纪杰, 李明春, 沈存粮, 杨鑫

应用化学 2023, 40 (12): 1726-1736. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230151

摘要（116）

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钙循环工艺是一种具有很大应用潜力的脱碳技术，但其吸收剂晶粒间的烧结现象会随循环而加剧，导致高活性介孔及相应碳捕集能力衰减。根据煅烧进程中钙基吸收剂表界面结构的形成与演变特性，构建了再生CaO孔隙通道的拓扑结构和分级团聚体烧结模型，引入了二面角的影响，探讨了不同烧结机制下钙基吸收剂的孔隙迁移规律，并进行实验验证。结果表明，再生CaO的烧结由表面-晶界-体积扩散联合控制；所建数学模型可揭示钙基吸收剂孔结构动态演变规律，900 ℃不同烧结时间下（300~600 s），粒径75~150 μm的吸收剂（孔径25~75 nm）的模拟计算结果与实验结果的孔体积变化率最大平均相对误差为16.50%，最可几孔径所对应的相对误差在6%内。相同烧结条件下，各粒级吸收剂（38~75、75~150、150~180 μm）的烧结颈生长出现明显的三段式生长，颈部生长率均呈前期快速增长、后期平缓趋势，且颗粒间的烧结会随吸收剂粒极的减小而加剧。

不同粒级钙基吸收剂在900 ℃下烧结600 s体孔面孔收缩率变化曲线如图8所示。这2种孔隙在烧结过程中，属于半径减少的团聚体内孔，孔径变化较小。如图8A所示，38~75 μm颗粒的体孔收缩率22%，75~150 μm半径颗粒的体孔收缩率16%，150~180 μm颗粒的体孔收缩率为11%。由图8B可以看出，38~75 μm颗粒中的团聚体内面孔收缩率近40%，75~150 μm颗粒中的面孔收缩率仅有25%，150~180 μm颗粒的面孔收缩率为17%。随着粒径尺寸增大，收缩率具有下降的趋势。相较于面孔而言，体孔半径较大，不易在烧结过程中被迅速填充。这与钙基吸附剂在烧结过程中微小孔隙被迅速填充的烧结现象一致。随着粒径的增加，烧结收缩率下降。这是由于较小粒径颗粒的面孔半径较小，孔隙体积较小，在烧结过程中首先被传质填充。