CO2能力的穩定性。例如，向鈣基吸收劑中添加一定量的三氧化二鋁或硝酸鋁，經高溫煅燒后得到的吸收劑，抗燒結性能更好，在循環反應過程中表現出良好的捕集CO2性能。研究也表明，如果鈣基吸收劑和惰性載體能在溶劑中共同溶解，鈣基吸收劑將會均勻的附著在惰性載體表面，這樣制備的吸收劑表現出更好的CO2捕集性能。電石渣主要成分為氫氧化鈣，微溶于水，不溶于醇，所以電石渣與硝酸鋁無法在一般溶劑如水和乙醇中實現同時溶解。因此制備一種溶劑，能實現電石渣與硝酸鋁同時在其中溶解，進一步經過高溫煅燒后有可能制備出高活性CO2吸收劑。
技術實現思路
針對上述現有技術，本專利技術提供了利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法。該方法將電石渣、甘油、硝酸鋁和水按照一定比例混合，經充分攪拌后，高溫煅燒得到高活性CO2吸收劑。研究發現，該方法制備的高活性CO2吸收劑在循環煅燒/碳酸化過程中表現出較電石渣更好的CO2捕集能力。本專利技術是通過以下技術方案實現的一種利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法，其步驟如下(I)量取一定體積的水和甘油，水和甘油的體積比為O. 7 1. 2 :1，在容器中均勻混合，得溶劑；由于甘油和水能以任意比例混溶，而氫氧化鈣可溶于甘油，硝酸鋁可溶于水，所以由水和甘油組成的混合液可以作為溶劑，實現電石渣和硝酸鋁的共同溶解；(2)稱取一定質量的電石渣和九水硝酸鋁，將這兩種固體加入上述步驟(I)制備的水和甘油組成的溶劑中，室溫條件下攪拌I 2小時，得均相溶液；經過充分攪拌后，電石渣、甘油、硝酸鋁和水能夠形成均相溶液；所述電石渣與溶劑的用量比例為每IOg電石渣用25 IOOmL溶劑；所述電石渣與九水硝酸鋁的用量關系為Ca/Al摩爾比為8 16 :1 ;(3)將步驟(2)得到的均相溶液盛放在陶瓷坩堝中，放入馬弗爐內，750 900°C條件下煅燒I 4小時，煅燒后得到的樣品，即為高活性CO2吸收劑。優選的，所述步驟(I)中，水和甘油的體積比為1:1。優選的，所述步驟(2)中，電石渣和溶劑的最佳配比為IOg電石渣50mL溶劑。優選的，所述步驟(2)中，電石渣與九水硝酸鋁的最佳用量關系為Ca/Al摩爾比為 9 :1。優選的，所述步驟(3)中，均相溶液在馬弗爐內最佳煅燒溫度為800°C。本專利技術的利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的原理為在高溫煅燒過程中，氫氧化鈣和硝酸鋁分解為氧化鈣和三氧化二鋁，部分氧化鈣和三氧化二鋁反應，生成鈣鋁化合物，而這些鈣鋁化合物在循環反應過程中，作為惰性載體，很好的支撐了吸收劑內部孔隙結構，提高了吸收劑的抗燒結性能，因而制備的高活性CO2吸收劑在循環反應過程中體現出了很高的CO2吸收能力和循環穩定性，是捕集燃煤鍋爐煙氣中CO2的理想吸收劑。本專利技術所述的利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法，具有以下優點1.明顯提高了電石渣循環捕集燃煤鍋爐煙氣中CO2反應活性，減少了電石渣投入量，CO2捕集系統運行成本也相應降低。2.減少電石渣投入量，對煅燒爐和碳酸化爐的磨損減弱，提高了系統的安全性。3.工藝流程操作簡單，所需設備少，投資小。附圖說明圖1為本專利技術利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的原理圖。圖2為實施例1制備的高活性CO2吸收劑與電石渣循環捕集CO2能力對比圖，其中，高活性CO2吸收劑制備條件:10g電石渣+5.24g九水硝酸鋁+25mL水+25mL甘油(Ca/Al=9:1)，攪拌時間為2小時，煅燒溫度為800°C，煅燒時間為2小時；循環煅燒/碳酸化實驗條件為:碳酸化時間30分鐘，碳酸化氣氛15% C02-85% N2 (體積分數)，煅燒時間10分鐘，煅燒氣氛N2，碳酸化溫度700°C，煅燒溫度850°C，煅燒/碳酸化雙固定床。 具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本專利技術作進一步的說明。本專利技術所述高活性吸收劑制備原理圖如圖1所示。電石渣和九水硝酸鋁在水和甘油等體積分數混合制備的溶劑中溶解，形成均相溶液。這樣，硝酸鋁跟電石渣中的氫氧化鈣混合更加均勻，經過高溫煅燒后，鈣鋁化合物更加均勻的分布在吸收劑內部。而這些惰性載體的形成，減緩了吸收劑在循環煅燒/碳酸化過程中的燒結，所以吸收劑活性較高，經過多次循環后CO2捕集能力下降幅度不大。實施例1利用電石渣制備高活性CO2吸收劑，步驟如下:(I)用量筒分別量取25mL甘油和25mL蒸餾水，在燒杯中均勻混合后，作為溶劑備用。(2)電石渣取自山東某乙炔廠，用電子天平稱取IOg電石渣，稱取5.24g分析純九水硝酸鋁(以Ca/Al摩爾比為9:1制備吸收劑，九水硝酸鋁添加質量由此折算得出)，將稱量好的2種固本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法，其特征在于：步驟如下：（1）量取水和甘油，水和甘油的體積比為0.7～1.2：1，在容器中均勻混合，得溶劑；（2）稱取電石渣和九水硝酸鋁，將這兩種固體加入上述步驟（1）制備的水和甘油組成的溶劑中，室溫條件下攪拌1～2小時，得均相溶液；所述電石渣與溶劑的用量比例為每10g電石渣用25～100mL溶劑；所述電石渣與九水硝酸鋁的用量關系為：Ca/Al摩爾比為8～16：1；（3）將步驟（2）得到的均相溶液盛放在陶瓷坩堝中，放入馬弗爐內，750～900℃條件下煅燒1～4小時，煅燒后得到的樣品，即為高活性CO2吸收劑。

【技術特征摘要】
1.一種利用電石渣制備高活性CO2吸收劑的方法，其特征在于:步驟如下: (O量取水和甘油，水和甘油的體積比為0.7 1.2:1，在容器中均勻混合，得溶劑； (2)稱取電石渣和九水硝酸鋁，將這兩種固體加入上述步驟(I)制備的水和甘油組成的溶劑中，室溫條件下攪拌I 2小時，得均相溶液；所述電石渣與溶劑的用量比例為每IOg電石渣用25 IOOmL溶劑；所述電石渣與九水硝酸鋁的用量關系為:Ca/Al摩爾比為8 16:1 ； (3)將步驟(2)得到的均相溶液盛放在陶瓷坩堝中，放入馬弗爐內，750 900°C條件下煅燒I 4小時，煅燒后得到的樣品，即為高活性CO...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李英杰，孫榮岳，劉長天，路春美，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：