[发明专利]表面包覆CaTiO3的氧化钙基CO2吸附剂的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钙基CO₂吸附剂的制备方法，尤其涉及一种表面包覆有CaTiO₃的氧化钙基高温CO₂吸附剂的制备方法。

背景技术

根据氧化钙与CO₂反应的原理，氧化钙基吸附剂可吸附高温CO₂，在节能减排、环境保护、能量利用和转化、炼油和化工有重要的应用前景。在节能减排的环境领域，氧化钙基吸附剂可用于脱除化石燃料发电过程产生的烟道气中所含的CO₂(Anthony，E.J.，Solid looping cycles：A newtechnology for coal conversion.Ind.Eng.Chem.Res.2008，47，1747-1754)；在炼油、化工以及未来氢能源领域，氧化钙基吸附剂可用于反应脱除CO₂的吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢新工艺过程(Han，C.and Harrison，D.P.，Simulation shift reaction and carbon dioxide separation for the directproduction of hydrogen，Chem.Eng.Sci，1994，49，5875-5883)，能够缩短制氢反应流程和降低反应温度，达到降低制氢成本的效果；此外，利用氧化钙与CO₂的反应放热和CaCO₃的分解吸热，可用于能源领域的化学热泵实现热能储存和转变的功能(Kato，Y.，Saku，D.，Harada，N.，and Yoshizawa，Y.，Utilization of high temperature heat from nuclear reactor using inorganicchemical heat pump，Proc.Nucl.Energy，1998，32(3-4)，563-570)。

氧化钙基吸附剂具有良好的CO₂反应吸附能力，在转化率达到100％的理想情况下，以CaO量为吸附剂吸附容量的计算基准，吸附量可达到17.85mol/kgCaO量的吸附剂。吸附了CO₂的吸附剂在800-900℃下煅烧，CaCO₃分解为CO₂和CaO，实现吸附剂的再生，从而可以循环使用。但是，CaO颗粒与高温CO₂反应时，颗粒外层的CaO转化为CaCO₃，其摩尔体积(36.9cm³/mol)大于CaO的摩尔体积(16.9cm³/mol)，CaO反应吸附CO₂后易引起产物层CaCO₃覆盖在未反应的CaO层表面引起微孔堵塞，CO₂难以继续扩散到吸附剂颗粒内部与CaO进行反应，CaO不能完全转化为碳酸钙，导致高温CO₂反应吸附的能力下降。同时，长时间置于高温环境，吸附剂的粒子间会发生烧结和团聚，导致有效表面积减少和孔容积下降；而反应吸附-分解反应过程中碳酸钙和氧化钙之间的频繁转换导致的密度变化，也会改变吸附剂的孔结构。因此，现有的氧化钙基高温CO₂吸附剂存在的主要的问题是：吸附剂对CO₂的吸附率在吸附和脱附CO₂的多次循环使用过程中很快衰减，循环使用吸附率下降，难以工业化应用。

1995年，Silaban等(Silaban.A.，Characteristics of the reversible reactionbetween CO₂(g)and calcined dolomite.Chem.Eng.Commun.1995，138，149-162.)发现含MgCO₃的白云石循环吸附稳定性能优于杂质含量较低的石灰石。五次循环后，煅烧白云石得到的CaO对CO₂的吸附容量下降7.14％，而煅烧石灰石得到的CaO对CO₂的吸附容量下降47.5％。