CaO基高溫CO-,2-吸附劑研究.pdf

1、氫氣在化工、煉油、能源和冶金行業(yè)有著廣泛應(yīng)用.甲烷水蒸汽重整催化制氫是目前成本最低的制氫方法.二氧化碳吸附強(qiáng)化甲烷水蒸汽重整催化制氫技術(shù)是從反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化的角度對(duì)原有技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn).本文對(duì)二氧化碳吸附強(qiáng)化甲烷水蒸汽重整制氫過(guò)程所用的CaO基吸附劑進(jìn)行研究,對(duì)化工、煉油、能源和冶金等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要行業(yè)具有重要的意義. 本文通過(guò)制備多種CaO基高溫二氧化碳吸附劑,考察吸附條件對(duì)吸附率和吸附-脫附循環(huán)使用穩(wěn)定性的影響,對(duì)優(yōu)化的吸附劑建立了二氧化

2、碳吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,求得模型參數(shù). 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究改變吸附劑粒徑和操作條件對(duì)吸附劑吸附率的影響,得出不同粒徑吸附劑存在不同的最佳吸附溫度;CO<,2>濃度對(duì)不同粒徑吸附劑影響不同:對(duì)粒徑為60-80μm和1-1.8mm的兩種吸附劑在CO<,2>濃度分別高于30﹪,20﹪情況下,提高CO<,2>濃度對(duì)二氧化碳吸附率沒(méi)有影響. 通過(guò)比較不同組成吸附劑的吸附率,得到影響吸附率的因素主要有:前驅(qū)物、載體和添加劑.前驅(qū)物為CaCO

3、<,3>的吸附劑其吸附率比Ca(OH)<,2>高;以.Al<,2>O<,3>為吸附劑的載體,性能優(yōu)于高嶺土和白土載體;添加MgO對(duì)反應(yīng)初期吸附速率有較大的提高,吸附率提高約10﹪,MgO添加量為2.5﹪的效果最好.添加碳酸鉀能提高吸附率,比添加碳酸鈉的吸附率要高. 通過(guò)比較不同組成吸附劑和不同操作條件下循環(huán)吸附率,得到影響吸附穩(wěn)定性的因素主要有前驅(qū)物、載體、添加劑和升溫速率.以CaC03為前驅(qū)物的吸附劑15次循環(huán)后,吸附率比以C

4、a(OH)<,2>為前驅(qū)物的吸附劑高20﹪;以氧化鋁為載體的吸附劑15次循環(huán)后吸附率仍最高;KCl的添加對(duì)吸附循環(huán)穩(wěn)定性方面效果最好.較溫和的升溫速率對(duì)提高循環(huán)穩(wěn)定性有利.分解溫度低一些對(duì)保持穩(wěn)定的吸附率有利.研究得出優(yōu)選的CaO基吸附劑吸附時(shí)間為10分鐘的情況下最高吸附率為70﹪,TGA測(cè)試62次600℃吸附和800℃脫附的吸附循環(huán)穩(wěn)定吸附率為34﹪. 對(duì)優(yōu)選的吸附劑進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)研究.根據(jù)吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性將整個(gè)吸附曲線分為

5、反應(yīng)段和擴(kuò)散段兩段進(jìn)行擬合.吸附動(dòng)力學(xué)反應(yīng)段和擴(kuò)散段均能用基于隨機(jī)成核和隨后生長(zhǎng)機(jī)理的Avrami-Erofeev方程,轉(zhuǎn)化率積分式為G(x)=[-1n(1-x)]<'n>模型進(jìn)行擬合.提出簡(jiǎn)便、科學(xué)的兩段劃分依據(jù)為f'(x)=0.f'(x)=0之前的反應(yīng)段參數(shù)n=1/3,擬合最大相對(duì)誤差是3/5﹪.f'(x)=0之后的傳質(zhì)控制段參數(shù)n=3,擬合最大相對(duì)誤差是0.86﹪.實(shí)驗(yàn)得到納米級(jí)CaO基吸附劑反應(yīng)段的活化能為11.9 kJ/mol