钙基废弃物作为CO2高温载体的循环反应规律及机理研究

钙基吸收剂作为高温载体循环煅烧/碳酸化捕集CO2是目前具有可行性的燃煤电站捕集CO2技术之一。随循环次数增加，钙基吸收剂如石灰石循环捕集CO2性能迅速衰减，为克服衰减而对石灰石的改性研究是当前热点，并取得了明显进展。但改性引起了吸收剂成本增长，使碳捕集经济性受到影响。为了进一步降低脱碳成本，本项目提出钙基废弃物如电石渣、赤泥等作为CO2高温载体，它们的成分、结构与石灰石差别较大。前期研究表明，电石渣和赤泥表现出了比石灰石更好的CO2捕集性能。通过TGA、固定床和流化床反应器，研究钙基废弃物作为CO2高温载体循环反应特性及动力学机理；结合能谱、晶相和结构分析探索钙基废弃物循环中的杂质影响、晶粒生长及微观结构，以揭示碳酸化反应和失活机理；通过粒径分析考察钙基废弃物循环中的磨损特性，揭示其与CO2捕集的内在联系。本项目有望形成CO2低成本捕集和工业废弃物利用相结合的新途径。

钙循环技术，即钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化反应捕集CO2是非常具有应用前景的燃煤电站CO2捕集技术。选择低成本、高活性的CO2吸收剂是该技术的关键问题之一。每年全世界氯碱、造纸等行业排放大量钙基工业废弃物。这些废弃物很难被高效回收利用，一般仅堆积不处理，这样对周围生态环境造成了破坏以及浪费了钙资源。如何实现钙基废弃物大规模资源化具有挑战性。本项目提出钙基废弃物作为CO2高温吸收剂，利用其煅烧/碳酸化反应循环捕集燃煤电站燃烧后CO2的思路。经过项目组3年研究得到了以下成果：获得了钙基废弃物在循环煅烧/碳酸化捕集CO2过程中的反应规律，采用收缩核模型模拟钙基废弃物的碳酸化反应动力学；揭示了钙基废弃物材料特性、反应条件对其循环CO2捕集性能的耦合影响规律；揭示了Cl、Mn等杂质对钙基载体捕集CO2的活化/抑制机理；采用多级水洗、延长碳酸化、化学改性及负载活性材料等简便处理方法改善钙基废弃物的循环捕集CO2特性，并揭示了微观结构和物化特性改变对钙基废弃物CO2捕集性能的影响机理；揭示了钙基废弃物协同捕集CO2/SO2过程中硫酸化和碳酸化之间的竞争机制；明确了经历多次碳酸化/煅烧循环的钙基废弃物的硫酸化特性，并形成了钙基废弃物异步脱除CO2/SO2工艺路线；探明了流态化下钙基废弃物在循环煅烧/碳酸化过程中的颗粒磨损机制；提出了IGCC燃烧后与钙循环捕集CO2耦合的新思路并利用Aspen Plus进行了系统模拟；发明了在钙循环中采用微波辐射方式煅烧吸收剂捕集CO2的新方法。本项目丰富和拓展了钙循环捕集CO2技术中吸收剂的范畴，对钙基废弃物循环资源化模式进行了有益探讨，促进了钙基废弃物大规模资源化利用与低成本CO2捕集集成技术的发展。