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现有的绝大多数火力发电技术,包括新建和改造机组,都能采用燃烧后脱碳的方法进行CO2分离。目前,燃烧后脱碳技术面临的主要困难在于:需处理烟气的体积流量大、CO2分压小,因此投资和运行成本很高。利用钾基吸收剂通过气固反应脱除CO2的技术由于反应能耗低、吸收剂循环利用效率高、对设备无腐蚀,无二次污染等优点成为当前的研究热点之一。实际燃煤电厂烟气经脱硫脱硝后,仍存在一定浓度的酸性气体(SO2、NOx等),可能会对钾基吸收剂干法脱除CO2的过程产生不利的影响,造成吸收剂失效,导致二氧化碳脱除效率和吸收剂利用率降低。因此,研究酸性气体对钾基吸收剂干法脱除二氧化碳过程的影响规律及导致吸收剂失效的机理对碱金属基吸收剂干法脱除二氧化碳技术的研发和工业应用具有重要的理论意义和工业价值。
本文在热重分析仪及“脱碳-吸收剂再生”鼓泡流化床实验台上,就酸性气体对钾基吸收剂干法脱除二氧化碳过程的影响规律及导致吸收剂失效的机理进行了探索性研究,具体内容及主要结果如下:
1、利用热重分析仪、X射线衍射仪(XRD)和硫酸钡重量法(BSG)等手段,分别研究了烟气中的SO2和NO对KHCO3分解生成的K2CO3以及负载型吸收剂K2CO3/Al2O3吸收CO2性能的影响。结果表明:NO在脱碳反应条件下与吸收剂不发生反应;而SO2对吸收剂的影响很大。在含有500ppniSO2的模拟烟气中,K2CO3的反应产物为KHCO3和少量K2SO3。K2SO3的生成直接影响到K2CO3的利用效率及循环利用次数。
2、在内径50mm的“脱碳-吸收剂再生”鼓泡流化床实验台上,分别研究了烟气中的SO2和NO对粒径范围为0.18~0.315mm、平均粒径为0.25mm的负载型吸收剂(K2CO3/Al2O3)吸收CO2性能的影响,并对反应产物进行XRD、SEM-EDX及含硫量测试。结果表明,当碳酸化反应气氛中含有SO2时,反应产物为K2SO4/K2SO3。含硫化合物的生成,直接影响了K2CO3的利用效率及循环利用次数,碳酸化反应中二氧化碳的吸收量及再生反应中释放出的二氧化碳量都随着循环次数的增加而减少。SEM-EDX分析发现,颗粒表面存在S元素且均匀分布在颗粒表面,将5次循环试验后的产物进行硫含量测试发现,含硫量近似于碳酸化反应时SO2的注入量。当碳酸化反应气氛中含有NO时,碳酸化和再生后的产物均未检测到含氮化合物,颗粒表面也未检测出N元素,二氧化碳的吸收量及再生反应中释放出的二氧化碳量都变化不大。试验结果表明,流化床操作条件下,NO对吸收剂脱碳性能影响不大,而SO2对吸收剂产生很大影响。
3、在“脱碳-吸收剂再生”鼓泡流化床实验台上进行了48次烟气中同时含有SO2和NO时的“碳酸化-吸收剂再生”循环反应试验。并通过改变碳酸化反应气氛中SO2和NO的浓度来探索SO2和NO同时存在时对吸收剂的影响。结果表明,二氧化碳吸收量和再生反应中释放出的二氧化碳量都随着循环次数的增加而减少。在前24次循环试验中,当碳酸化反应气氛中SO2和NO浓度分别为500ppm时,发现吸收剂的脱碳能力逐次下降,失效率也是逐次增加。在25~32次试验中,当碳酸化反应气氛中SO2和NO浓度均为0时,吸收剂的脱碳能力维持不变。在33~40次试验中,当碳酸化反应气氛中SO2和NO浓度均为1000ppm时,发现吸收剂脱碳能力下降程度比含有500ppm酸性气体的气氛中大,失效率也相应增大。在最后8次循环试验中,碳酸化反应气氛中SO2和NO浓度均为500ppm时,吸收剂脱碳能力下降程度变小。经过48次循环试验后,产物中未检测出含氮化合物,颗粒表面也未检测出N元素,吸收剂总的硫含量为1.71%,计算出因SO2引起的失效率为25%。