一種二氧化碳吸收劑、其制備方法及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種中溫干法碳捕集技術，更具體地涉及一種利用堿金屬硝酸鹽改性鎂基物質制備得到的可在中溫煤氣條件下進行CO2吸收與再生的二氧化碳吸收劑、其制備方法及其應用方法。
【背景技術】
[0002]化石能源利用過程中伴隨著大量溫室氣體CO2的排放。隨著經濟的增長和人們對能源需求的提高，中國在溫室氣體減排方面的壓力越來越大。因此，開發經濟有效的0)2捕獲分離技術已迫在眉睫。整體煤氣化聯合循環發電技術(IGCC)將煤氣化和高效的聯合循環相結合，既能高效發電又具有很好的環保性。在IGCC系統工藝中，基于水汽變換工藝進行高壓煤氣中0)2的捕獲，不僅能降低0)2捕獲成本，而且能提高煤氣中H2含量，得到清潔煤氣。因此，燃燒前碳捕集技術是一種比較有潛力的CO2分離技術，而燃燒前碳捕集技術的關鍵是開發出成本可控、且吸收性能好的CO2固體吸收劑。
[0003]目前二氧化碳吸收劑的研究主要是關于高溫鈣基物質和中溫鎂基物質的研究。鈣基物質因再生溫度高容易造成高溫燒結，且再生能耗高使得其工程運用受到一定限制。鎂基物質的吸收和再生溫度均集中在300?500°C，再生能耗低且吸收再生循環過程中吸收劑吸收性能穩定。
[0004]現有研究報道的利用堿金屬鈣鎂硝酸鹽與碳酸鈉通過共沉淀法制備所得的鈣鎂復鹽CO2吸收劑、以及利用堿金屬硝酸鹽改性白云石和石灰石礦物制備所得鈣鎂復鹽0)2吸收劑，存在的問題是雖然吸收劑吸收性能穩定，但吸收劑CO2吸收能力不高，僅0.20g C02/g吸收劑左右。基于此，現有研究也報道了利用NaNO3或KNO3直接改性MgO制備鎂基CO2吸收劑，此時吸收劑初次吸收能力最高可達到0.6g C02/g吸收劑左右，但在初始循環過程中其吸收性能會下降，循環到第8次時其吸收能力下降近50%，下降到0.3g C02/g吸收劑左右后穩定，且該吸收劑的吸收反應速率很慢。較慢的吸收反應速率也是制約該吸收劑工程運用的關鍵。
[0005]針對現有鎂基CO2吸收劑的研究現狀，如何穩定鎂基CO2吸收劑的吸收能力并提高吸收劑的吸收反應速率是鎂基吸收劑實現規模化運用的關鍵。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種二氧化碳吸收劑、其制備方法及其應用方法。
[0007]為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提供了一種二氧化碳吸收劑的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟S1:將堿金屬硝酸鹽與鎂基前驅體按一定質量比進行混合；
[0009]步驟S2:將步驟SI中得到的混合物在375-450°C下進行煅燒活化處理，即得所需的二氧化碳吸收劑。
[0010]作為優選，步驟SI中所述堿金屬硝酸鹽為NaNO3或KNO3;以及
[0011]步驟SI中所述鎂基前驅體為MgCO3、Mg(OH) 2、醋酸鎂或MgO。
[0012]作為優選，步驟SI中所述一定質量比為堿金屬硝酸鹽:鎂基前驅體=0.1-0.5:1。
[0013]作為優選，步驟SI中所述混合方式為干法機械混合或者濕法混合；當所述混合為濕法混合時，在步驟S2中將得到的混合物在375-450Γ下進行煅燒活化處理步驟之前，還包括對步驟SI中得到的液體混合物進行干燥處理的步驟。
[0014]作為優選，步驟SI中將堿金屬硝酸鹽與鎂基前驅體進行的是濕法混合，其具體步驟包括:
[0015]步驟Sll:準確稱量所需的堿金屬硝酸鹽和鎂基前驅體；
[0016]步驟SI2:將所述堿金屬硝酸鹽在水溶液中充分溶解；
[0017]步驟S13:在所述堿金屬硝酸鹽充分溶解之后再加入所述鎂基前驅體并充分攪拌使其充分混合。
[0018]作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種如上所述的制備方法制備得到的二氧化碳吸收劑。
[0019]作為本發明的再一個方面，本發明還提供了一種如上所述的二氧化碳吸收劑的應用方法，其特征在于，當將所述二氧化碳吸收劑在加壓煤氣條件下使用時，如果所述二氧化碳吸收劑的吸收反應溫度在330-375Γ之間，則控制二氧化碳的分壓大于I個大氣壓;如果所述二氧化碳吸收劑的吸收反應溫度在375-400°C之間，則控制二氧化碳的分壓大于2個大氣壓。
[0020]作為本發明的再一個方面，本發明還提供了一種如上所述的二氧化碳吸收劑的應用方法，其特征在于，在一定二氧化碳分壓條件下，采用分段梯級升溫的方式進行所述二氧化碳吸收劑的吸收反應。
[0021]作為優選，所述分段梯級升溫的方法包括以下步驟:先在低于330°C的溫度下進行一段時間的碳酸化反應，再升溫到330?400°C之間某一溫度進行碳酸化反應。
[0022]作為本發明的還一個方面，本發明還提供了一種如上所述的二氧化碳吸收劑的應用方法，其特征在于，通過控制所述二氧化碳吸收劑的碳酸化反應所得鎂基碳酸鹽在再生分解過程中的轉化率以提高所述二氧化碳吸收劑下一次吸收反應的反應速率。
[0023]基于上述技術方案可知，本發明的二氧化碳吸收劑及其制備方法具有如下有益效果:
[0024](I)本發明中制備吸收劑的原材料鎂基物質來源廣泛，吸收劑制備方法簡單可行，且吸收劑吸收再生溫度均在400°C左右，有利于降低吸收劑的再生能耗；
[0025](2)本發明中吸收劑的應用方法有助于提高吸收劑的吸收反應速率，這對增強鎂基CO2吸收劑的工程適用性具有重要意義。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的0.50Na_MgC03樣品在450°C活化所得⑶2吸收劑在程序升溫條件下的CO2吸收曲線；
[0027]圖2為本發明的二氧化碳吸收劑在循環過程中基于MgO吸收劑的樣品重量曲線變化圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0029]本發明公開了一種堿金屬硝酸鹽(NaNO3或KNO3)改性鎂基物質(MgC03、Mg(0H)2、醋酸鎂或MgO等，也可以采用如菱鎂礦等天然含鎂基物質的礦產資源)制備鎂基二氧化碳吸收劑、其制備方法和應用方法。
[0030]吸收劑制備方法如下:
[0031 ]將NaNO3與鎂基前驅體按一定質量比進行濕法混合，操作步驟如下:
[0032]I)取一定質量的鎂基前驅體，并按一定質量比(NaNO3:鎂基前驅體=(0.1-0.5):
I)稱取一定質量的NaNO3。
[0033]2)將NaNO3在水溶液中充分溶解后再將鎂基前驅體引入NaNO3溶液中充分攪拌混入口 ο
[0034]3)對混合液進行干燥處理，然后在375_450°C對該吸收劑進行煅燒活化處理，即得到NaNO3改性的MgO基CO2吸收劑。
[0035]吸收劑應用過程中有助于提高其反應速率的改善方法如下:
[0036](I)吸收劑在加壓煤氣條件下使用，若吸收反應溫度在330-375°C，則CO2的分壓最好大于I個大氣壓;若吸收溫度在375-400 V，則CO2分壓最好大于2個大氣壓，吸收劑才可能實現較為快速的反應。
[0037](2)在一定CO2分壓條件下，為了加快吸收劑的反應速率，則可采用分段梯級升溫的方式進行鎂基CO2吸收劑的吸收反應。所謂梯級升溫就是先在低于330°C的較低溫度下經歷一段時間的碳酸化反應，再升溫到330?400°C的某一高溫下進行碳酸化反應。
[0038](3)也可通過控制碳酸化反應所得鎂基碳