草木灰脱除烟气CO2特性及机理研究

CO2减排是解决温室气体排放造成全球变暖问题的主要关注焦点之一。本项目提出利用价格低廉的草木灰进行燃烧后烟气CO2捕集，主要研究了以下内容：一、通过多种理化分析表征，探明五种不同草木灰中组分含量及物性结构；二、利用热重系统探究样品脱碳反应机理；三、利用固定床反应器研究草木灰的脱碳能力和再生能力；四、研究反应条件对草木灰脱碳和再生特性的影响；五、建立了草木灰脱碳反应动力学模型；六、研究了烟气中杂质气氛SO2和NO2等对草木灰脱碳失效的影响机制；最后，为提高草木灰样品脱碳能力，提出利用不同胺基复合物对草木灰样品进行改性。 获得了以下主要结论：一、五种草木灰样品富含K元素，其中向日葵秸秆燃烧的草木灰K含量最高，而稻秸秆燃烧的草木灰物性结构较好；二、样品对CO2清除主要依赖于原样中K2CO3与CO2/H2O之间的碳酸化反应及载体的物理吸附作用；三、模拟烟气气氛下五种草木灰的脱碳能力为0.35-0.54 mmol CO2/g，样品在200℃可完全再生，多次循环样品保持较高的脱碳性能；四、温度是影响样品脱碳性能的重要因素， H2O浓度增加有利于提高碳酸化转化率，反应气速对脱碳性能影响不大，样品再生转化率随温度升高而增大，升温速率和反应气速对样品再生性能影响不大；五、利用失活模型获得了样品脱碳反应活化能，利用Avrami-Erofeyev动力学模型求解样品再生反应表观活化能为79.1 kJ/mol；六、在含有水汽的杂质气氛中，样品中K2CO3与SO2相互作用形成K2SO4，K2CO3与NO2相互作用形成KNO3，造成脱碳反应转化率降低；七、30%TEPA改性后的样品脱碳能力最高可达1.76 mmol CO2/g，负载量为45%时样品的脱碳能力最高为2.02 mmol CO2/g，多元胺能够有效改进草木灰样品的脱碳性能。 通过本项目研究，揭示了草木灰脱碳和再生反应机理；剖析了温度、CO2浓度、H2O浓度、再生温度和升温速率等参数对草木灰脱碳和再生的影响规律；获得了草木灰脱碳及再生动力学基础参数；揭示了样品在含杂质烟气中失效机制；并提出利用胺基改性提高脱碳量和稳定性同时抑制样品失活的有效方法。项目的研究结果可为开发具有自主知识产权的烟气CO2干法脱除技术奠定坚实的理论基础。该技术成果最终将为实现燃烧污染物控制，为节能减排提供新的途径。

近年来，温室气体排放所造成的全球变暖问题成为国际社会普遍关注的焦点，进行全球性大规模CO2减排势在必行。众多CO2捕集技术中，碱金属基固体吸收剂烟气脱碳技术被认为具有广阔的应用前景。为解决吸收剂成本过高难题，选用价格低廉的草木灰，可以变废为宝，充分利用其剩余价值，为CO2减排开辟一个新的途径。相比于其他碱金属基吸收剂，草木灰的组分特别复杂，K2CO3存在形式特殊，因此本项目将重点针对草木灰中各成分与CO2的反应机理展开研究。草木灰中其他组分以及烟气中杂质气体SO2、NO2等造成吸收剂的失效机理也是研究重点之一。另外还将研究温度、CO2浓度、H2O浓度对脱碳特性的影响机制以及吸收剂再生反应特性。通过本项目的研究，可望探明草木灰与CO2的反应机理，获得系统的基础数据，为开发具有自主知识产权的烟气CO2干法脱除技术奠定坚实的理论基础。

烧结烟气干法脱除方法及装置专利目的

《烧结烟气干法脱除方法及装置》的目的在于提供一种能对烧结烟气中多种酸性气体、重金属、二恶因等多组份进行脱除，并适合烧结机短时间内开停频繁的烧结烟气干法脱除方法及装置。

烧结烟气干法脱除方法及装置技术方案

《烧结烟气干法脱除方法及装置》烧结烟气干法脱除方法，包括以下步骤：

1）在高温烟气进入快速混合区时加入吸收剂，吸收剂在快速混合区与烟气预混合、预处理，脱除一部分SO₂、SO₃、重金属、二恶因、大部分的HCL、HF气体；

2）从快速混合区出来的烟气经加速区提速后进入循环流化反应区，在循环流化反应区前端喷水降温，并在循环流化反应区继续进行脱除剩余的SO₂、SO₃、重金属、二恶因成分；

3）被净化的烟气经反应塔出口烟道进入气固分离器，脱硫灰被气固分离器捕集下来，经循环流化斜槽进入快速混合区，净化后的烟气经引风机排入烟囱。

烟气在循环流化反应区的速度为4～10米/秒。

烟气在快速混合区的速度为12～20米/秒。

烟气在加速区的速度为33～60米/秒。

为保证反应塔内各反应区流速不变，可使净化后的烟气经无动力清洁烟气再循环烟道返回反应塔入口烟道。

一种用于烧结烟气干法脱除的装置，由循环流化反应区、气固分离器、循环流化斜槽、引风机和烟囱组成，循环流化反应区通过反应塔出口烟道与气固分离器连接，气固分离器通过烟道和引风机与烟囱连接，在气固分离器下方设置有循环流化斜槽，在循环流化反应区前端，设置有加速区，在加速区前端设置有快速混合区，快速混合区与反应塔入口烟道连接；在引风机的排风烟道上设置有清洁烟气再循环烟道，清洁烟气再循环烟道的另一端与反应塔入口烟道连接。

在循环流化反应区前端设置有独立的用于降温的水喷嘴。

烧结烟气干法脱除方法及装置改善效果

由于采用双级反应，能充分脱除多种酸性气体、重金属、二恶英等组分；又由于设置了清洁烟气再循环烟道，可以保证反应塔内各反应区，在工矿烟气量变化时的流速保持相对稳定，从而保证整个系统稳定运行。

《烧结烟气干法脱除方法及装置》涉及一种烧结烟气干法脱除方法，《烧结烟气干法脱除方法及装置》还涉及用于该方法的装置。

汞及典型有毒重金属具有极强的神经毒性，燃煤汞及重金属的排放对人类健康造成了极大危害，对生态系统产生了重大影响。本项目基于燃煤烟气汞及重金属的生成与排放特点，通过开展添加氧化剂/吸附剂对烟气中汞吸附、强化氧化的影响和脱除机理；商用SCR催化剂对烟气中汞氧化的机理；改性SCR催化剂制备及同时氧化烟气中的汞、还原NO的机制；复杂烟气条件下改性SCR催化剂协同增强Hg氧化和NO还原的机理；炉内添加吸附剂对有毒重金属和超细颗粒物生成与控制机理等方面的深层次基础研究，揭示氧化剂/吸附剂对烟气中汞吸附、强化氧化的影响和脱除机理，开发高效、价廉的改性商用SCR催化剂，构建比较完整的汞在SCR催化剂活性组分表面多相氧化的理论，实现汞氧化的同时还原NOx的双重目标，通过定量分析超细颗粒物中有毒重金属的种类及含量，构建炉内吸附剂对多气化元素的综合吸附模型，为燃煤烟气汞及重金属高效脱除奠定理论基础。