[发明专利]适于二氧化碳捕获的吸附剂粒料

说明书

本发明涉及制备适于二氧化碳捕获的吸附剂粒料的方法，涉及所述吸附剂粒料，并且涉及所述吸附剂粒料在二氧化碳捕获中的用途。

技术领域

本发明涉及制备适于二氧化碳捕获的吸附剂粒料的方法，涉及所述吸附剂粒料，并且涉及所述吸附剂粒料在二氧化碳捕获中的用途。

背景技术

碳捕获和存储是一种从诸如化石燃料发电厂之类的源中收集废二氧化碳，然后对其进行运输和沉积，使其不会进入大气的工艺。碳捕获和储存的主要目的是减少释放到大气中的二氧化碳的量，从而减轻与二氧化碳有关的环境问题，例如全球变暖和海洋酸化。

对于大规模燃烧后二氧化碳捕获，以胺工艺为代表的化学吸附法被认为是商业最可行的技术。截至2018年，唯一运行中的用于电厂脱碳的商业规模二氧化碳捕获厂是在加拿大边界大坝碳捕获与封存项目中使用的胺工艺。然而，将胺捕获装置与发电厂整合需要从蒸汽循环中提取大量低压蒸汽以进行溶剂再生。否则该蒸汽将用于发电，并导致约8％的能源损失。迄今为止，这种能源损失加上额外的资本支出，已阻止了碳捕获和存储的商业化。由于这些原因，需要开发比常规胺工艺具有更高经济可行性的替代捕获方法。

CaO基吸附剂原则上可以克服与常规胺工艺相关的许多问题。白云石(主要成分为碳酸钙和碳酸镁)和石灰石(主要成分为碳酸钙)是丰富而廉价的天然材料，可以煅烧以提供CaO基吸附剂。然而，已经观察到，由白云石和石灰石制备的吸附剂在最初的几个碳酸化/脱碳酸循环中表现出快速的CO₂捕获容量损失，随后仅保留有限的CO₂捕获容量。

为了减少白云石和石灰石的CO₂捕获容量的损失，已经研究了许多不同的技术，包括：(a)碳酸化/脱碳酸循环之前/期间的热处理/水化处理，(b)减小CaO晶体的尺寸；(c)在石灰石或白云石原材料中添加杂质，以及(d)由有机或无机前体和CaO和掺杂剂合成CaO基吸附剂。

通常，已发现技术(a)和(b)无效。其可能的原因是，根据技术(a)和(b)制备的吸附剂的稳定性可能至少在某种程度上受到原材料(即石灰石或白云石)的稳定性的限制。因此，认为技术(c)和(d)更有希望。然而，尽管已经报道了技术(d)可能提供具有高反应性的CaO基吸附剂，但是通常认为这些技术对于提供商业规模的工艺所需量的吸附剂而言太昂贵了。

技术(c)，即在石灰石或白云石原材料中添加杂质，由于原材料的成本低，因此可能低成本地提供吸附剂。但是，迄今为止，尚不可能使用该技术制备具有所需性能的吸附剂。

例如，B.Arstad、A.Spjelkavik、K.A.Andreassen、A.Lind、J.Prostak、R.Blom，《Ca基高温吸附剂用于二氧化碳捕获的研究》，Enrgy Proced，37(2013)9-15，尝试通过掺杂耐火材料的纳米颗粒来改善天然白云石的捕获性能。CaTiO₃、CaZrO₃和CaAl₂O₄掺杂在煅烧的白云石固体上。然而，与原始白云石相比，没有一种掺杂的白云石表现出优异的性能。最佳掺杂的白云石，在10％体积的二氧化碳中于600℃碳酸化30次后在N₂中于850℃煅烧30次循环后，只能捕获少于0.05g_CO2/g_吸附剂。

另外，迄今为止制备的许多吸附剂都是粉末形式。然而，粉末难以处理，而且在流化床型反应器中不容易控制。从增加流化床型反应器的流动性和减少损耗的角度出发，吸附剂的粒料，例如球形或圆柱形吸附剂的粒料是优选的。

总之，仍然需要新型吸附剂，以避免与胺工艺相关的能量损失。新型吸附剂将需要具有较高的CO₂捕获容量，并在多次碳酸化/脱碳酸循环后保持可接受的CO₂捕获容量水平。除了满足这些CO₂捕获性能要求外，理想的吸附剂还应采用低成本材料制成粒料状。