一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂，包含活性组分、载体和催化剂，其中所述活性组分为碳酸钠，占固体吸收剂总质量的20-40%；所述载体为活性氧化铝，占固体吸收剂总质量的50-79%；所述催化剂为TiO2和TiO(OH)2中的一种或两种，占固体吸收剂总质量的1-10%；所述吸收剂的制备方法为浸渍法、沉淀法、浸渍沉淀法或浸渍喷雾法。本发明的固体吸收剂属于低温吸收剂，CO2吸收温度为60-80℃，CO2解吸温度为120-300℃。本发明的固体吸收剂原料廉价易得，制备工艺造价低廉且流程简单，多次循环后不易失活，可保持较高的CO2脱除率，是CO2减排技术投资和能耗较低的一种优化方案，具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及化石燃料燃烧产生的烟气中CO2的脱除和浓缩方法，采用的固体吸收剂原料来源广泛、廉价，制备方法简单易实现，吸收速度快，转化率高。属于二氧化碳减排【技术领域】。
【背景技术】
[0002]温室效应及其带来的影响已日益成为全世界关注的焦点。其中，以CO2为主的温室气体的大量排放是造成温室效应并不断加剧的主要原因。自工业革命以来，大气中二氧化碳含量增加了 25%，远远超过科学家可能勘测出来的过去16万年的全部历史纪录，而且目前尚无减缓的迹象。政府间气候变化问题小组预测，到2100年，全球气温估计将上升大约1.4-5.8°C，从而给全球环境带来重大影响。
[0003]国际能源机构调查结果表明，我国二氧化碳排放量跃居世界第二位，排放的二氧化碳约占全球总量的13.6%。同时随着我国经济的高速发展，能源消耗量还会继续增加，作为一个负责任的大国，我国将面临更大的国际压力。因此积极开展二氧化碳减排方面的基础性研究，探索符合我国国情的二氧化碳减排之路迫在眉睫。当前，针对CO2减排的技术层出不穷，其中，基于燃烧后脱碳的技术由于只需额外增加一套CO2分离装置，改造成本低，技术可行性高。
[0004]碱金属基吸收剂作为一种低温CO2吸收剂，其碳酸化温度仅为60-80°C，再生温度为120-300°C，反应系统所需能量可完全由尾部烟气余热提供，能耗可比传统的MEA吸收法下降16%，具有不易失活、循环利用率高、能耗低、对设备腐蚀轻等优点。因此碱金属基吸收剂具有广阔的应用前景。
[0005]2000-2005 年，在美国 Department of Energy 的资助下，Louisiana StateUniversity, Research Triangle Institute 和 Church&Dwight 针对喊金属碳酸盐(Na2C03、K2CO3)干法脱除CO2技术进行了研究，申请了美国专利:第6387337B1 (2002.5.14.)、第 6280503B1 (2001.8.28.)等。近几年，在韩国科学技术部 “21st Century FrontierPrograms，，的资助下，韩国 Kyungpook National University, Yeungnam University,Korea Electric Power Research Institute 和 Korea Institute of Energy Research也开展了相关的研究。韩国电力公社申请了中国专利CN200410101564.0，美国专利USP20060148642。国内东南大学也开展了这一技术的相关研究，发现碳酸钾浸溃负载于载体活性氧化铝、煤质类活性炭、木质类活性炭或粗孔硅胶后，可形成性质稳定的CO2吸收剂，在此基础上围绕钾基吸收剂干法脱除CO2技术申请了发明专利CN200810024780.8、并设计了利用该吸收剂脱除烟气中CO2的装置和方法，申请了发明专利CN200810122644.2。
[0006]东南大学同时也针对钠基固体CO2吸收剂进行了大量研究，发现将碳酸钠浸溃负载于活性氧化铝载体后，制得的吸收剂具有发达的孔隙结构，促进了活性组分和CO2的充分接触，利于二氧化碳吸收反应的发生和进行，但CO2吸收能力不足，反应速率慢。为提高反应速率，必须对钠基固体吸收剂进行催化改性。进一步研究发现=TiO2和TiO(OH)2对钠基固体吸收剂吸收CO2的反应能起到催化作用，可有效提高与CO2的反应速率，增强CO2的吸收能力，且催化剂本身在二氧化碳吸收或解吸反应前后性状保持稳定，无副产物生成，从而不影响固体吸收剂的循环利用和解吸得到的CO2的富集。将TiO2和TiO(OH)2中的一种或两种做为催化剂与碳酸钠共同浸溃负载于活性氧化铝后，可形成一种性质稳定、孔隙发达的CO2固体吸收剂，可实现快速、高效吸收co2。此外，本发明的吸收剂制备方法简单易行，避免了因添加粘合剂而造成的一些副作用，具有较高的经济价值和实用价值。
【发明内容】
[0007]技术问题:本发明旨在获得一种CO2吸收速度快、吸收率高、廉价易得、结构稳定、不易失活、对设备腐蚀小、制备工艺简单廉价的高活性钠基固体二氧化碳吸收剂。
[0008]技术方案:本发明的一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂包含活性组分、载体和催化剂，其中所述活性组分为碳酸钠；所述载体为活性氧化铝；所述催化剂为TiO2和TiO(OH)2中的一种或两种的混合物；其中，按该吸收剂总质量计算:
[0009]碳酸钠质量含量为吸收剂总质量的20%_40%，
[0010]活性氧化铝质量含量为吸收剂总质量的50%_79%，
[0011]催化剂质量含量为吸收剂总质量的1%_10%。
[0012]作为活性组分的碳酸钠是分析纯碳酸盐，或通过水合碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠作为前驱物来获得。
[0013]作为载体的活性氧化铝为Y型氧化铝，比表面积大于100m2/g，孔结构发达。
[0014]所述固体吸收剂的CO2吸收温度为60_80°C，CO2解吸温度为120_300°C。
[0015]本发明的高活性钠基固体二氧化碳吸收剂是以碳酸钠作为活性组分，活性氧化铝作为吸收剂载体，TiO2和TiO(OH)2中的一种或两种作为催化剂，采用沉淀法、浸溃法、浸溃沉淀法或浸溃喷雾法制备而成。其中:活性组分的质量含量为吸收剂总质量的20%-40%，载体的质量含量为吸收剂总质量的50%-79%，催化剂的质量含量为吸收剂总质量的1%_10%。该吸收剂可制成颗粒状和粉末状。
[0016]所述的作为活性组分的碳酸钠为分析纯碳酸盐，也可使用水合碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠等作为前驱物来获得。所述的载体是活性氧化铝，属于Y型氧化铝，比表面积大于100m2/g,孔结构发达。
[0017]有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0018](I).本发明的固体吸收剂吸收CO2温度为60°C~80°C，解吸CO2温度为120°C~300°C，所需反应条件易于获得，所需热量可完全由烟气余热提供。
[0019](2).与普通碱金属基CO2吸收剂相比，本发明采用的催化剂可有效提高吸收剂与CO2的反应速率，提高烟气中CO2的脱除率，且催化剂本身在二氧化碳吸收或解吸反应的前后性状保持稳定，无副产物生成，不影响固体吸收剂的循环利用和解吸得到的CO2的富集。
[0020](3).本发明采用的载体材料活性氧化铝，属于Y型氧化铝，比表面积大于IOOm2/g，孔结构发达，具有较好的负载能力和机械强度。
[0021](4).本发明所使用的活性组分碳酸钠以及载体材料活性氧化铝，价格低廉，简单易得，经济性高。
[0022](5).本发明的吸收剂制备工艺简单，可操作性强，活性组分和催化剂的负载量简单可控，易于自动化管理。活性组分和催化剂在载体表面分布均匀。
[0023](6).该吸收剂脱碳效率高、吸收速率快、烟气净化度高、再生能力强、性能稳定、能耗低、设备简单且腐蚀小，是燃烧后捕集CO2技术的理想固体吸收剂，具有较好的应用前景。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]称取2吨碳酸钠溶解于水中，放入7.9吨活性氧化招载体和0.1吨二氧化钛，充分混合搅拌8-12小时。然后放于70-90°C温度下进行干燥；最后将干燥后的吸收剂在200-250°C温度下，恒温2-3小时进行焙烧；将焙烧后样品按工程需要进行筛分。
[0026]实施例2
[0027]称取4吨碳酸钠制成溶液，放入5吨活性氧化铝载体，充分混合搅拌8-12小时，然后放于70-90°C温度下进行干燥；将干燥后的吸收剂在200-250°C温度下，恒温2_3小时进行焙烧成型；称取I吨二氧化钛放入水中，同样充分搅拌制成溶液后，均匀喷洒在成型后的吸收剂上，将喷雾后制备的吸收剂进行干燥并按工程需要进行筛分。
[0028]实施例3
[0029]称取0.5吨二氧化钛放入水中，放入6.5吨活性氧化铝载体，充分搅拌8-12小时，然后放于70-90°C温度下进行干燥；将干燥后的吸收剂在200-250°C温度下，恒温2_3小时进行焙烧成型；称取3吨碳酸钠放入水中，同样充分搅拌制成溶液后，均匀喷洒在成型后的吸收剂上，将喷雾后制备的吸收剂进行干燥并按工程需要进行筛分。
[0030]实施例4
[0031]称取2吨碳酸钠溶解于水中，放入7.9吨活性氧化铝载体和0.1吨TiO(OH)2,充分混合搅拌8-12小时。然后放于70-90°C温度下进行干燥；最后将干燥后的吸收剂在200-250°C温度下，恒温2-3小时进行焙烧；将焙烧后样品按工程需要进行筛分。
[0032]实施例5
[0033]称取4吨碳酸钠制成溶液，放入5吨活性氧化铝载体，充分混合搅拌8-12小时，然后放于70-90°C温度下进行干燥；将干燥后的吸收剂在200-250°C温度下，恒温2_3小时进行焙烧成型；称取I吨打0(0!1)2放入水中，同样充分搅拌制成溶液后，均匀喷洒在成型后的吸收剂上，将喷雾后制备的吸收剂进行干燥并按工程需要进行筛分。
[0034]实施例6
[0035]称取0.5吨TiO (OH) 2放入水中，放入6.5吨活性氧化铝载体，充分搅拌8_12小时，然后放于70-90°C温度下进行干燥；将干燥后的吸收剂在200-250°C温度下，恒温2_3小时进行焙烧成型；称取3吨碳酸钠放入水中，同样充分搅拌制成溶液后，均匀喷洒在成型后的吸收剂上，将喷雾后制备的吸收剂进行干燥并按工程需要进行筛分。
【权利要求】
1.一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂，其特征在于:该吸收剂包含活性组分、载体和催化剂，其中所述活性组分为碳酸钠；所述载体为活性氧化铝；所述催化剂为TiO2和TiO(OH)2中的一种或两种的混合物；其中，按该吸收剂总质量计算: 碳酸钠质量含量为吸收剂总质量的20%-40%， 活性氧化铝 质量含量为吸收剂总质量的50%-79%， 催化剂质量含量为吸收剂总质量的1%_10%。
2.根据权利要求1所述的一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂，，其特征在于:作为活性组分的碳酸钠是分析纯碳酸盐，或通过水合碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠作为前驱物来获得。
3.根据权利要求1所述的一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂，其特征在于:作为载体的活性氧化铝为Y型氧化铝，比表面积大于100m2/g，孔结构发达。
4.根据权利要求1所述的一种高活性钠基固体二氧化碳吸收剂，其特征在于:所述固体吸收剂的CO2吸收温度为60-80°C，CO2解吸温度为120-300°C。
【文档编号】B01D53/81GK103480273SQ201310461696
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】陈晓平, 董伟, 吴烨, 刘道银, 梁财 申请人:东南大学