目前，基于煤炭利用的碳捕集技術(shù)主要包括燃燒前煤氣中CO2捕獲技術(shù)、燃燒后煙氣中CO2捕獲技術(shù)，以及化學(xué)鏈燃燒或純氧燃燒技術(shù)。將燃燒前CO2捕獲技術(shù)運用于煤氣化以及煤制CH4、煤制氫等煤氣轉(zhuǎn)化工藝，不僅能實現(xiàn)CO2減排，而且還能通過對煤氣中CO2的吸收提高煤氣中CH4或H2的含量，被認(rèn)為是一種有潛力的碳捕集技術(shù)。中國科學(xué)院工程熱物理研究所能源動力研究中心結(jié)合IGCC氣化工藝進(jìn)行了燃燒前干法CO2捕獲技術(shù)的研究。
對燃燒前CO2捕獲技術(shù)而言，開發(fā)吸收性能好且循環(huán)性能穩(wěn)定的吸收劑是研究關(guān)鍵。氧化鈣基CO2吸收劑由于來源廣泛且具有較高的理論CO2吸收能力受到了研究者的青睞。但鈣基吸收劑在運用過程中存在的主要問題是：循環(huán)過程中因CaCO3煅燒再生所需溫度高達(dá)900oC，易造成吸收劑的高溫?zé)Y(jié)，使吸收性能在循環(huán)吸收過程中逐漸降低。針對該問題，能源動力研究中心主要從以下兩方面開展了研究：1）鈣基物質(zhì)的活性改進(jìn)研究；2）吸收與再生溫度較低的鎂基復(fù)鹽CO2吸收劑的研究。
在鈣基物質(zhì)活性改進(jìn)方面，能源動力研究中心于近期研究了引入惰性物質(zhì)MgO對CaO基吸收劑循環(huán)吸收性能的影響，確定了MgO的含量范圍，研究人員發(fā)現(xiàn)MgO在31.5%~38.7%時能有效改善天然白云石煅燒所得CaO-MgO吸收劑的循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)合水汽變換工藝，研究人員研究了煤氣中H2O蒸汽對CaO-MgO吸收劑吸收性能的影響。CaO-MgO吸收劑在有水蒸汽條件下循環(huán)30次時的吸收能力比無水蒸汽條件下可提高50%。水蒸汽不僅能提高吸收劑在快速化學(xué)反應(yīng)控制階段的吸收能力，而且能加快吸收劑在擴散反應(yīng)控制階段的反應(yīng)速率。隨著MgO含量增多，水蒸汽的促進(jìn)作用更明顯。該研究結(jié)論為CaO-MgO吸收劑在水汽變換工藝中的運用提供了理論依據(jù)。
針對鈣基吸收劑再生溫度高的特點，能源動力研究中心與美國能源部國家能源技術(shù)實驗室（NETL）、太平洋西北國家實驗室（PNNL）合作開展了中低溫鎂基復(fù)鹽新型二氧化碳吸收劑的研究。合成制備的鎂基復(fù)鹽吸收劑在循環(huán)吸收再生過程中不僅吸收性能穩(wěn)定，而且再生溫度（約400oC）遠(yuǎn)低于鈣基吸收劑的再生溫度（約900oC），不會造成吸收劑的高溫?zé)Y(jié)及吸收性能的衰減，同時還能有效降低吸收劑再生能耗�；诤献黜椖康难芯拷Y(jié)論，能源動力研究中心進(jìn)一步利用堿金屬的硝酸鹽改性天然鈣鎂礦石從而制備二氧化碳吸收劑，從離子擴散的角度分析了堿金屬硝酸鹽的改性機理。以上研究為鎂基復(fù)鹽二氧化碳吸收劑在煤氣變換工藝中的運用研究奠定了基礎(chǔ)。
上述研究工作得到了中美二氧化碳捕集與封存技術(shù)的聯(lián)合研究項目的支持。部分研究成果已發(fā)表在國際期刊Energy & Fuels, Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering上。
