- 文献综述（或调研报告）：
从宏观角度来说，碱金属基固体吸收剂脱碳技术是基于气固反应的脱碳技术。虽然目前可应用于气固反应的反应器形式很多，但由于该反应自身的特点，很多常用的气固反应器形式不能直接套用。首先，该技术的碳酸化反应过程是一个强放热反应，采用固定床形式的反应器难以实现对床温均匀性与稳定性的有效控制，使得局部床温大幅度偏离脱碳反应的最佳温度区间，降低了脱碳效率。而单鼓泡床形式的脱碳系统，虽然能够利用流化床良好的传热传质特性有效稳定床温，但由于吸收剂碳酸化和再生反应所高温度不同，因此在循环脱碳时，床温需根据反应阶段进行调整，只能实现批次、不连续的脱碳。而CCS的商业化需要开发一种集高效捕集、可靠稳定、运行经济于一体的连续CO2捕集系统，为此美国三角研究所(RII)、韩国能源研究所(KIFR)和东南大学(SEU)等单位研发了各类基于碱金属基吸收剂脱碳技术的连续CO2捕集系统，并进行了连续脱碳试验RTI在加拿大 CANMET研究中心采用输运床模式建立了中试规模的快速输运床连续脱碳反应装置。在3%的CO2浓度下，CO2的最高脱除率达到92%左右，但当CO上升至15%时，最高脱除率下降至61%，脱碳效率下降的主要原因是输运床气速高，气固接触时间短，吸收剂碳酸化反应不彻底。RI为进一步优化系统工艺，设计了如图13所示的气固并流下行床脱碳-热螺旋给料器再生连续脱碳系统，该系统由作为碳酸化反应器的气固并流下行床以及两个垂直螺旋给料器组成。下行床式反应器降低了通过碳酸化反应器的烟气压降，从而减少了引风机能耗。两个螺旋给料器将吸收剂从下行床底部提升至下行床顶部入口，并在该过程中分别实现吸收剂的再生和冷却。螺旋给料器中热量的传递通过中空螺杆和夹套实现，热螺旋给料器以50psi的低压蒸汽作为再生热源，冷螺旋给料器以水作为冷却工质。RI应用该系统对4MMBtu/h采用多种燃料燃烧电站产生的烟气进行了脱碳试验，结果表明:当燃料为天然气时脱碳效率在80%-98.5%之间。而当燃料为煤炭时，脱碳效率降至50%-92.5%。该系统存在的较大的问题是下行床中气固接触的不均匀影响了脱碳效果以及吸收剂的有效利用，螺旋给料器的使用也加剧了吸收剂的磨损，而且垂直螺旋给料器的轴封易被磨损，另外，螺旋给料器与下行床之间也存在密封不佳的问題，易造成两个反应器内气体互混。
KIER发展了基于快速输运床的连续脱碳系统。如图1-4所示，该系统由下部具有混合区的快速输运床碳酸化反应器，泡流化床再生反应器，两个旋风分离器，返料阀和立管组成。由于连续脱碳系统的压降曲线可以间接的显示吸收剂流向和气固混合物的平均密度，因此该系统中固体物料的循环特性可以用系统的压力平衡曲线表示。 KIER利用该系统研究了空隙率对钾基吸收剂CO2吸收能力的影响。进一步，KIER使用Sorbk X35吸收剂在该试验系统上对气量为3.0-5.7m/h的模拟烟气进行了20小时连续运行试验，试验表明该系统的脱碳效率在50%至73%之间，吸收剂的碳酸化温度范围为70-90℃，通过增加固体循环流率和水蒸汽含量，或者降低输运床气速可提高系统的脱碳效率。对该装置进行系统放大后，系统烟气处理量达到100Nm3h。利用该系统处理来自KIER的2MWh燃煤循环流化床(CFBC)产生的实际燃煤烟气，其系统脱碳效率维持在70%左右。韩国南方电力公司进一步在500MWe燃煤电厂建立了烟气处理量为2000Nnh(相当于0.5MWe)的试验装置4144以及烟气处理量为35000Nmh(相当于1OMWe)的示范装。示范装置的试验结果显示，在长时间连续运行下，系统脱碳效率维持在80%左右。
东南大学建立了国内首套烟气处理量为10-15m3/h的钾基固体吸收剂“CO2脱除-吸收剂再生”综合试验装置，并开展了系统连续脱碳特性的研究。如图1-5所示，该系统由两个设置冷却盘管的鼓泡流化床碳酸化器(一个作为备用)、一个具有电加热器的鼓泡流化床再生反应器、三个旋风分离器、四个螺旋给料器等组成。以CO2、H2O、SO2和气的混合气体作为模拟烟气，其H2O流量通过高精度活塞泵控制，并在气体的进气管道上布置有加热装置以防止水蒸汽冷凝。为防止SO2导致吸收剂的失效而造成系统脱碳效率的下降，采用钙基改性的K2CO3/AL2O3吸收剂。该系统20小时连续试验表明，其CO2脱除率可稳定在96%左右。提高固体循环流率、再生温度和水蒸气含量或者降低反应器流化数和碳酸化反应温度可以提高系统的脱碳效率。对连续脱碳过程中吸收剂微观结构的表征证明了 K2CO3/AL2O3吸附剂具有优异的耐磨性。虽然螺旋给料器在该系统中表现出了良好的物料输送能力，但考虑到进行系統放大后，由于较大的热态物料输送量，螺旋给料器输料的稳定性存在一定问题，影响系统脱碳效率。
参考文献：
[1]徐煜昊. 基于鼓泡流化床—输运床耦合反应器的连续脱碳—吸收剂再生热态试验研究[D].东南大学,2017.
[2]杨振.流化床输运床耦合反应器气固流动特性研究[D].江苏:东南大学,2014. DOI:10.7666/d.Y2707217.
[3]Yang, Yongrong,Lu, Yujian,Wang, Jingdai, et al.Control of pressure balance and solids circulation characteristics in DCFB reactors[J].Powder Technology: An International Journal on the Science and Technology of Wet and Dry Particulate Systems,2018,328:114-121.
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