氢气在化工、炼油、能源和冶金行业有着广泛应用.甲烷水蒸汽重整催化制氢是目前成本最低的制氢方法.二氧化碳吸附强化甲烷水蒸汽重整催化制氢技术是从反应过程强化的角度对原有技术的进一步改进.本文对二氧化碳吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢过程所用的CaO基吸附剂进行研究,对化工、炼油、能源和冶金等国民经济重要行业具有重要的意义. 本文通过制备多种CaO基高温二氧化碳吸附剂,考察吸附条件对吸附率和吸附-脱附循环使用稳定性的影响,对优化的吸附剂建立了二氧化碳吸附反应动力学模型,求得模型参数. 通过实验研究改变吸附剂粒径和操作条件对吸附剂吸附率的影响,得出不同粒径吸附剂存在不同的最佳吸附温度;CO<,2>浓度对不同粒径吸附剂影响不同:对粒径为60-80μm和1-1.8mm的两种吸附剂在CO<,2>浓度分别高于30﹪,20﹪情况下,提高CO<,2>浓度对二氧化碳吸附率没有影响. 通过比较不同组成吸附剂的吸附率,得到影响吸附率的因素主要有:前驱物、载体和添加剂.前驱物为CaCO<,3>的吸附剂其吸附率比Ca(OH)<,2>高;以.Al<,2>O<,3>为吸附剂的载体,性能优于高岭土和白土载体;添加MgO对反应初期吸附速率有较大的提高,吸附率提高约10﹪,MgO添加量为2.5﹪的效果最好.添加碳酸钾能提高吸附率,比添加碳酸钠的吸附率要高. 通过比较不同组成吸附剂和不同操作条件下循环吸附率,得到影响吸附稳定性的因素主要有前驱物、载体、添加剂和升温速率.以CaC03为前驱物的吸附剂15次循环后,吸附率比以Ca(OH)<,2>为前驱物的吸附剂高20﹪;以氧化铝为载体的吸附剂15次循环后吸附率仍最高;KCl的添加对吸附循环稳定性方面效果最好.较温和的升温速率对提高循环稳定性有利.分解温度低一些对保持稳定的吸附率有利.研究得出优选的CaO基吸附剂吸附时间为10分钟的情况下最高吸附率为70﹪,TGA测试62次600℃吸附和800℃脱附的吸附循环稳定吸附率为34﹪. 对优选的吸附剂进行吸附动力学研究.根据吸附反应动力学特性将整个吸附曲线分为反应段和扩散段两段进行拟合.吸附动力学反应段和扩散段均能用基于随机成核和随后生长机理的Avrami-Erofeev方程,转化率积分式为G(x)=[-1n(1-x)]模型进行拟合.提出简便、科学的两段划分依据为f(x)=0.f(x)=0之前的反应段参数n=1/3,拟合最大相对误差是3/5﹪.f(x)=0之后的传质控制段参数n=3,拟合最大相对误差是0.86﹪.实验得到纳米级CaO基吸附剂反应段的活化能为11.9 kJ/mol,比微米级CaO低22﹪.纳米级CaO基吸附剂扩散段的活化能为106.9 kJ/mol,比微米级的CaO低33﹪.纳米级CaO反应和扩散速率常数均比微米级CaO基吸附剂大,解释了纳米级吸附剂比微米级吸附剂吸附率高的原因. 本文研究的CaO基二氧化碳吸附剂的颗粒特性、吸附条件对吸附率以及循环吸附率的影响和吸附反应动力学研究,为吸附剂的进一步开发研究提供了基础.