草木灰脫除煙氣CO2特性及機(jī)理研究

CO2減排是解決溫室氣體排放造成全球變暖問題的主要關(guān)注焦點(diǎn)之一。本項(xiàng)目提出利用價(jià)格低廉的草木灰進(jìn)行燃燒后煙氣CO2捕集，主要研究了以下內(nèi)容：一、通過多種理化分析表征，探明五種不同草木灰中組分含量及物性結(jié)構(gòu)；二、利用熱重系統(tǒng)探究樣品脫碳反應(yīng)機(jī)理；三、利用固定床反應(yīng)器研究草木灰的脫碳能力和再生能力；四、研究反應(yīng)條件對草木灰脫碳和再生特性的影響；五、建立了草木灰脫碳反應(yīng)動力學(xué)模型；六、研究了煙氣中雜質(zhì)氣氛SO2和NO2等對草木灰脫碳失效的影響機(jī)制；最后，為提高草木灰樣品脫碳能力，提出利用不同胺基復(fù)合物對草木灰樣品進(jìn)行改性。 獲得了以下主要結(jié)論：一、五種草木灰樣品富含K元素，其中向日葵秸稈燃燒的草木灰K含量最高，而稻秸稈燃燒的草木灰物性結(jié)構(gòu)較好；二、樣品對CO2清除主要依賴于原樣中K2CO3與CO2/H2O之間的碳酸化反應(yīng)及載體的物理吸附作用；三、模擬煙氣氣氛下五種草木灰的脫碳能力為0.35-0.54 mmol CO2/g，樣品在200℃可完全再生，多次循環(huán)樣品保持較高的脫碳性能；四、溫度是影響樣品脫碳性能的重要因素， H2O濃度增加有利于提高碳酸化轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)氣速對脫碳性能影響不大，樣品再生轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，升溫速率和反應(yīng)氣速對樣品再生性能影響不大；五、利用失活模型獲得了樣品脫碳反應(yīng)活化能，利用Avrami-Erofeyev動力學(xué)模型求解樣品再生反應(yīng)表觀活化能為79.1 kJ/mol；六、在含有水汽的雜質(zhì)氣氛中，樣品中K2CO3與SO2相互作用形成K2SO4，K2CO3與NO2相互作用形成KNO3，造成脫碳反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低；七、30%TEPA改性后的樣品脫碳能力最高可達(dá)1.76 mmol CO2/g，負(fù)載量為45%時(shí)樣品的脫碳能力最高為2.02 mmol CO2/g，多元胺能夠有效改進(jìn)草木灰樣品的脫碳性能。 通過本項(xiàng)目研究，揭示了草木灰脫碳和再生反應(yīng)機(jī)理；剖析了溫度、CO2濃度、H2O濃度、再生溫度和升溫速率等參數(shù)對草木灰脫碳和再生的影響規(guī)律；獲得了草木灰脫碳及再生動力學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)；揭示了樣品在含雜質(zhì)煙氣中失效機(jī)制；并提出利用胺基改性提高脫碳量和穩(wěn)定性同時(shí)抑制樣品失活的有效方法。項(xiàng)目的研究結(jié)果可為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣CO2干法脫除技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。該技術(shù)成果最終將為實(shí)現(xiàn)燃燒污染物控制，為節(jié)能減排提供新的途徑。

近年來，溫室氣體排放所造成的全球變暖問題成為國際社會普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，進(jìn)行全球性大規(guī)模CO2減排勢在必行。眾多CO2捕集技術(shù)中，堿金屬基固體吸收劑煙氣脫碳技術(shù)被認(rèn)為具有廣闊的應(yīng)用前景。為解決吸收劑成本過高難題，選用價(jià)格低廉的草木灰，可以變廢為寶，充分利用其剩余價(jià)值，為CO2減排開辟一個(gè)新的途徑。相比于其他堿金屬基吸收劑，草木灰的組分特別復(fù)雜，K2CO3存在形式特殊，因此本項(xiàng)目將重點(diǎn)針對草木灰中各成分與CO2的反應(yīng)機(jī)理展開研究。草木灰中其他組分以及煙氣中雜質(zhì)氣體SO2、NO2等造成吸收劑的失效機(jī)理也是研究重點(diǎn)之一。另外還將研究溫度、CO2濃度、H2O濃度對脫碳特性的影響機(jī)制以及吸收劑再生反應(yīng)特性。通過本項(xiàng)目的研究，可望探明草木灰與CO2的反應(yīng)機(jī)理，獲得系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣CO2干法脫除技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置專利目的

《燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置》的目的在于提供一種能對燒結(jié)煙氣中多種酸性氣體、重金屬、二惡因等多組份進(jìn)行脫除，并適合燒結(jié)機(jī)短時(shí)間內(nèi)開停頻繁的燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置。

燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置技術(shù)方案

《燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置》燒結(jié)煙氣干法脫除方法，包括以下步驟：

1）在高溫?zé)煔膺M(jìn)入快速混合區(qū)時(shí)加入吸收劑，吸收劑在快速混合區(qū)與煙氣預(yù)混合、預(yù)處理，脫除一部分SO₂、SO₃、重金屬、二惡因、大部分的HCL、HF氣體；

2）從快速混合區(qū)出來的煙氣經(jīng)加速區(qū)提速后進(jìn)入循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)，在循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)前端噴水降溫，并在循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)繼續(xù)進(jìn)行脫除剩余的SO₂、SO₃、重金屬、二惡因成分；

3）被凈化的煙氣經(jīng)反應(yīng)塔出口煙道進(jìn)入氣固分離器，脫硫灰被氣固分離器捕集下來，經(jīng)循環(huán)流化斜槽進(jìn)入快速混合區(qū)，凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

煙氣在循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)的速度為4～10米/秒。

煙氣在快速混合區(qū)的速度為12～20米/秒。

煙氣在加速區(qū)的速度為33～60米/秒。

為保證反應(yīng)塔內(nèi)各反應(yīng)區(qū)流速不變，可使凈化后的煙氣經(jīng)無動力清潔煙氣再循環(huán)煙道返回反應(yīng)塔入口煙道。

一種用于燒結(jié)煙氣干法脫除的裝置，由循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)、氣固分離器、循環(huán)流化斜槽、引風(fēng)機(jī)和煙囪組成，循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)通過反應(yīng)塔出口煙道與氣固分離器連接，氣固分離器通過煙道和引風(fēng)機(jī)與煙囪連接，在氣固分離器下方設(shè)置有循環(huán)流化斜槽，在循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)前端，設(shè)置有加速區(qū)，在加速區(qū)前端設(shè)置有快速混合區(qū)，快速混合區(qū)與反應(yīng)塔入口煙道連接；在引風(fēng)機(jī)的排風(fēng)煙道上設(shè)置有清潔煙氣再循環(huán)煙道，清潔煙氣再循環(huán)煙道的另一端與反應(yīng)塔入口煙道連接。

在循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)前端設(shè)置有獨(dú)立的用于降溫的水噴嘴。

燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置改善效果

由于采用雙級反應(yīng)，能充分脫除多種酸性氣體、重金屬、二惡英等組分；又由于設(shè)置了清潔煙氣再循環(huán)煙道，可以保證反應(yīng)塔內(nèi)各反應(yīng)區(qū)，在工礦煙氣量變化時(shí)的流速保持相對穩(wěn)定，從而保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

《燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置》涉及一種燒結(jié)煙氣干法脫除方法，《燒結(jié)煙氣干法脫除方法及裝置》還涉及用于該方法的裝置。

汞及典型有毒重金屬具有極強(qiáng)的神經(jīng)毒性，燃煤汞及重金屬的排放對人類健康造成了極大危害，對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響。本項(xiàng)目基于燃煤煙氣汞及重金屬的生成與排放特點(diǎn)，通過開展添加氧化劑/吸附劑對煙氣中汞吸附、強(qiáng)化氧化的影響和脫除機(jī)理；商用SCR催化劑對煙氣中汞氧化的機(jī)理；改性SCR催化劑制備及同時(shí)氧化煙氣中的汞、還原NO的機(jī)制；復(fù)雜煙氣條件下改性SCR催化劑協(xié)同增強(qiáng)Hg氧化和NO還原的機(jī)理；爐內(nèi)添加吸附劑對有毒重金屬和超細(xì)顆粒物生成與控制機(jī)理等方面的深層次基礎(chǔ)研究，揭示氧化劑/吸附劑對煙氣中汞吸附、強(qiáng)化氧化的影響和脫除機(jī)理，開發(fā)高效、價(jià)廉的改性商用SCR催化劑，構(gòu)建比較完整的汞在SCR催化劑活性組分表面多相氧化的理論，實(shí)現(xiàn)汞氧化的同時(shí)還原NOx的雙重目標(biāo)，通過定量分析超細(xì)顆粒物中有毒重金屬的種類及含量，構(gòu)建爐內(nèi)吸附劑對多氣化元素的綜合吸附模型，為燃煤煙氣汞及重金屬高效脫除奠定理論基礎(chǔ)。