RU2745486C1 - Method for producing high-temperature co2 sorbents - Google Patents
Method for producing high-temperature co2 sorbents Download PDFInfo
- Publication number
- RU2745486C1 RU2745486C1 RU2020118599A RU2020118599A RU2745486C1 RU 2745486 C1 RU2745486 C1 RU 2745486C1 RU 2020118599 A RU2020118599 A RU 2020118599A RU 2020118599 A RU2020118599 A RU 2020118599A RU 2745486 C1 RU2745486 C1 RU 2745486C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- grinding
- mixture
- calcium
- calcium carbonate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0211—Compounds of Ti, Zr, Hf
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
- B01J20/043—Carbonates or bicarbonates, e.g. limestone, dolomite, aragonite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
- C04B35/057—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on calcium oxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к получению композитных материалов на основе оксида кальция и диоксида циркония, и может быть использовано для получения высокотемпературных сорбентов CO2.The invention relates to the field of chemical industry, in particular to the production of composite materials based on calcium oxide and zirconium dioxide, and can be used to obtain high-temperature sorbents CO 2 .
Растущее в последние десятилетия в глобальном масштабе потребление энергии и связанные с ней выбросы углекислого газа стимулируют разработки в области создания новых эффективных способов улавливания и утилизации диоксида углерода. Наиболее часто используются способы выделения CO2 жидкими абсорбентами (моно-, ди- и триэтаноламины), твердыми адсорбентами в виде оксидов (CaO, ZnO и др.) или смешанными оксидами различных металлов, а также с помощью селективных мембран.Increasing global energy consumption and associated carbon dioxide emissions in recent decades are driving the development of new and efficient ways to capture and utilize carbon dioxide. The most commonly used methods for the release of CO 2 liquid absorbents (mono-, di- and triethanolamines), solid adsorbents in the form of oxides (CaO, ZnO, etc.) or mixed oxides of various metals, as well as using selective membranes.
Дымовые газы, образующиеся при сжигании различных топлив, обычно имеют температуру от 500 до 700°С, и поэтому способ влажного разделения здесь не применим, поскольку он очень энергоемкий и требует охлаждения газов. В связи с этим, применение новых твердых высокотемпературных адсорбентов весьма актуально.The flue gases generated during the combustion of various fuels usually have a temperature of from 500 to 700 ° C, and therefore the wet separation method is not applicable here, since it is very energy intensive and requires gas cooling. In this regard, the use of new solid high-temperature adsorbents is very important.
Среди наиболее перспективных поглотителей углекислого газа рассматриваются цирконаты (Li2ZrO3) и силикаты лития (Li4SiO4) [1. A. Iwana, H. Stephenson, С. Ketchie; A. Lapkin. High temperature sequestration of CO2 using lithium zirconates // Chem. Eng. J. 2009. Vol. 146. Pp. 249-258; 2. S.Y Shan, M.Q. Jia, L.H. Jiang, Q.C. Li, Y.M. Wang, J.H. Peng. Novel Li4SiO4-based sorbents from diatomite for high temperature CO2 capture // Ceram. Int. 2013. Vol. 39. Pp.5437-5441].Among the most promising carbon dioxide absorbers are zirconates (Li 2 ZrO 3 ) and lithium silicates (Li 4 SiO 4 ) [1. A. Iwana, H. Stephenson, C. Ketchie; A. Lapkin. High temperature sequestration of CO 2 using lithium zirconates // Chem. Eng. J. 2009. Vol. 146. Pp. 249-258; 2. SY Shan, MQ Jia, LH Jiang, QC Li, YM Wang, JH Peng. Novel Li 4 SiO 4 -based sorbents from diatomite for high temperature CO 2 capture // Ceram. Int. 2013. Vol. 39. Pp. 5437-5441].
Хемосорбция CO2 протекает согласно следующим химическим реакциям:Chemisorption of CO 2 proceeds according to the following chemical reactions:
Li2ZrO3+CO2=Li2CO3+ZrO2 Li 2 ZrO 3 + CO 2 = Li 2 CO 3 + ZrO 2
Li4SiO4+CO2=Li2CO3+Li2SiO3 Li 4 SiO 4 + CO 2 = Li 2 CO 3 + Li 2 SiO 3
В настоящее время цирконаты и силикаты лития считаются одними из лучших сорбентов для выделения CO2 из дымовых газов, но для этого требуется высокая температура адсорбции (>500°С) и еще более высокая температура для десорбции CO2. Литературные данные по синтезу цирконатов, а также поглотителей допированных кальцием представлены достаточно широко. Их синтез может быть осуществлен следующими способами: сплавлением солей металлов, золь-гель синтезом или соосаждением прекурсоров в виде солей металлов из их растворов. В работе [Е. H.K. Rusten, H.A. Jakobsen, M. A. Holmen, D. Chen. Sorption enhanced hydrogen production by steam methane reforming using Li2ZrO3 as sorbent: sorption kinetics and reactor simulation // Catal. Today. 2005. Vol. 106. Pp.41-46] предложен способ синтеза Li2ZrO3 путем сплавления солей, в результате которого получают высокопористый сорбент. Однако применение литиевых соединений увеличивают затраты на процесс получения сорбента и для удовлетворения потребности промышленности этот способ неприемлем.Currently, lithium zirconates and silicates are considered one of the best sorbents for extracting CO 2 from flue gases, but this requires a high adsorption temperature (> 500 ° C) and an even higher temperature for CO 2 desorption. Literature data on the synthesis of zirconates, as well as calcium-doped absorbers, are widely presented. Their synthesis can be carried out by the following methods: fusion of metal salts, sol-gel synthesis, or coprecipitation of precursors in the form of metal salts from their solutions. In the work [E. HK Rusten, HA Jakobsen, M. A. Holmen, D. Chen. Sorption enhanced hydrogen production by steam methane reforming using Li 2 ZrO 3 as sorbent: sorption kinetics and reactor simulation // Catal. Today. 2005. Vol. 106. Pp.41-46] proposed a method for the synthesis of Li 2 ZrO 3 by fusion of salts, as a result of which a highly porous sorbent is obtained. However, the use of lithium compounds increases the cost of the sorbent production process and this method is unacceptable to meet the needs of the industry.
Известен патент [US 6271172, B01J 20/04, 07.08.2001], раскрывающий способ приготовления высокотемпературного регенерируемого поглотителя на основе цирконата лития. В патенте показано, что низкая скорость поглощения CO2 цирконатом лития увеличивается в несколько десятков раз в присутствии карбонатов щелочных металлов. Причем обязательным условием промотирующего действия карбонатов является то, что они должны находиться в расплавленном состоянии. Данное изобретение решает задачу создания высокотемпературного регенерируемого поглотителя CO2, пригодного для удаления диоксида углерода в области температур 400-900°С, не подверженного спеканию, имеющего высокую динамическую емкость и скорость поглощения CO2.Known patent [US 6271172, B01J 20/04, 07.08.2001], disclosing a method of preparing a high-temperature regenerable absorber based on lithium zirconate. The patent shows that the low rate of CO 2 absorption by lithium zirconate increases by several tens of times in the presence of alkali metal carbonates. Moreover, a prerequisite for the promoting effect of carbonates is that they must be in a molten state. This invention solves the problem of creating a high-temperature regenerable CO 2 absorber suitable for removing carbon dioxide in the temperature range of 400-900 ° C, not subject to sintering, having a high dynamic capacity and CO 2 absorption rate.
Недостатком данного типа материалов является их высокая склонность к спеканию, обусловленная тем, что при температуре выше 710°С силикат лития находится в расплавленном состоянии. Кроме того, стоимость цирконата лития достаточно высока, что препятствует его широкому применению.The disadvantage of this type of materials is their high tendency to sintering, due to the fact that at temperatures above 710 ° C, lithium silicate is in a molten state. In addition, the cost of lithium zirconate is quite high, which prevents its widespread use.
Известен способ получения огнеупорного материала из бадделеитового концентрата с магнийсодержащей стабилизирующей добавкой. Способ включает перемешивание исходных компонентов, последующую термообработку и дальнейшее измельчение [см. з. ЕР 0104025 А2, С04В 35/484, 28.03.1984].A known method of producing a refractory material from baddeleyite concentrate with a magnesium-containing stabilizing additive. The method includes mixing the initial components, subsequent heat treatment and further grinding [see. h. EP 0104025 A2, C04B 35/484, 28.03.1984].
Основным недостатком известного технического решения является усложненность технологического процесса, связанная с предварительным получением исходного магнийсодержащего компонента, очищенного от примесей.The main disadvantage of the known technical solution is the complexity of the technological process associated with the preliminary production of the original magnesium-containing component, purified from impurities.
Известен способ получения композитного порошкового материала с использованием цирконийсодержащего минерального сырья (бадделеитового концентрата) по патенту РФ №2167128, МПК С04В 35/482, 10.05.2001. Способ получения включает смешивание бадделеитового концентрата с магнийсодержащей добавкой, измельчение смеси и ее последующая термическая обработка. В качестве магнийсодержащей добавки используют брусит, поддерживая при этом следующее соотношение компонентов в смеси, мас. %:A known method of producing a composite powder material using zirconium-containing mineral raw materials (baddeleyite concentrate) according to RF patent No. 2167128, IPC S04B 35/482, 05/10/2001. The production method includes mixing baddeleyite concentrate with a magnesium-containing additive, grinding the mixture and its subsequent heat treatment. As a magnesium-containing additive, brucite is used, while maintaining the following ratio of components in the mixture, wt. %:
Недостатком такого композитного материала является его непригодность в качестве высокотемпературного сорбента углекислого газа из-за низкой емкости по CO2.The disadvantage of such a composite material is its unsuitability as a high-temperature sorbent of carbon dioxide due to its low CO 2 capacity.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по совокупности существенных признаков является способ получения порошкового композиционного материала для использования в качестве сорбента углекислого газа, изложенный в US 2010/0196259, кл. B01J 20/02, опубл. 05.08.2010, п. 8 формулы. Известный способ предусматривает смешивание карбоната кальция с упрочняющей добавкой, например, диоксидом циркония, в количестве 25-85 мас. %. Смесь прокаливают (активируют) при температуре от 600 до 1050°С для получения оксида кальция и цирконата кальция.The closest analogue of the claimed invention in terms of its essential features is a method for producing a powder composite material for use as a carbon dioxide sorbent, set forth in US 2010/0196259, class.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- недостаточная сорбционная емкость по CO2 получаемого композиционного материала из-за меньшей сорбционной емкости диоксида циркония в сравнении с оксидом кальция;- insufficient sorption capacity for CO 2 of the resulting composite material due to the lower sorption capacity of zirconium dioxide in comparison with calcium oxide;
- высокая стоимость сырья для изготовления сорбента;- high cost of raw materials for the manufacture of sorbent
- более высокие энергетические затраты при обработке большего количества цирконийсодержащего материала.- higher energy costs when processing more zirconium-containing material.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволяет устранить данные недостатки прототипа.The object of the present invention is to provide a method that eliminates these disadvantages of the prototype.
Поставленная задача достигается тем, что согласно способу получения высокотемпературных сорбентов CO2, включающему смешивание карбоната кальция с упрочняющей добавкой, например, диоксидом циркония, с последующим измельчением смеси и ее термической обработкой, согласно изобретению в качестве упрочняющей добавки используют цирконийсодержащее минеральное сырье - бадделеитовый концентрат, совместное измельчение порошков до наноразмерного состояния осуществляют в бисерной мельнице в водной среде в течение не менее 5 ч с использованием бисера из стабилизированного диоксида циркония диаметром 1,5±0,1 мм, поддерживая при этом следующее соотношение компонентов в смеси, мас. %:The task is achieved by the fact that according to the method of obtaining high-temperature sorbents CO 2 , including mixing calcium carbonate with a strengthening additive, for example, zirconium dioxide, followed by grinding the mixture and its heat treatment, according to the invention, zirconium-containing mineral raw material is used as a strengthening additive - baddeleyite concentrate, joint grinding of powders to a nanoscale state is carried out in a bead mill in an aqueous medium for at least 5 hours using stabilized zirconia beads with a diameter of 1.5 ± 0.1 mm, while maintaining the following ratio of components in the mixture, wt. %:
полученную смесь активируют путем нагрева до 800°С и выдержки при данной температуре в течение 20 мин в среде азота чистотой 99,95% для получения в составе порошкового композиционного материала оксида кальция и цирконата кальция.the resulting mixture is activated by heating to 800 ° C and holding at this temperature for 20 minutes in a nitrogen atmosphere with a purity of 99.95% to obtain calcium oxide and calcium zirconate in the composition of a powder composite material.
Соотношение массы композиции порошков к массе дистиллированной воды может составлять 1:3, а к массе мелющих тел -1:10.The ratio of the mass of the composition of powders to the mass of distilled water can be 1: 3, and to the mass of grinding bodies - 1: 10.
После помола смесь порошков бадделеитового концентрата и СаСО3 может подвергаться сушке при температуре 80-90°С в течение суток в сухожаровом шкафу при атмосферном давлении.After grinding, the mixture of powders of baddeleyite concentrate and CaCO 3 can be dried at a temperature of 80-90 ° C for a day in a dry heat oven at atmospheric pressure.
Конкурентными преимуществами способа являются, во-первых, доступность сырья - в качестве исходных компонентов могут быть использованы природный карбонат кальция (известняк) и природный диоксид циркония (бадделеит), во-вторых, применение одного из самых простых способов измельчения веществ - механического помола и, в-третьих, - снижение энергопотребления при получении композита.The competitive advantages of the method are, firstly, the availability of raw materials - natural calcium carbonate (limestone) and natural zirconium dioxide (baddeleyite) can be used as initial components, and secondly, the use of one of the simplest methods of grinding substances - mechanical grinding and, thirdly, a decrease in energy consumption when obtaining a composite.
Для приготовления высокотемпературного хемосорбента углекислого газа в качестве исходного сырья использовали порошок СаСО3 чистотой более 99% и порошок бадделеита с содержанием ZrO2 более 99% (ОАО «Ковдорский ГОК», Россия). Совместное измельчение порошков до наноразмерного состояния осуществляли в планетарной мельнице Pulverisette 7 Premium Line (Fritsch, Германия) в водной среде в течение не менее 5 часов при помощи бисера из стабилизированного диоксида циркония диаметром 1,5±0,1 мм. Соотношение массы композиции порошков к массе дистиллированной воды составляло 1:3, а к массе мелющих тел - 1:10.To prepare a high-temperature carbon dioxide chemisorbent, CaCO 3 powder with a purity of more than 99% and a baddeleyite powder with a ZrO 2 content of more than 99% (JSC Kovdorskiy GOK, Russia) were used as a feedstock. Joint grinding of powders to a nanosized state was carried out in a Pulverisette 7 Premium Line planetary mill (Fritsch, Germany) in an aqueous medium for at least 5 hours using stabilized zirconia beads with a diameter of 1.5 ± 0.1 mm. The ratio of the mass of the composition of powders to the mass of distilled water was 1: 3, and to the mass of grinding bodies - 1:10.
Для приготовления композиций порошков брали такие навески бадделеита и карбоната кальция, чтобы хемосорбент содержал Zr и Са в молярном соотношении 0:10, 1:10, 2:10 и 3:10. При данных молярных соотношениях доля бадделеита в смеси была 0, 11, 19,75 и 27 мас. % соответственно. Приготовленную таким образом смесь порошков ZrO2 и СаСО3 сушили при температуре 80-90°С в течение суток в сухожаровом шкафу OV-11 (Jeio Tech Co., Ltd, Ю. Корея) при атмосферном давлении.To prepare compositions of powders, weighed amounts of baddeleyite and calcium carbonate were taken so that the chemisorbent contained Zr and Ca in a molar ratio of 0:10, 1:10, 2:10, and 3:10. At these molar ratios, the proportion of baddeleyite in the mixture was 0, 11, 19.75, and 27 wt. % respectively. The thus prepared mixture of ZrO 2 and CaCO 3 powders was dried at a temperature of 80-90 ° C for a day in an OV-11 dry heat oven (Jeio Tech Co., Ltd, South Korea) at atmospheric pressure.
Поглотительную способность композитного хемосорбента на основе оксида кальция, допированного диоксидом циркония, с атомарным соотношением атомов циркония и кальция в диапазоне от 0 до 0,3 в процессе циклической карбонизации-декарбонизации измеряли термогравиметрическим методом при помощи термоанализатора EXSTAR TG/DTA7200 (SII Nano Technology Inc., Япония). Прибор имеет два независимых канала подачи газов с возможностью прецизионного регулирования газового потока в диапазоне от О до 500 мл/мин по каждому из каналов. Газы могут подаваться как по отдельности, так и в виде газовой смеси с задаваемой объемной долей каждой из ее компонент.The absorption capacity of a composite chemisorbent based on calcium oxide doped with zirconium dioxide with an atomic ratio of zirconium and calcium atoms in the range from 0 to 0.3 in the process of cyclic carbonation-decarbonization was measured by thermogravimetric method using an EXSTAR TG / DTA7200 thermal analyzer (SII Nano Technology Inc. , Japan). The device has two independent gas supply channels with the ability to precisely control the gas flow in the range from 0 to 500 ml / min for each channel. Gases can be supplied both separately and in the form of a gas mixture with a specified volume fraction of each of its components.
В ходе испытаний массу образцов регистрировали как функцию от времени. Поглотительную способность хемосорбента в каждом цикле рассчитывали как частное от деления количества CO2, поглощенного хемосорбентом в ходе карбонизации, на массу хемосорбента до начала карбонизации. Полученное значение выражали в ммоль/г.Для измерения поглотительной способности хемосорбента брали навески массой 6 - 8 мг. Предварительно хемосорбент активировали в том же термоанализаторе путем нагрева до 800°С с последующей выдержкой при данной температуре в течение 20 мин в среде азота чистотой 99,95% для разложения исходного карбоната кальция. В результате исходный карбонат кальция переходил в оксид кальция, а диоксид циркония, реагируя с частью образовавшегося оксида кальция, образовывал цирконат кальция (CaZrCO3).During the tests, the mass of the samples was recorded as a function of time. The absorption capacity of the chemisorbent in each cycle was calculated as the quotient of dividing the amount of CO 2 absorbed by the chemisorbent during carbonation by the weight of the chemisorbent before carbonization. The obtained value was expressed in mmol / g. To measure the absorption capacity of the chemisorbent, weighed portions weighing 6 - 8 mg were taken. The chemisorbent was preliminarily activated in the same thermal analyzer by heating to 800 ° C, followed by holding at this temperature for 20 min in a nitrogen atmosphere of 99.95% purity to decompose the initial calcium carbonate. As a result, the initial calcium carbonate passed into calcium oxide, and zirconium dioxide, reacting with a part of the formed calcium oxide, formed calcium zirconate (CaZrCO 3 ).
Схема термических воздействий на хемосорбент внутри цикла была следующей:The scheme of thermal effects on the chemisorbent within the cycle was as follows:
1. Охлаждение с 800°С до 700°С со скоростью 10°С/мин и выдержка при 700°С в течение 30 мин в газовой среде, содержащей 70 об. % азота чистотой 99,95%) и 30 об. % углекислого газа чистотой 99,95%;1. Cooling from 800 ° C to 700 ° C at a rate of 10 ° C / min and holding at 700 ° C for 30 min in a gaseous environment containing 70 vol. % nitrogen with a purity of 99.95%) and 30 vol. % carbon dioxide with a purity of 99.95%;
2. Нагрев до 800°С со скоростью 20°С/мин и выдержка при 800°С в течение 20 мин в среде азота чистотой 99,95%).2. Heating up to 800 ° C at a rate of 20 ° C / min and holding at 800 ° C for 20 min in a nitrogen atmosphere with a purity of 99.95%).
Таких циклов было 50.There were 50 such cycles.
На фиг. 1 показано изменение массы хемосорбента в ходе типичного единичного цикла карбонизации-декарбонизации, т.е. единичного цикла взаимодействия оксида кальция с углекислым газом с образованием карбоната кальция и последующего обратного разложения карбоната кальция с образованием оксида кальция и выделением углекислого газа. На фиг. 2 приведены зависимости удельной емкости хемосорбента с различным содержанием ZrO2 по CO2 от числа циклов карбонизации-декарбонизации. Из графика на фиг. 2 видно, что с увеличением содержания в хемосорбенте атомов Zr значение его начальной (достигаемой при первом поглощении CO2) удельной емкости уменьшается с 12,7 ммоль/г для молярного соотношения Zr и Са 1:10 до 8,6 ммоль/г для 3:10. Наблюдаемое уменьшение удельной емкости хемосорбента обусловлено уменьшением в хемосорбенте доли активного вещества (СаО) в связи с образованием CaZrO3, содержание которого в хемосорбенте возрастает с увеличением количества, внесенного в него ZrO2.FIG. 1 shows the change in the mass of the chemisorbent during a typical single carbonation-decarbonization cycle, i.e. a single cycle of interaction of calcium oxide with carbon dioxide with the formation of calcium carbonate and the subsequent decomposition of calcium carbonate with the formation of calcium oxide and the release of carbon dioxide. FIG. 2 shows the dependences of the specific capacity of chemisorbent with different content of ZrO 2 for CO 2 on the number of carbonization-decarbonization cycles. From the graph in FIG. 2 that with an increase in the content of Zr atoms in the chemisorbent, the value of its initial (achieved during the first absorption of CO 2 ) specific capacity decreases from 12.7 mmol / g for a molar ratio of Zr and Ca 1: 10 to 8.6 mmol / g for 3 :ten. The observed decrease in the specific capacity of the chemisorbent is due to a decrease in the fraction of the active substance (CaO) in the chemisorbent due to the formation of CaZrO 3 , the content of which in the chemisorbent increases with an increase in the amount of ZrO 2 introduced into it.
После процесса карбонизации в 50 цикле удельная емкость хемосорбента с молярным соотношением Zr и Са 3:10 превышает таковую для случая 1:10-6,2 ммоль/г против 4,6 ммоль/г.Если хемосорбент не допирован атомами Zr, то его начальная удельная емкость равна 16,1 ммоль/г, что близко к максимальному значению 17,9 ммоль/г, рассчитанному стехиометрически. Однако после 3 циклов она начинает резко уменьшаться, достигая в 50 цикле величины 1,0 ммоль/г.After the carbonization process in
Таким образом, введение в состав хемосорбента атомов Zr приводит к уменьшению абсолютной величины его удельной емкости, но, с другой стороны, обеспечивает ее стабильность во времени. Это обусловлено образованием инертной матрицы из CaZrO3, препятствующей спеканию частиц хемосорбента входе карбонизации-декарбонизации.Thus, the introduction of Zr atoms into the chemisorbent composition leads to a decrease in the absolute value of its specific capacity, but, on the other hand, ensures its stability over time. This is due to the formation of an inert matrix of CaZrO 3 , which prevents the sintering of chemisorbent particles during carbonization-decarbonization.
Из фиг. 2 следует, что для многоциклового использования лучше подходит хемосорбент с молярным соотношением Zr и Са 2:10, нежели чем хемосорбент с молярным соотношением Zr и Са 3:10, поскольку в первом случаем установившаяся после многократной карбонизации-декарбонизации величина удельной емкости хемосорбента больше, чем во втором - 8,5 ммоль/г и 6,2 ммоль/г соответственно.From FIG. 2, it follows that a chemisorbent with a molar ratio of Zr and Ca 2: 10 is better suited for high-cycle use than a chemisorbent with a molar ratio of Zr and Ca 3: 10, since in the first case, the value of the specific capacity of the chemisorbent, established after repeated carbonization-decarbonization, is greater than in the second, 8.5 mmol / g and 6.2 mmol / g, respectively.
Разработанный высокотемпературный регенерирующий хемосорбент углекислого газа может быть использован для очистки выхлопных газов промышленных предприятий от диоксида углерода.The developed high-temperature regenerating chemisorbent of carbon dioxide can be used to clean the exhaust gases of industrial enterprises from carbon dioxide.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118599A RU2745486C1 (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Method for producing high-temperature co2 sorbents |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118599A RU2745486C1 (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Method for producing high-temperature co2 sorbents |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2745486C1 true RU2745486C1 (en) | 2021-03-25 |
Family
ID=75159250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118599A RU2745486C1 (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Method for producing high-temperature co2 sorbents |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2745486C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785814C1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-12-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Method for producing fibrous high-temperature carbon dioxide chemisorbents |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2167128C2 (en) * | 1999-06-11 | 2001-05-20 | Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН | Method of preparing composite powdery material of zirconium-containing mineral stock |
RU2229335C1 (en) * | 2003-06-16 | 2004-05-27 | Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН | Carbon dioxide absorber, method for preparation thereof, and a method for removing carbon dioxide from gas mixtures |
EP1629886A1 (en) * | 2003-04-15 | 2006-03-01 | Bridgestone Corporation | Material and apparatus for adsorbing and desorbing carbon dioxide |
US20100158791A1 (en) * | 2003-11-26 | 2010-06-24 | Cabot Corporation | Fuel reformer catalyst and absorbent materials |
US20100196259A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | CO2-Sorptive Pellets and Uses Thereof |
RU2451542C2 (en) * | 2010-07-21 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Carbon dioxide absorbent, method of making said absorbent (versions) and method of using said absorbent |
-
2020
- 2020-05-27 RU RU2020118599A patent/RU2745486C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2167128C2 (en) * | 1999-06-11 | 2001-05-20 | Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН | Method of preparing composite powdery material of zirconium-containing mineral stock |
EP1629886A1 (en) * | 2003-04-15 | 2006-03-01 | Bridgestone Corporation | Material and apparatus for adsorbing and desorbing carbon dioxide |
RU2229335C1 (en) * | 2003-06-16 | 2004-05-27 | Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН | Carbon dioxide absorber, method for preparation thereof, and a method for removing carbon dioxide from gas mixtures |
US20100158791A1 (en) * | 2003-11-26 | 2010-06-24 | Cabot Corporation | Fuel reformer catalyst and absorbent materials |
US20100196259A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | CO2-Sorptive Pellets and Uses Thereof |
RU2451542C2 (en) * | 2010-07-21 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Carbon dioxide absorbent, method of making said absorbent (versions) and method of using said absorbent |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785814C1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-12-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Method for producing fibrous high-temperature carbon dioxide chemisorbents |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Harada et al. | Alkali metal nitrate-promoted high-capacity MgO adsorbents for regenerable CO2 capture at moderate temperatures | |
Nair et al. | Lithium based ceramic materials and membranes for high temperature CO2 separation | |
Wang et al. | Molten sodium-fluoride-promoted high-performance Li4SiO4-based CO2 sorbents at low CO2 concentrations | |
Niu et al. | Lithium orthosilicate with halloysite as silicon source for high temperature CO 2 capture | |
Shan et al. | Preparation and kinetic analysis of Li 4 SiO 4 sorbents with different silicon sources for high temperature CO 2 capture | |
Yan et al. | CO 2 capture by a novel CaO/MgO sorbent fabricated from industrial waste and dolomite under calcium looping conditions | |
Ochoa-Fernández et al. | Effects of steam addition on the properties of high temperature ceramic CO 2 acceptors | |
Yu et al. | Al 2 O 3 and CeO 2-promoted MgO sorbents for CO 2 capture at moderate temperatures | |
Lee et al. | Thermal conversion of a tailored metal–organic framework into lithium silicate with an unusual morphology for efficient CO 2 capture | |
Mastin et al. | New synthesis method for CaO-based synthetic sorbents with enhanced properties for high-temperature CO2-capture | |
WO2018227081A1 (en) | Carbon dioxide removal using lithium borate | |
Puccini et al. | CO2 capture at high temperature and low concentration on Li4SiO4 based sorbents | |
Subha et al. | Wet chemically derived Li4SiO4 nanowires as efficient CO2 sorbents at intermediate temperatures | |
Zhang et al. | Development of a fly ash derived Li4SiO4-based sorbent for CO2 capture at high temperatures | |
WO2005046862A1 (en) | Reactivation of lime-based sorbents by co2 shocking | |
CN108499515B (en) | Doped CO2Preparation method of calcium-based adsorbent | |
Zhang et al. | CaO/CaCO3 thermochemical energy storage performance of MgO/ZnO co-doped CaO honeycomb in cycles | |
Zhang et al. | Simultaneous CO 2 capture and heat storage by a Ca/Mg-based composite in coupling calcium looping and CaO/Ca (OH) 2 cycles using air as a heat transfer fluid | |
US9144770B2 (en) | Reversible sorbent for warm CO2 capture by pressure swing adsorption | |
TWI589351B (en) | Carbon adsorbent, the manufacturing method thereof, and the using method thereof | |
WO2006111343A2 (en) | Carbon dioxide acceptors | |
RU2745486C1 (en) | Method for producing high-temperature co2 sorbents | |
KR100888336B1 (en) | A desulfurizing sorbent for so2 removal and a process for the preparation thereof | |
WO2013024141A2 (en) | Calcium sorbent doping process | |
CN112316902A (en) | Composite MgO adsorbent and preparation method and application thereof |