Регенерируемые поглотители CO2 на основе карбоната калия и оксида кальция для сорбционно-каталитических процессов в энергетических приложениях

• Автор: Деревщиков, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Удаление диоксида углерода из газовых смесей в промышленных процессах
1.1.1. Очистка синтез газа
1.1.2. Удаление СОг из воздуха в системах криогенного разделения
1.1.3. Создание защитных атмосфер в металлургии
1.1.4. Очистка воздушных смесей от диоксида углерода в системах жизнеобеспечения
1.2. Перспективные процессы и материалы для энергетики и охраны окружающей среды. Регенерируемые поглотители СО
1.2.1. Процессы и материалы для высокотемпературной сорбции СО2: абсорбционно-каталитическая конверсия углеводородов в водород
1.2.2. Процессы низкотемпературной сорбции СОг: практические приложения и перспективные материалы
1.3. Направления утилизации концентрированного СО2 из атмосферы
1.4. Заключение по литературному обзору
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Используемые вещества
2.2. Синтез сорбентов
2.2.1. Приготовление сорбента ЫгО/СаО (LiCa) и сорбента сравнения из чистого СаО
2.2.2. Приготовление сорбентов СаО/ Y2O3 (CaY-d, CaY-i-n)
2.2.3. Изготовление гранулированных сорбентов
2.2.4. Приготовление сорбентов K2CO3/Y2O3 (KY-1, KY-2)
2.2.5. Приготовление сорбентов K2CO3/AI2O
2.3. Изучение сорбционных свойств регенерируемых поглотителей
2.3.1 Изучение сорбционных свойств регенерируемых сорбентов на основе СаО методом термогравиметрии
2.3.2. Испытания сорбента LiCa в сорбционно-каталитическом реакторе
2.3.3. Изучение сорбционных свойств поглотителей на основе К2СО3 в проточных абсорберах

2.4. Исследования структурных, текстурных и реологических свойств
поглотителей физическими методами исследования
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕГЕНЕРИРУЕМЫХ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СаО
3.1. Сорбент ЫгО/СаО (LiCa)
3.1.1. Исследование сорбента LiCa методом термогравиметрии
3.1.2. Испытания LiCa в сорбционно-каталитическом реакторе
3. 2. Сорбенты СаО/Y2O3 (CaY-d, CaY-i-n)
3.2.1. СаО/ Y2O3, полученный совместным термическим разложением
3.2.2. СаО/ Y2O3, полученный пропиткой
3.3. Испытание формованных сорбентов
3.4. Заключение к главе
Глава 4. КОМПОЗИТНЫЕ СОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА КАЛИЯ ДЛЯ СОРБЦИИ АТМОСФЕРНОГО С
4.1. Сорбционные свойства поглотителей К2СОЗ/у-АЬОз и K2CO3/Y2О
4.3. Исследование фазового состава поглотителей КгСОз/у-АЬОз и K2CO3/Y2О3
4.4. Изучение текстуры поглотителей КгСОз/у-А^Оз и K2CO3/Y2O
4.5. Заключение к главе
Выводы
Список литературы
Список сокращений
Адин - динамическая емкость по СО
атм - атмосфера
вес.% — весовые проценты
ВКБ СКК — высокотемпературная короткоцикловая безнагревная сорбционно каталитическая конверсия ИК - инфракрасная
КБА — короткоцикловая безнагревная адсорбция
кПа - килопаскаль
м.д. - миллионная доля
об.% - объемные проценты
Р.З.Э. — редкоземельные элементы
РФА - рентгенофазовый анализ
СКК - сорбционно-каталитическая конверсия

сорбционной емкости. Абсорбция спиртами (например, Selexol process), проводимая при высоком давлении [109], также не может быть применена, поскольку компремирование больших объемов воздуха - дорогостоящий процесс.
Процессы на основе сорбции метаноламином также не могут быть применены, так как амины деградируют под действием высокой температуры и окислительной атмосферы воздуха. Важной проблемой для всех жидкофазных хемосорбентов и физадсорбентов является значительный унос рабочего материала из-за его испарения вследствие пропускания больших объемов газов, что существенно удорожает процесс и снижает его эффективность [110].Кроме того, при низких концентрациях выделяемого СО2 регенерация жидкофазных неорганических хемосорбентов требует повышенного расхода энергии вследствие необходимости поддерживать высокий перепад температур межу стадиями собрции и регенерации. Части этих недостатков лишены твердофазные химические регенерируемые сорбенты диоксида углерода. Далее будут рассмотрены строение и свойства твердофазных материалов, свойства которых могут быть использованы для обратимой сорбции диоксида углерода из воздуха.
Цеолиты - пористые алюмосиликаты, каркас которых состоит из взаимосвязанных тетраэдров 8іС>4 и АЮ4, регулярно упакованных и связанных через атомы кислорода. Цеолиты имеют открытые кристаллические решетки, содержащие поры нанометрового размера, в которые могут проникать молекулы. Отрицательный заряд, создаваемый
газов цеолитами сильно зависят от размера, плотности заряда, и распределения катионов по пористой структуре [111,112]. Механизм адсорбции СОт на цеолитах исследовался различными научными коллективами, и было установлено, что физадсорбция СОг происходит в линейной ориентации за счет ион-диполыюго взаимодействия [113,114]:
(ион металла)х+ ****5'0=С=05+
Цеолиты
замещением аниона АКЦ на БЮт, уравновешивается обменными катионами (Ма+, К+, Са2+, Mg2+ и др.), расположенными внутри каналов и полостей каркаса. Адсорбция и разделение
Т—-О;

Рис. 11. Два типа карбонатных частиц с двойной координацией [113].