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烧结600 s通道体孔通道面孔增长率变化曲线如图9所示。这2种孔隙在烧结过程中，属于半径增长的团聚体外通道孔。从图9A可以看出，38~75 μm颗粒中的通道体孔的增长率达到37%，75~150 μm颗粒的达到22%，150~180 μm颗粒可达到14%。从图9B可以看出，38~75 μm颗粒中的通道面孔的增长率达到50%，75~150 μm颗粒的达到30%，150~180 μm颗粒可达到18%。可见，在相同粒径下，通道体孔的半径增长率均稍落后于通道面孔的半径增长率，这是由于通道体孔的初始半径比通道面孔大，导致在相同传质条件下，通道面孔比通道体孔的半径增长更快。通道体孔与通道面孔可以很好地描述烧结过程中大孔道形成现象。