CN111603907A - 一种改性镁基吸收剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境污染防治与洁净煤燃烧技术领域，具体涉及一种改性镁基吸收剂及其制备方法，包括以下步骤：(1)将含镁的矿石和有机物放入水中溶解，搅拌形成溶胶，将所述溶胶干燥以形成凝胶；(2)将步骤(1)所得的凝胶在高于500℃下煅烧，得到镁基吸收剂粉末；(3)将步骤(2)所得的镁基吸收剂粉末与水泥粉末混合均匀，再加入微量水，使混合粉末成为泥状，将该泥状物挤压、粉碎成颗粒，即得到所述改性镁基吸收剂。本发明的方法制备的改性镁基吸收剂可以应用于燃煤烟气吸收处理，主要用于提高长期循环中基于MgO的吸附剂的碳酸化转化率，解决附剂在多次循环后二氧化碳吸收能力下降的问题。

Description

一种改性镁基吸收剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环境污染防治与洁净煤燃烧技术领域，具体涉及一种改性镁基吸收剂及其制备方法。
背景技术
基于对人类活动导致的以二氧化碳(CO2)为主的温室气体的排放是目前所观测到的全球变暖的主要原因的认识，国际社会自20世纪90年代开始对温室气体减排给予了格外关注，一系列的国际行动框架逐步建立。在最近几年，全球温室气体减排行动更是如火如荼地开展。由于碳减排义务的分配关系到历史责任和公平发展，因而也是一个国际政治的热点议题。我国已经在生态重建、可再生能源开发、节能减排等方面取得了显著成效，面向2020年的自主减排、生物固碳和非化石能源发展目标也已经确立。目前CO2的捕集与封存(CO2Capture and Storage，CCS)技术被认为是最有前景的减排技术之一。这项技术是指将二氧化碳从工业和能源等相关源中分离、收集和封存，以避免其进人大气层的技术。商业上使用该技术已较为成熟，但长期封存二氧化碳的概念现在还只是在构思阶段，尚无发电厂运作整套碳收集及封存的设施。拥有整套碳收集及封存储存设施的发电厂，比没有这种设施的发电厂减少80％以上的二氧化碳排放，但会耗用20％-90％的额外能源。其中捕集的费用较高，如何经济高效地规模化捕集CO2已经成为了科研领域的重中之重。
较为成熟的二氧化碳捕集技术大概分为两种；物理吸附和化学吸收法。从我国工业烟气特点和技术成熟的角度来看，化学吸收法很适合我国工业烟气中CO2的捕集。根据化学吸收法的使用的吸收剂类型可分为液体吸收剂和固体吸收剂两类。液体吸收剂中的典型代表是醇胺溶液，此项技术成熟，在商业中被大规模使用。但由于经济和环保要求的提高，醇胺溶液逐渐不满足当前工业需求。基于钙循环和镁循环捕集CO2技术被认为是当今最具前景的燃烧后捕集CO2的技术手段之一，它可以直接用在各类工厂中燃烧烟气的处理。我国镁矿含量丰富，分布广泛，成本较低，可以采用镁基吸收剂来吸收燃煤电站尾气中的二氧化碳和二氧化硫。
对于二氧化碳的捕集，利用镁基吸收剂碳酸化/焙烧反应可以循环捕集燃煤尾气二氧化碳。反应式如下：
MgO+CO2→MgCO3
MgCO3→MgO+CO2
但是，对于采用普通镁吸收剂循环吸收二氧化碳，在多次碳酸化循环反应后，其镁基吸收剂的在每次碳酸化反应中的二氧化碳吸收能力会大幅下降。这样就需要在***中新添大量镁基吸收剂。所以提高镁基吸收剂在多循环碳酸化反应中的二氧化碳捕集能力对降低***的二氧化碳捕集成本具有重大意义。成批量地制备高性能低成本的吸附剂仍然是CO2捕集领域的急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种改性镁基吸收剂，提高了长期循环中基于MgO的吸附剂的碳酸化转化率。
本发明的目的之二在于提供一种改性镁基吸收剂的制备方法，制备工艺简便，易于调节，主要用于提高长期循环中基于MgO的吸附剂的碳酸化转化率，解决附剂在多次循环后二氧化碳吸收能力下降的问题。
本发明实现目的之一所采用的方案是：一种改性镁基吸收剂的制备方法，用于制备可高效吸收烟气中的二氧化碳的吸收剂颗粒，包括以下步骤：
(1)将含镁的矿石和有机物放入水中溶解，搅拌形成溶胶，将所述溶胶干燥以形成凝胶；
(2)将步骤(1)所得的凝胶在高于500℃下煅烧，得到镁基吸收剂粉末；
(3)将步骤(2)所得的镁基吸收剂粉末与水泥粉末混合均匀，再加入微量水，使混合粉末成为泥状，将该泥状物挤压、粉碎成颗粒，即得到所述改性镁基吸收剂。
优选地，所述步骤(1)中，含镁的矿石为菱镁矿、水镁石、白云岩、橄榄石中的至少一种。
优选地，所述步骤(1)中，有机物为柠檬酸、尿素、甘氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸或乙二胺四乙酸中的任意一种。
优选地，所述步骤(1)中，镁离子与有机物的摩尔比为(0.1-4)：1。另一优选地，镁离子与有机物的摩尔比为
Figure RE-GDA0002576567650000021
更优选为
Figure RE-GDA0002576567650000022
本发明中不同比例的镁和有机物比重对所制备的镁基吸收剂10次循环后吸收二氧化碳性能的影响，当这个比例小于0.1:1时，所得到的吸收剂性能较差，当这个比例大于4:1时，所得到的吸收剂的性能提升幅度并不明显。
优选地，所述步骤(1)中，搅拌温度为50-90℃；干燥温度为100-200℃。
优选地，所述步骤(2)中，煅烧温度为500-700℃。煅烧时间一般优选在0.5小时以上，具体可根据实际要求进行选择。
优选地，所述步骤(3)中，镁基吸收剂粉末与水泥粉末混合的质量比为(1-4):1。
本发明实现目的之二所采用的方案是：一种改性镁基吸收剂，采用所述的制备方法制得。
本发明具有以下优点和有益效果：
本发明的制备方法中，将含镁矿石和有机物在水中均匀混合，其干燥后的凝胶在500℃以上的条件下煅烧，通过有机物的迅速燃烧产生剧烈燃烧的火焰在镁基物质的表面形成丰富的孔隙，这样丰富的孔隙结构非常有利于镁基吸收剂具有很快的碳酸化反应速率。另外，水泥的添加可以作为镁基吸收剂晶粒间的原子骨架物，从而提高镁基吸收剂的抗烧结能力，最终提高吸收剂多循环捕集二氧化碳的稳定性。
本发明的方法制备的改性镁基吸收剂可以应用于燃煤烟气吸收处理，主要用于提高长期循环中基于MgO的吸附剂的碳酸化转化率，解决附剂在多次循环后二氧化碳吸收能力下降的问题。
附图说明
图1为按照本发明实施例的镁基吸收剂制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本实施例提供一种改性镁基吸收剂颗粒的制备方法，包括如下步骤：
室温下，首先将42g菱镁矿(MgCO3含量大于80％)和105g一水柠檬酸(C6H807-H20)放入烧杯中加入50mL水搅拌溶解。
镁离子与水的摩尔比优选为≥10:1，但本发明中对此并不作限定，可根据实际需求具体选择。
然后，在70℃恒温中搅拌1.5小时形成溶胶，再放入100℃干燥箱中干燥2小时形成凝胶。
将凝胶迅速放入75CTC马弗炉中，通入空气，在600℃下煅烧，持续煅烧1小时后可以得到白色镁基吸收剂粉末约20g。
最后，将得到的镁基吸收剂粉末与8g水泥干混合均匀，并加入微量水成泥状物(水泥具有粘合性)。将泥状物放入挤压机中挤压，再进行粉碎筛选便可得改性镁基二氧化碳吸收剂颗粒。
该吸附剂颗粒在使用前，最好在
Figure RE-GDA0002576567650000031
干燥1小时以上，使颗粒中的水分完全蒸发。
为了验证本实施例制备的改性镁基吸收剂的循环二氧化碳吸收能力，可以将该改性镁基吸收剂颗粒与普通氧化镁颗粒的性能进行对比。
具体地，首先，分别取本实施例制备的改性镁基吸收剂和普通氧化镁颗粒磨碎后，筛选出250-400um的颗粒放入到热重分析仪中分别进行二氧化碳吸收能力的测试。
二氧化碳的吸收能力的考察重点在于每克吸收剂在多次循环反应中能够吸收到二氧化碳的质量。反应条件为：碳酸化在二氧化碳体积分数为15％的气氛中300℃反应15分钟，煅烧在纯氮气气氛中600℃持续10分钟，并反复循环测试。热重分析仪的升温和冷却过程在纯氮气条件下进行。实验结果表示虽然本发明所制备的改性镁基吸收剂在第一次循环吸收的二氧化碳的量少于普通氧化镁吸收剂，但是在20次循环反应后，每克本发明所制备的镁基吸收剂会比普通镁基吸附剂要转化率高。所制备的改性镁基吸收剂的二氧化碳吸收能力是普通氧化镁的1.5倍可以看出，本发明制备的改性镁基吸收剂颗粒具有良好的循环二氧化碳吸收能力。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种改性镁基吸收剂的制备方法，用于制备可高效吸收烟气中的二氧化碳的吸收剂颗粒，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含镁的矿石和有机物放入水中溶解，搅拌形成溶胶，将所述溶胶干燥以形成凝胶；
(2)将步骤(1)所得的凝胶在高于500℃下煅烧，得到镁基吸收剂粉末；
(3)将步骤(2)所得的镁基吸收剂粉末与水泥粉末混合均匀，再加入微量水，使混合粉末成为泥状，将该泥状物挤压、粉碎成颗粒，即得到所述改性镁基吸收剂。
2.根据权利要求1所述的改性镁基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，含镁的矿石为菱镁矿、水镁石、白云岩、橄榄石中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的改性镁基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，有机物为柠檬酸、尿素、甘氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸或乙二胺四乙酸中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的改性镁基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，搅拌温度为50-90℃；干燥温度为100-200℃。
5.根据权利要求1所述的改性镁基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，镁离子与有机物的摩尔比为(0.1-4)：1。
6.根据权利要求1所述的改性镁基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，煅烧温度为500-700℃。
7.根据权利要求1所述的改性镁基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，镁基吸收剂粉末与水泥粉末混合的质量比为(1-4):1。
8.一种改性镁基吸收剂，其特征在于：采用权利要求1-7中任一项所述的制备方法制得。
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