CO2/H2O吸附分离特性研究

CO₂捕集是实现碳中和的重要技术路径。该文实验研究了298、348K的单组分CO₂和298、313K的CO₂/H₂O双组分气体,在活性炭、活性氧化铝、3A、13X中的等温吸附和动态吸附特性。基于Langmuir、LRC、Toth、DA、Freundlich吸附模型,对单组分CO₂吸附预测与实验结果进行了对比分析。研究了CO₂/H₂O吸附过程进气水蒸气含量、流量、温度对4种吸附剂的穿透曲线和吸附量的影响规律。结果表明,单组分CO₂吸附量：13X>活性炭>活性氧化铝>3A,CO₂/H₂O穿透时间随流量增大和温度升高而缩短;沸石类穿透时间随水蒸气含量增多而缩短,其他吸附剂表现相反;水蒸气含量增加会抑制CO₂吸附;3A具有较好的CO₂/H₂O吸附选择性。     

浸渍法制备的固态胺CO2吸附剂吸附性能

控制和减缓化石燃料电厂的CO₂排放对于缓解大气中CO₂浓度的持续上升具有重要意义。作为一种燃烧后CO₂ 捕集技术,固体CO₂吸附剂具有低能耗、弱腐蚀性、易再生等优点,在CO₂减排领域有着广泛的应用前景。介绍浸渍法制备的固态有机胺吸附剂对CO₂的吸附性能,着重介绍载体性质、有机胺负载量、温度和烟气含水量等因素对固态胺吸附剂吸附性能的影响,并对其机理进行了分析。此外,对比了不同固态胺吸附剂在75 ℃下对CO₂的吸附能力。分析认为,相对于其他类型的CO₂固体吸附剂,固态胺吸附剂较适用于从高温湿烟气中捕集CO₂。     

微富氧燃烧技术下氨法脱碳试验研究

针对微富氧燃烧下烟气组分（CO₂体积分数约30%~40% ）,利用填料塔进行了氨法脱碳试验研究,考察了烟气CO₂浓度、氨水浓度、吸收液pH值、氨水流量、烟气温度、烟气流量等因素对CO₂脱除率的影响。试验结果表明：① 随氨水浓度、吸收液pH值、氨水流量增加以及填料增多,CO₂脱除率升高,但在pH值=10.5时出现一定波动;② 烟气温度为50 ℃时,CO₂脱除率最高;③ 当氨水中NH₃质量分数大于4%时,烟气中CO₂脱除率达90%以上,微富氧燃烧条件下,单位质量氨（1 kg NH₃）对烟气中CO₂吸收质量为0.32 kg,脱碳效率是常规燃烧条件下的2倍多,因此采用微富氧燃烧有利于缩小吸收塔和再生塔的体积、降低能耗。     

CO2地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

CO₂地质利用与封存(CO₂ geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO₂腐蚀钢材反应机制,总结了CO₂腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO₂分压、温度、矿化度及p H值、CO₂封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO₂腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO₂腐蚀问题的重点研究方向。主要包括：CO₂腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO₂腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO₂条件下腐蚀防护技术的开发与应用。     

煅烧沸石咪唑骨架吸附烟气CO2促进节旋藻生长固碳

利用藻类生物捕集CO₂是一种很有前景的减排烟气CO₂的方法,但是烟气CO₂在藻液中停留时间短,向溶解无机碳的转化困难,限制了藻细胞的生长固碳。通过煅烧不同时间的锌沸石咪唑骨架来制备CO₂吸附剂,利用不饱和金属活性位点吸附CO₂并促进CO₂向HCOO₃^-的转化,为藻细胞的生长固碳提供充足的溶解无机碳。结果表明:煅烧6h得到的吸附剂拥有最大的比表面积和孔容积有利于CO₂吸附和转化,可提高藻液中HCOO₃^-浓度55.7%,使得钝顶节旋藻的光能利用效率在99.99%煤化工烟气CO₂条件下增加了2.43倍,培养时间从7天缩短至5天,生物质产量提高了74.7%,CO₂固定速率提高了93.7%,为微藻减排烟气CO₂提供了新思路。     

一种用于确定饱和低渗透砂岩岩心中超临界CO2突破压力的数值方法

CO₂突破压力在CO₂地质储存能力、场地选择和盖层安全性评价中起着重要作用。为探究可用于预测CO₂突破压力的数值模拟方法,研究通过使用COMSOL Multiphysics数值软件,提出了一种基于逐步法的数值方法,并对饱和低渗透岩心进行了CO₂突破压力的数值模拟。结果表明:当岩心完全饱水时,CO₂突破压力和突破时间分别5.4 MPa和70 h,通过与已有实验数据对比,证明了此模拟方法是合理的。同时,对CO₂-H₂O系统中的界面张力和VG模型中m/l值进行了敏感性分析,结果表明:在相同的界面张力条件下,m/l参数越大,CO₂突破压力和突破时间越大。另外,随着CO₂-H₂O系统中界面张力的增大,突破压力和突破时间均呈减小趋势。研究可为深入研究岩心尺度上的CO₂突破行为和盖层评价等提供数值信息。     

三元材料在空气中暴露后的理化特性分析

研究了不同镍含量的三元材料在温度20℃、湿度60%的环境中暴露不同时间后的理化参数变化情况，结果表明：三元材料的pH值随暴露时间变化较小，而其水分含量则随暴露时间的延长显著增大，说明三元材料在暴露过程中会持续吸收环境中的水分。残余碱成分LiOH的含量随暴露时间的延长未发生显著变化，而Li₂CO₃含量虽在短时间内变化不大，但长期暴露后，其含量显著增大。通过扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)分析表明，三元材料在空气中暴露的过程中，其表面的残余锂与水分及CO₂发生反应，形成了LiOH和Li₂CO₃，而LiOH易与空气中的CO₂反应转化为Li₂CO₃。     

CO2催化氢化催化剂及其反应机理综述

研究二氧化碳资源化利用技术将对电厂CO₂减排工作具有重要意义。综述了基于催化氢化思想的CO₂转化催化剂及其反应机理,其主要涉及铜、镍、锌等过渡金属和钌、铱、钯等贵金属。现有催化氢化CO₂转化技术研究主要集中于研究与开发高活性催化剂,分析与推测反应机理,提高产物产率及选择性,优化反应体系结构与条件等方面。高活性催化剂如双金属合金,过渡金属催化体系将是未来CO₂催化氢化领域主要的研究方向之一。各催化剂催化氢化CO₂反应机理较为复杂,值得深入研究。随着经济、环保、节能等新型CO₂催化氢化技术的开发及研究的深入,电厂CO₂减排及资源化工业应用也将成为可能。     

分段电极介质阻挡放电CO2重整CH4过程放电特性与反应性能研究

大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO₂重整CH₄反应，对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一，但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现，分段电极DBD可以调节CO₂重整CH₄反应过程的反应物转化率、产物分布及能量效率，但是分段电极数量和相邻电极间距对上述性能参数的影响机理尚不清晰。因此，该文设计了具有不同电极数量和不同相邻电极间距的分段电极DBD反应器，并用于CO₂重整CH₄反应，从电学特性和温度特性的角度研究了不同实验条件下的放电特性，比较分析了对应条件下的CO₂重整CH₄反应性能。结果表明，分段电极的引入可以增加放电边缘数量以增强边缘效应，且增加分段电极数量和增加相邻电极间距均可延长反应物的有效停留时间，上述因素均有助于提高等离子体CO₂重整CH₄的反应性能。在施加电压11.0 kV条...     

燃气电厂烟气CO2 捕集工艺实践

控制电力生产过程中的碳排放量是应对气候变化的重要手段。在当前技术条件下,基于化学吸收法的CO₂捕获和封存（CCS）被认为是最具经济和技术可行性的碳减排方案。采用化学吸收法工艺系统,选用MEA（-乙醇胺）和离子液作为吸收剂,通过实验研究,对比分析了MEA和离子液2种吸收剂捕集CO₂工艺的技术可靠性、经济性和风险性;对电厂实现CO₂捕集所需要的能源消耗、成本增量以及对电与热的价格影响等进行了分析与评价。     

浸渍法制备的固态胺CO2吸附剂吸附性能

控制和减缓化石燃料电厂的CO2排放对于缓解大气中CO2浓度的持续上升具有重要意义.作为一种燃烧后CO2捕集技术,固体CO2吸附剂具有低能耗、弱腐蚀性、易再生等优点,在CO2减排领域有着广泛的应用前景.介绍浸渍法制备的固态有机胺吸附剂对CO2的吸附性能,着重介绍载体性质、有机胺负载量、温度和烟气含水量等因素对固态胺吸附剂吸附性能的影响,并对其机理进行了分析.此外,对比了不同固态胺吸附剂在75℃下对CO2的吸附能力.分析认为,相对于其他类型的CO2固体吸附剂,固态胺吸附剂较适用于从高温湿烟气中捕集CO2.     

O2/CO2气氛煤粉燃烧及固硫特性研究

该文利用热重法分析了O2／CO2、空气两种不同气氛下煤的燃烧特性，得出与空气条件相比，O2／CO2条件下煤的着火及燃尽温度有明显降低、燃烧特性指数提高的结论，即O2／CO2气氛可改善燃烧过程、优化燃烧特性。同时通过对两种情况下煤粉燃烧钙基脱硫特性的比较，发现较高浓度的CO2气氛可阻止石灰石的分解，其硫化反应机理与传统方式下不同，脱硫效果有较大提高，并且这种优势在一定范围内随温度的升高以及CO2体积含量的增加而愈加显著。由此得出，O2／CO2气氛不仅有助于煤粉燃烧而且可以有效地提高脱硫效率，克服了传统空气方式下高温脱硫效率低的缺点。     

新型无硫甲醇富液直接脱碳技术模拟研究

提出了一种新型无硫甲醇富液直接脱碳技术,该技术通过对高浓度CO2的无硫中压甲醇富液直接压缩分离得到高纯度CO2产品,简化了原有脱碳工艺流程,不需要脱盐水以及分子筛等吸附干燥装置,无废弃物排放。采用Aspen Plus软件建立了新型无硫甲醇富液直接脱碳稳态模型,并与常规的低温精馏脱碳工艺实际运行参数进行对比分析。数值模拟结果表明:相较于常规低温精馏脱碳工艺,无硫甲醇富液直接脱碳技术的生产能力提高了20%,CO2捕集效率达到88%以上,单位捕集量的能耗减少20%,水耗减少60%,捕集成本降低了30%。新型无硫甲醇富液直接脱碳技术是一项发展前景广阔,可在煤化工和石油化工行业推广应用,便于工程化的CO2捕集技术。     

钾钠盐类对钙基CO2吸附剂循环碳酸化的影响

钙基CO2吸附剂如石灰石在循环煅烧/碳酸化过程中随着循环次数的增加碳酸化转化率迅速衰减,这对CO2的捕捉极为不利。该文在常压煅烧/碳酸化反应器系统上研究KCl、K2CO3、NaCl和Na2CO3作为添加剂对CaCO3循环碳酸化特性的影响。结果表明,在初始循环时,钾钠盐类的添加造成CaCO3碳酸化转化率的明显衰减,但随着循环次数的增加,添加剂使CaCO3转化率下降缓慢,反而高于原CaCO3转化率。钾盐较钠盐对CaCO3循环捕捉CO2能力有更好的促进作用,钾/钠氯化物比钾/钠碳酸盐效果更好。在CaCO3中添加质量比为0.5%~0.6%的KCl,碳酸化温度在680~700℃时,吸附剂能取得最高的循环碳酸化转化率,经20次循环反应后转化率可达0.44,而在相同条件下原CaCO3转化率仅为0.21。KCl对CaCO3碳酸化的影响包括两方面。一方面,KCl虽然在初始循环时使CaCO3煅烧后的比表面积和比孔容减小,但在长期的循环中能够使它们保持稳定;另一方面,KCl能增加反应中碳酸化产物层的缺陷浓度,有可能增大未反应Ca离子通过产物层的扩散率。因此添加了KCl的CaCO3能够在长期煅烧/碳酸化循环中保持良好的碳酸化性能。     

煤在O_2/CO_2及O_2/N_2气氛下燃烧NO析出规律的实验研究

以阳泉无烟煤(YQ)、聊城贫煤(LC)和里彦烟煤(LY)为研究对象,在卧式管状炉上重点考察了O2/N2和O2/CO2气氛下,三种煤粉燃烧过程中NO的析出规律。实验结果表明O2/CO2气氛能够减小NO的析出速率,并且降低NO的转化率。相比较O2/N2气氛,NO析出曲线平坦,峰值小,持续时间长,在1 173 K的温度条件下,YQ、LC和LY的NO转化率分别为31.45%、20.58%、17.73%,比相应的O2/N2气氛下降低了20.48%、12.42%和24.78%。在1 173 K范围内,提高温度对O2/N2和O2/CO2气氛下的NO转化有均有促进作用,超过此温度则转化率变化不明显。CaCO3的加入促进了NO的析出,并且YQ、LC在Ca/S小于2,LY在Ca/S小于3时,随着CaCO3量的增加NO转化率提高较为明显,进一步提高Ca/S,则固硫剂的作用有所削弱。相对于O2/N2气氛,O2/CO2气氛下的加钙脱硫可以抑制NO的生成,相同条件下的NO转化率可降低25%左右。     

O2/CO2气氛下燃煤SO2排放特性的实验研究

在沉降炉实验台上通过在线烟气分析仪考查了燃煤烟气的组成以及燃烧气氛、CO2浓度、温度和燃料/氧气化学当量比对SO2的排放规律。结果表明,相同操作条件下O2/CO2燃烧可获得高达80%左右的CO2浓度,但烟气中CO含量明显高于O2/N2气氛下燃烧时的情况。高浓度CO2的存在使得SO2的排放较常规燃烧方式下有所降低,并且随着气氛中CO2浓度的增加呈递减趋势,但随着燃烧温度的升高,煤粉燃尽程度的增加以及其余含硫物相向SO2的转化使得其排放浓度逐步增加。在2种气氛下,SO2的释放浓度在贫燃料区随燃料/氧气化学当量比f的增加而增加,而在f大于1.2的富燃料区随燃料/氧气化学当量比的增加而降低。     

高浓度CO2气氛下煤粉的燃烧及其孔隙特性

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉,获取了不同环境气氛、不同燃烧温度下的煤焦试样并采用低温氮吸附仪测定了其吸附曲线。实验结果显示,相同的实验条件下,相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤焦的燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小,在O2/CO2气氛下所取煤焦试样的分形维数均小于相同O2浓度的O2/N2气氛下所取煤焦试样的分维,表明大量高比热性CO2气体的存在不利于煤焦颗粒燃烧反应的进行及其孔隙结构的发展。同时,吸附等温线及其回线的形态表明,所取的试样具有完整且连续的孔结构体系,孔径范围小至分子级孔,大至无上限孔(相对而言)。研究结果为深入认识O2/CO2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础。     

加压条件下CaO碳酸化反应动力学研究

利用加压热重分析仪研究加压条件下CaO碳酸化反应的动力学特性。实验研究表明，CaO最终转化率随反应总压、CO2分压的提高而增大。随着CO2分压的提高，碳酸化反应在化学反应控制阶段的反应速率明显增大。收缩核机理模型能很好地描述CaO碳酸化反应的过程。利用该模型进行动力学研究发现，随反应总压和CO2分压的提高，化学反应控制阶段的反应活化能明显降低。依据实验结果建立了综合考虑反应温度和CO2分压影响的CaO碳酸化反应速率方程，其计算结果和实验结果能较好地吻合。研究表明加压条件有利于CaO碳酸化反应的进行，所得结果可以用于近零排放制氢系统和电厂烟气CO2捕获等反应过程的模拟。     

O2/CO2气氛煤粉燃烧特性试验研究

O2/CO2燃烧技术是一种可分离回收CO2的新型燃烧技术，其燃烧机理与常规空气气氛燃烧存在着较大的差异。为此，该文在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(j(O2)=21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验，确定了3种煤粉的燃烧特征参数及综合燃烧性能指数。试验结果表明，O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同，相同O2浓度的条件下，O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低，燃尽时间长。在O2/CO2气氛下随着O2浓度的增加，燃烧DTG曲线向低温区偏移，着火温度及燃尽温度降低，燃尽时间缩短，煤粉综合燃烧特性指数增大，表明提高O2浓度可改善O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性。     

基于常压TGA的煤焦-CO2加压反应动力学数据求解

采用NETZSCHSTA449F3同步热分析仪进行煤焦－CO2反应热重实验,气体总压保持0．1MPa,CO2分压分别为0．017MPa、0．042MPa、0．058MPa、0．100MPa,通过n级速率方程和Langmuir—Hinshelwood（LH）速率方程拟合实验结果,合理推导至加压工况,获得加压情况下的反应动力学参数,并利用拟合公式进行较大温度和气体分压范围内任意工况下不同煤种的煤焦－CO2气化反应活性比较。LH速率方程可更精确地描述CO2分压的影响。CO2分压对反应速度的影响程度随分压的升高而降低,温度对煤焦－CO2气化反应活性的影响程度大于CO2分压。煤种的化学反应活性在不同的温度和CO2分压下强弱次序不完全一致,不能采用某一特定工况下的结果统一概括。