[发明专利]一种化学改性钙基CO2吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙基CO₂吸附剂的制备方法，属于燃烧化工技术领域。

背景技术

氢能以其清洁、高效、热值高与利用形式多样等诸多优点，越来越引起人们的重视。通过水煤气变换、天然气重整等多种方法制备氢气时加入氧化钙吸附剂不仅促进反应的正向移动以制备高纯度的氢气，还可对CO₂气体进行捕集。设计并制备出一种机械强度高、热稳定性高、循环特性良好的钙基吸附剂对制氢工艺、环境的可持续发展都具有十分重要的意义。

目前为了提高吸附剂循环转化率、机械强度等性能，多采用水合法、热处理法、化学添加法等，前人分别对草酸钙、氧化铝、氧化镁、高锰酸钾等不同前驱物的钙基吸附剂进行研究，不同的前驱物会对钙基吸附剂的性能有所提高。

当然也或多或少存在一些问题。如机械强度不够，在流化床上反应若干个循环后被撞击为粉末跑飞；热稳定性不够，在高温下易烧结，空隙结构发生变化，最终影响循环特性，这些都有待我们更进一步的探索。

因此，通过化学改性，提出一种更为有效的钙基吸附剂的制备方法改善吸附剂的整体性能是至关重要的。

发明内容

技术问题：本发明提出了一种通过添加氧化铝与5A型沸石分子筛化学改性，并采用改进后的机械混合法进行制备，能有效提高钙基吸附剂的转化率、热稳定性与机械强度的化学改性钙基CO₂吸附剂，同时提供一种该吸附剂的制备方法。

技术方案：本发明的化学改性后的钙基CO₂吸附剂制备方法，包括以下步骤：

1)将粒径为0.5-1mm的沸石分子筛放入马弗炉中活化，活化温度为250～300℃，活化时间为20～40min；

2)取等质量活化后的沸石分子筛与惰性氧化铝混合作为钙基吸附剂的前驱物，加入占所述前驱物质量百分比10～20％的水，搅拌后配置成悬浊液；

3)按照氧化钙与前驱物的质量比为4:1～9:1，向所述悬浊液中逐步加入氧化钙粉末，并不断搅拌，加入过程中，悬浊液逐渐变为糊状，直至最终得到固体混合物；

4)将所述固体混合物放入干燥箱中，在110～140℃下干燥30～60分钟，然后放入马弗炉中，550-600℃下煅烧1-2小时，即得到钙基CO₂吸附剂。

本发明制备方法的优选方案中，步骤1)中的沸石分子筛是5A型沸石分子筛，所述步骤2)中惰性氧化铝的粒径为0.5-1mm。

本发明的化学改性钙基CO₂吸附剂，是采用惰性氧化铝与5A型沸石分子筛作为钙基吸附剂的前驱物，将所述沸石分子筛在马弗炉中活化后与惰性氧化铝、水混合制成悬浊液，进而加入氧化钙进行充分混合搅拌，最后将固体产物干燥煅烧得到的。

本发明化学改性钙基CO₂吸附剂的优选方案中，吸附剂是按照上述制备方法得到的。

本发明方法考虑到添加5％惰性氧化铝对钙基吸附剂进行化学改性，惰性氧化铝具有强度高、化学性质稳定、有很好的耐热性等优点，它可以耐高温、高压、酸碱盐等各种溶剂的腐蚀，作为反应器内催化剂的支撑和覆盖材料。在流化床中进行钙基吸附试验，必然要求吸附剂具有很高的强度，选择惰性氧化铝作为吸附剂的载体，可以缓冲反应器内部流动对吸附剂造成的冲击，保护吸附催化剂，改善反应器内部液体和气体的分布。

考虑到添加5％的沸石分子筛对钙基吸附剂进行化学改性，沸石分子筛是一种含水架状结构的多孔硅酸盐矿物，其构成骨架是SiO₄四面体和AlO₄四面体，沸石晶格内部有很多大小均一的空穴和通道。沸石滤料具有很大的比表面积，它具有独特的离子交换能力。本发明加入了一定量的分子筛5A型沸石，意在探索其对于钙离子的吸附能力。分子筛结构的沸石将钙离子吸附到其特有的骨架中，由于其比表面积较大、具有一定的骨架结构。因此对于CO₂气体的吸附是极其有利的。

本发明针对钙基吸附剂的制备方法的改进，采用改进的机械混合法对钙基吸附剂进行制备，首先将两种前驱物进行混合，加入适量水，逐渐加入氧化钙固体，整个过程中不断混合搅拌，该方法适当提高了钙基吸附剂的硬度和组织的均匀性。

本发明方法在原有氧化钙基础上添加5A沸石分子筛与惰性氧化铝，制备的化学改性吸附剂对CO₂吸附储存，通过化学改性与制备方法的改进使得制备的钙基CO₂吸附剂具有较高的转化率、较稳定的骨架结构与较大的孔隙结构，可用于循环吸附煅烧，制备高纯氢气。