钾基固体吸收剂捕集燃煤烟气CO2特性及机理 - 东南大学.DOC

高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖推荐项目公示 项目名称：钾基固体吸收剂捕集燃煤烟气CO2特性及机理 推荐单位：东南大学 项目简介： CO2减排研究是我国“十三五”规划重要方向之一。钾基固体吸收剂燃烧后脱碳技术脱碳温度与湿法脱硫后烟气温度吻合，且具有无腐蚀、无二次污染、低能耗等优点，被认为具有广阔应用前景。提高吸收剂反应活性和吸收容量、有效抑制吸收剂失效是该技术亟需突破的关键瓶颈。本项目在863课题和国家自然科学基金项目资助下，以交叉学科的视角，在高活性钾基固体吸收剂制备方法和脱碳机理、吸收剂改性机制和调控机理、吸收剂循环脱碳过程失效机理及抑制方法三方面，获得如下： 一、率先发现了一种与CO2反应速率快、碳酸化转化率高的碳酸钾活性组分；独辟蹊径从晶体价键结构形态变化揭示了碳酸钾的脱碳反应机理；探明了水合反应抑制KHCO3生成的机理，明晰了H2O对吸收剂脱碳反应的影响机制；阐释了温度、反应物浓度和压力对碳酸钾脱碳反应的耦合影响规律；构建了综合考虑各因素影响的K2CO3颗粒碳酸化过程缩核反应动力学模型。此系列发现使钾基固体CO2吸收剂反应活性低的技术瓶颈获得了突破。 二、获得了载体的微观结构对钾基固体吸收剂脱碳性能的影响机制；发现了K2CO3在不同载体表面的分布规律及碳酸化反应路径；发明了高强度易再生的负载型K2CO3/Al2O3吸收剂；揭示了相关因素对K2CO3/Al2O3脱碳、再生、循环和失效特性的影响规律；探明了掺杂TiO2对K2CO3/Al2O3吸收剂活性的调控机理；提出了氨基修饰负载型钾基吸收剂的改性方法，有效提高了CO2吸收容量；研制了使用寿命长，抗硫酸化能力好的K2CO3/Ca(OH)2/Al2O3吸收剂。此系列发现使K2CO3/Al2O3吸收剂及其改性材料成为了钾基固体吸收剂脱碳技术的首选材料。 三、建成了我国首套烟气处理量15 m3/h的三流化床钾基固体吸收剂脱碳-再生综合实验系统，并获得了K2CO3/Al2O3吸收剂长周期连续脱碳特性；从气固流动混合、颗粒磨损、其他酸性气体影响三方面诠释了K2CO3/Al2O3循环捕集燃煤烟气CO2过程中的失效机理；探明了K2CO3/Al2O3颗粒的磨损机制；揭示了SO2和NOx等酸性气体对K2CO3/Al2O3碳酸化反应的影响机制；发展了颗粒混合在线测量方法，获得了颗粒混合时空分布动态特性，得到了颗粒有效扩散系数。该发现为钾基固体吸收剂脱碳技术的规模化应用奠定了基础。 本项目推进了燃烧学、环境科学与材料化学的学科交叉，为高活性钾基固体CO2吸收剂研制、脱碳技术研发及其规模化应用奠定了理论基础。在Prog Energy Combust Sci (IF=16.8)和Chemosphere (IF=3.70)等期刊共发表SCI论文25篇，含Energ Fuel (IF=2.84)连载论文5篇，还应E J Anthony教授约稿共同撰书1部。其中10篇代表论文被SCI他引225次。引用期刊包括：Energ Environ Sci (IF=25.4)、Nano Res (IF=8.89)、J Mater Chem A (IF=8.26)等国际顶级期刊。引用者包括燃烧领域知名专家Dermot OHare教授、Bo Leckner教授和赵东元院士等。引用单位包括牛津大学、斯坦福大学、清华大学等著名学府。本项目还获5项授权发明专利、1篇江苏省优秀博士学位论文和1项中国青少年科技创新奖。 主要完成人情况表 姓名 排名 技术职称 工作单位 完成单位 对本项目技术创造性贡献 曾获科技奖励情况 1 教授 东南大学 东南大学 全面参与钾基固体吸收剂燃煤烟气CO2机理的及理论 钙基载体循环煅烧/碳酸化反应捕集CO2的基础研究，教育部自然科学二等奖，2014.01.29，第6完成人 生物质大规模直燃资源化利用的关键技术研发及工程应用，教育部科技进步二等奖，2010.01.25，第4完成人 600MW超临界循环流化床锅炉关键技术研究与应用，教育部科技进步一等奖，2016.2.26，第24完成人 赵传文 2 教授 大学 东南大学 2013年江苏省优秀博士学位论文奖 2013年东南大学优秀博士学位论文奖 2009年第六届中国青少年科技创新奖 吴烨 3 讲师 大学 东南大学 无 4 工程师 中国质量认证中心南京分中心 东南大学 无 5 教授 大学 东南大学 钙基载体循环煅烧/碳酸化反应捕集CO2的基础研究，教育部自然科学二等奖，2014.01.29，第1完成人 生物质大规模直燃资源化利用的关键技术研发及工程应用，教育部科技进步二等奖，2010.01.25，第1完成人 大规模节能环保型颗粒氧化铅移动床深度氧化和快速冷却生产新工艺，高等学校国家提名科技进步二等奖，2005.1，第3完成人