二氧化碳微通道气体冷却器的数值仿真与性能优化

建立了跨临界CO₂制冷系统中微通道气体冷却器模型,对管内CO₂和空气侧的流动和换热进行了数值仿真.比较了多种工况下的仿真结果与实验数据,验证了该模型正确性;并运用该模型分析了各种参数下的气体冷却器的性能,可用于指导优化设计.     

CH4和CO2在活性炭微球内扩散系数的测定

活性炭微球是一种储存及净化天然气的新型碳材料.采用高精度的重力分析仪(IGA-003, HIDEN)对天然气主要成分CH₄和CO₂杂质在活性炭微球材料内的扩散性质进行了研究.运用Fick扩散模型关联得到了CH₄及CO₂在活性炭微球内的扩散系数.研究结果表明,CH₄与CO₂在活性炭微球内的扩散属于晶体扩散,二者的扩散系数处于10^-13m²·s^-1数量级上.同时,CH₄与CO₂在介孔活性炭微球内的扩散速率均随着温度的增加而增加,随着体系平衡压力的增加而减小,而且CH₄的扩散速率要略大于CO₂的扩散速率.研究结果可用于活性炭微球吸附剂应用中传质性质的计算.     

生物质超临界气化制氢产物高压吸收法分离的气液相平衡分析

通过高压吸收法可以将生物质超临界水气化制氢的气体产物中的CO₂与H₂分离.基于修正的UNIFAC模型、SRK状态方程以及MHV2混合规则，建立了生物质超临界气化制氢产物高压吸收法分离的气液相平衡的计算模型，讨论了CO₂与H₂分离过程中压力和温度等参数对分离效果的影响.计算结果表明：随着分离器中压力的升高，气相产物中H2的摩尔分数增加，CO₂摩尔分数迅速下降，气相中H₂的收率不断降低；随着温度升高，气相产物中H₂的摩尔分数减小，CO₂摩尔分数上升，气相中H₂的收率增加；然而，高压吸收的方法不能将气体产物中的CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆与H₂分离.     

气体与煤表面吸附作用的量子化学研究

选用褐煤、次烟煤、高挥发分烟煤、低挥发分烟煤和无烟煤5种煤表面结构模型,采用量子化学半经验方法INDO,从分子水平描述了CO、O₂、H₂O(g)、CO₂、CH₄和H₂等6种气体在煤表面的吸附作用,计算了气体在煤表面的吸附能、吸附距离、吸附作用键级和净电荷变化等微观参数,用Morse函数拟合了气体与煤表面的结合能曲线,得到了气体吸附作用强弱次序为：CO和O₂最强,H₂O和CO₂次之,CH₄和H₂最弱。     

6FDA型聚酰亚胺中气体溶解行为的分子模拟

用分子模拟方法对6FDA-durene、6FDA-pPDA及其共聚物6FDA-durene/pPDA的链间距及自由体积进行了模拟计算,结果与文献实验值一致;采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法模拟了O₂、N₂、CH₄和CO₂在聚酰亚胺中的溶解,计算结果表明：COMPASS力场能较准确地描述O₂、N₂和CH₄在聚酰亚胺中的吸附溶解,O₂、N₂、CH₄的溶解系数模拟结果与实验数据吻合较好。CO₂的溶解系数计算值与实验值偏差较大(约50％),主要原因可能在于模拟过程中未考虑体积溶胀效应以及COMPASS力场不能精确描述CO₂与—CF₃基团的相互作用。同一聚合物中,计算所得气体溶解系数的大小顺序为CO₂>CH₄>O₂>N₂,与气体凝聚性趋势一致,同种气体在6FDA型聚酰亚胺中的溶解系数与其自由体积分数变化趋势一致。3种聚合物对CO₂/CH₄的溶解选择性高于O₂/N₂,共聚物与均聚物相比,气体溶解选择性没有明显提高。     

CO等气体在苯酚中的溶解度的测定及关联

建立了一套用于测定高中压下气体在黏度大、易结晶高黏度溶剂中溶解度的汽液平衡测定装置,该装置采用整体温浴、流动的方法很好地解决了溶剂苯酚易结晶而带来操作困难的问题,利用该套高中压汽液平衡测定装置,在不同温度和压力下,测定了CO₂、CO、N₂、O₂气体在纯苯酚中的溶解度数据.采用RK方程的维里展开式和正规溶液理论推算得到的气体溶解度与温度和压力的函数关系式,并对相同温度和压力下CO等气体在纯苯酚中的溶解度进行了三参数关联,得出了溶解度的计算模型.最后,用这一模型关联计算CO₂、N₂、O₂和CO在纯苯酚中的溶解度,结果表明,计算值和实验值误差较小,因此,该计算模型可以用于对相同温度下加压气体在纯苯酚中溶解度的关联和内插计算.     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

超临界CO2萃取丁香油的数值模拟

为了预测超临界CO₂萃取挥发油动态过程，根据挥发油在超临界CO₂与物料之间的质量传递平衡，采用集总参数法建立超临界CO₂萃取丁香油过程的数学模型。结合不同温度、压力、粒径和CO₂流速条件下的实验结果，对方程进行了合理的简化，并利用实验数据拟合出模型中CO₂密度、粒径和流速的系数。验证结果表明模型的计算值和实验值的平均相对误差在6. 88%～57. 78%之间，建立的数值模型能较好地描述实际的超临界CO₂萃取丁香油行为。     

Fe/C杂化炭膜的制备及其气体分离性能

将二茂铁作为有机添加剂引入炭膜前驱体聚酰亚胺,经高温热解制备了Fe/C杂化炭膜。考察了二茂铁的添加量对杂化炭膜气体渗透性能的影响。采用热重、红外、X射线衍射和透射电镜等分析方法对所制备的杂化炭膜进行了表征。结果表明,在前驱体中添加二茂铁能显著提高炭膜的气体渗透性能,随着添加量的增加,膜的气体渗透系数明显增加而分离系数则减小,当二茂铁添加量为15%时,对H₂、O₂、N₂、CO₂、CH₄等纯气体的渗透系数分别为2806、1039、266、31、8 barrer,对O₂/N₂、CO₂/N₂、CO₂/CH₄的分离系数分别为8.6、33.5、129.5。Fe/C杂化炭膜是基于“分子筛分”机理分离气体分子。     

基于化学链燃烧的吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢过程模拟

建立了基于化学链燃烧供能的吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢系统，该系统包含吸收剂引导的焦炉煤气重整反应器（SECOGSR）、燃料反应器和空气反应器。该系统能产生高纯H₂［93.23%（mol）］，仅通过冷凝即可实现CO₂的捕获，分离能耗低。采用Aspen Plus软件对吸收剂引导的焦炉煤气重整制氢过程进行了模拟，得到优化的反应条件为：温度650℃，压力1.5 MPa，Ca/C=1，H₂O/C=4。并对系统进行了模拟，以NiO/Y₂O₃/ZrO₂(0.73/0.022/0.248，摩尔比）为化学链燃烧的载氧体和载能体，在满足反应器自热平衡和系统吸放热平衡的基础上，重整1mol焦炉煤气，燃料反应器和空气反应器所需的焦炉煤气、空气及载氧体NiO/Y₂O₃/ZrO₂的量分别为0.139、0.648、3.11 mol。该系统消耗1 mol焦炉煤气的产H₂量为1.30 mol，捕获的CO₂的量为0.355 mol。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO2扁管内对流换热特性

As a natural working,fluid carbon dioxide (CO₂) has shown great potential in refrigeration and air conditioning industry. The heat transfer and pressure drop performance of supercritical CO₂ in pipes is necessary for gas-cooler design. This paper presents an experimental investigation of supercritical CO₂ heat transfer characteristics using temperature oscillation method.Considering the variable fluid temperature, an extended and more reasonable temperature oscillation model is built and used for heat transfer coefficient evaluation. The convective heat transfer coefficient of supercritical CO₂ flowing in an aluminum multi-channel flat pipe is measured for the first time.Experiments are performed under one typical pressure and temperature condition.The experimental setup and data acquisition as well as processing program are described in detail. New dimensionless heat transfer data in the form of Nusselt number via Reynolds number are given and analyzed.The results could be a good reference to gas-cooler design.The paper also supplies a general model or tool for determining local convective heat transfer coefficient which can be used more widely.     

填料塔中碳酸钾/哌嗪混合吸收液脱除CO2的体积传质系数

The process of removing dilute CO2 from air by using me mixtures of K2CO3 and piperazine (PZ) was conducted in a random packed tower at 25℃. The results showed that PZ increased the absorption rate of CO2 into aqueous K2 CO3 much more effectively than MEA or DEA. The volumetric overall mass transfer coefficient (KGa) of dilute CO2 absorption into K2CO3/PZ was measured. The KGa value was evaluated over the ranges of main operating variables: the concentration of CO2 in inlet gas, gas flow rate, liquid loading, CO2 loading in liquid phase, and the concentrations of K2CO3 and PZ. The test showed that KGa could be remarkably improved by increasing liquid loading and the concentration of PZ, and decreasing the concentration of CO2 in inlet gas, as well as the gas flow rate and CO2 loading in liquid phase.     

PVAm/PAN复合膜的制备及其对CO2/CH4的分离性能

New polymeric membrane materials——polyvinyl amine (PVAm) with different primary amine contents were synthesized.By covering polyacrylonitrile(PAN) ultrafiltration membranes with PVAm, the PVAm/PAN composite membranes for CO₂/CH₄ separation were prepared. The composite membranes containing more primary amino groups have higher selectivity for CO₂/CH₄.The cross-linking of acid or glutaradehyde could improve the gas permselectivity of the composite membranes. With decreasing CO₂ content in the feed gas, the CO₂/CH₄ separation factor increased.When the feed gas was 25%(vol) CO₂ and 75%(vol) CH₄, the CO₂ permeation rate was 4.1×10^-9cm³(STP) •cm^-2•Pa^-1•s^-1, and the CO₂/CH₄ separation factor was 180.     

氨法脱碳系统再生能耗的研究

氨水溶液能够实现较高的CO2脱除率,具备较大的吸收能力,同时能够脱除烟气中SOx和NOx等酸性气体,近年来被认为是具有发展潜力的CO2吸收剂。普遍认为氨法再生过程的反应热能耗可降至26.88kJ.(molCO2)-1,远低于MEA能耗85kJ.(molCO2)-1。文中对比大量文献中的再生能耗数据,分析了其数据可靠性,理论计算和量热计实验测量低温下(35℃)氨水吸收CO2吸收热为60～70kJ.(molCO2)-1,并且随着CO2负载量增大无明显变化;高温下(80℃)初始吸收热热值约为60kJ.(molCO2)-1,随着CO2负载量增大而增大至120kJ.(molCO2)-1,然后再次减小至80kJ.(molCO2)-1。碳酸铵溶液吸收CO2过程吸收热测量实验也证实了氨水吸收CO2过程无法实现26.88kJ.(molCO2)-1低热值。和其他醇胺溶液吸收热热值相比,氨水溶液在降低能耗方面具有一定优势,但是优势不明显。     

Numerical Investigation of the Effect of Using CO2 as the Refrigerant in a Heat Pump Tumble Dryer System

CO₂ appears to be a suitable refrigerant for dryer operation conditions due to its thermophysical and environmentally friendly properties. In this study, a heat pump tumble dryer system using CO₂ as the refrigerant was theoretically investigated, and a computer model was developed using MATLAB software. The changes in the energy consumption and drying time, depending on the inlet CO₂ pressure into the gas cooler, inlet CO₂ temperature into the evaporator, air mass flow rate, and dryer efficiency, are presented. The results show that the optimum operating parameters are extremely effective in reducing the drying time and energy consumed.     

用PVP水解物制备CO2固载膜及膜的性能

以自由基聚合合成了聚乙烯基吡咯烷酮（PVP），并用其水解产物聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸钠（PVSA）和聚砜（PS）超滤膜制备了PVSA/PS复合膜；用红外光谱、X射线衍射等方法研究了PVP及其水解产物PVSA的结构，证实了PVSA含有可作为CO₂载体的仲胺基与羧基；测试了复合膜的透气性能及对CO₂/CH₄的选择性.结果表明，在26℃，压力为1333Pa时，CO₂渗透速率可达5.46×10^-7 cm³(STP)•cm^-2•s^-1•Pa^-1，CO₂/CH₄的理想分离因子达到212.1.随着进料气压力的增大，CO₂/CH₄的分离因子及CO₂的渗透速率均呈下降趋势.依据膜的渗透通量随压力的变化特性以及不同状态下膜的红外光谱，分析了膜对CO₂的促进传递机理.     

VSA-SA/PS固定载体复合膜的制备及其CO2/CH4分离性能

以自由基共聚合和水解的方法合成了一种新型的CO₂固定载体膜材料N-乙烯基-γ-氨基丁酸钠-丙烯酸钠共聚物 (VSA-SA).以VSA-SA为表层，聚砜超滤膜为支撑体制得复合膜.研究了复合膜对CO₂/CH₄体系的渗透选择性，考察了金属离子交联剂和交联时间以及进料气组成对复合膜性能的影响.本文制得的复合膜运行1周仍能维持良好的分离因子和CO₂渗透速率.     

传质对热天平坩埚内煤焦气化反应的影响

热天平标准配置的坩埚为四周及底部密封的敞口容器,气流不能穿过物料层从坩埚底部流出,从而影响煤焦气化反应的动力学行为.研究了坩埚尺寸、物料床层厚度对杯状坩埚内煤焦-CO₂气化（气固相反应）影响.采用PHOENICS软件模拟分析了杯状坩埚附近及内部流体运动、浓度分布,同时建立了杯状坩埚内煤焦-CO₂反应-扩散模型,两者能很好地吻合.杯状坩埚中进行的煤焦-CO₂反应模型参数φ和D_a反映了气体质量传递对反应的影响.