人类工业活动排放的大量CO2被认为是引起全球气候变化的主要原因。钙循环捕集CO2技术作为捕集大型固定碳排放源排放烟气中CO2的有效手段,受到世界各国研究人员的广泛关注。然而,工业烟气中SO2的存在将导致吸附剂在碳捕集过程中发生硫酸化副反应,对钙基吸附材料的反应过程和吸附容量产生极为不利的影响。在此背景下,本文开展了实验及数值研究工作,旨在考察硫酸化作用下,钙基吸附剂循环碳酸化的反应动力学变化规律,并构建耦合并行反应、结构演变与热/质传递全过程的数值模型,揭示了钙基吸附剂颗粒的碳酸化/硫酸化的竞争机制,为钙循环技术的工业应用提供有效支撑。本文首先制备了在硫酸化作用下经过多次煅烧/碳酸化循环的吸附剂,研究了硫酸化对碳酸化动力学的影响特性。采用表观动力学模型和3-D扩散模型对多次煅烧/碳酸化循环中的化学反应控制阶段以及扩散控制阶段进行了反应动力学分析。结果表明,循环次数的增加会使碳酸化反应速率常数减小;在化学反应控制阶段,活化能呈上升趋势,而在扩散控制阶段,活化能呈下降趋势。此外,硫酸化的发生会提高吸附剂的CO2吸附活化能,并降低其反应速率常数。其次,构建了耦合并行反应、结构演变与热/质传递全过程的颗粒模型,在颗粒尺度上阐明了碳酸化/硫酸化竞争过程中各反应的个体贡献和相互作用行为。在数值研究中,通过耦合并行碳酸化/硫酸化反应、传质过程、传热过程和吸附剂颗粒的结构演化,掌握了硫酸化作用下,吸附材料吸附全过程的反应特性及规律。研究发现,在并行反应中,硫酸化会与碳酸化进行吸附竞争,且两个反应均分为化学反应控制和扩散控制两个阶段。此外,在发生吸附竞争处,碳酸化反应被削弱,导致固体产物CaCO3含量变少。在颗粒径向方向,固体产物由颗粒内部到颗粒外部逐渐增多;在颗粒同一位置,固体产物生成速度随时间逐渐减缓。在近颗粒外部处,孔隙率较大,近颗粒核心处较小。随着时间的推进,孔隙率减小速度变慢。最后,研究了反应条件和吸附剂性质对CO2捕集过程的影响。研究结果表明,在反应条件方面,较高的CO2浓度以及较低的SO2浓度有利于碳酸化反应,抑制硫酸化反应,碳酸化反应的最佳温度在923 K左右;在颗粒性质方面,初始颗粒粒径和孔隙率是影响并行反应的最重要参数,有助于钙循环中反应器的参数的设定和开发优越性能的CaO基吸附剂。