基于Ca(OH)2 的悬浮流钙循环技术：实现备用燃煤电厂高效CO2 捕集的新策略

为解决燃煤电厂动态运行中CO2 深度脱碳难题，斯图加特大学团队创新性地采用Ca(OH)2 替代传统CaO作为吸附剂，在悬浮流反应器中实现550°C低温条件下4秒内90%以上的CO2 捕集效率。研究表明该技术Ca/CO2 摩尔比低至1.5，通过建立反应模型预测99%脱碳效率仅需2.29的化学计量比，为间歇性运行的备用电厂提供了紧凑型碳捕集解决方案。

　　

随着可再生能源占比提升，燃煤电厂正逐步转变为应对电网波动的备用电源。这种间歇性运行模式对传统钙循环（Calcium Looping，CaL）技术提出严峻挑战——常规流化床反应器因体积庞大、固体循环量大，难以适应频繁启停。更棘手的是，以CaO为吸附剂的体系需要900°C以上高温才能实现高效CO₂
捕集，导致能耗居高不下。如何开发适应动态工况、兼具高效率和低能耗的碳捕集技术，成为实现电力系统深度脱碳的关键瓶颈。

来自德国斯图加特大学的研究团队在《Fuel》发表突破性研究，提出将Ca(OH)₂
作为新型吸附剂应用于悬浮流反应器的创新方案。通过系统实验和模型验证，发现该技术可在550°C低温条件下实现4秒内90%的CO₂
捕集效率，且Ca/CO₂
化学计量比低至1.5。研究首次证实Ca(OH)₂
在悬浮流体系中的反应动力学优势，为开发紧凑型碳捕集装置提供了理论依据。

研究采用三种关键技术方法：1）自主设计的12.4米电加热悬浮流反应器系统，可精确控制气体停留时间为4秒；2）多通道气体成分在线监测（Emerson NGA 2000分析仪）；3）热重分析（TGA）结合固体取样，定量测定碳化转化率X_Carb
。实验选用Carmeuse Technologies提供的三种Ca(OH)₂
吸附剂（S1-S4），其BET比表面积差异达3倍以上（15-46 m²
/g）。

在"实验结果与讨论"部分，研究揭示了三个关键发现：

1. CO₂
   捕集效率突破
   在10% CO₂
   模拟烟气条件下，S1吸附剂（46.471 m²
   /g）表现出最佳性能，通过分段拟合模型预测：实现99%脱碳效率仅需2.29的Ca/CO₂
   摩尔比，相当于每捕集1kg CO₂
   消耗3.86kg Ca(OH)₂
   ，较传统CaO体系降低30%吸附剂用量。

2. 碳化反应动力学优势
   TGA分析显示Ca(OH)₂
   在CO₂
   过量条件下可实现0.9以上的碳化转化率X_Carb
   ，远超CaO首循环0.7的典型值。研究首次证实悬浮流体系中Ca(OH)₂
   脱水是限速步骤，而后续碳化反应可瞬时完成。

3. 系统级碳平衡验证
   通过对比气体在线监测与固体取样数据，建立碳平衡方程F_CO2,in
   E_Carb
   =F_Ca(OH)2
   X_Carb
   。结果显示85%数据点偏差小于20%，证实实验结果的可靠性，但发现水平出口段存在约15%的过度碳化现象。

在"结论"部分，作者强调这项研究具有三重意义：首先，Ca(OH)₂
基悬浮流技术将反应温度从900°C降至550°C，显著降低系统能耗；其次，4秒级超短停留时间使反应器尺寸较传统流化床缩小80%，适合备用电厂间歇运行；最后，提出的分段拟合模型为工业装置设计提供量化工具。该技术路线已具备商业化潜力，未来可通过优化吸附剂粒径分布和反应器结构进一步提升经济性。

这项由Nico Mader主导的研究，不仅为燃煤电厂低碳转型提供了创新解决方案，更开创了钙循环技术的新范式——通过材料创新与反应器设计的协同优化，实现碳捕集系统"小型化"与"柔性化"的双重突破。