微细通道内CO2流动沸腾换热数值模拟分析

为了研究CO₂工质在微细通道内流动沸腾换热特性,采用Fluent软件建立模型,通过给定边界条件模拟分析了CO₂沸腾换热,与已有的换热关联式进行对比分析.结果表明：低干度下的相对误差在15%以内,验证了模型的准确性.根据液相容积分配图,在低干度条件下,随着饱和温度和热流密度的增大,通道内气泡的数量增多,尺寸明显增大,说明CO₂沸腾换热系数增大;质量流速对沸腾换热系数的影响较小,从而也说明了在低干度区,CO₂核态沸腾机理占主导地位.     

气相Ｆ 因子对规整填料内液膜流动的影响

采用ＣＦＤ数值模拟方法研究规整填料内液相参数改变时气相Ｆ 因子对气液两相流体动力 学的影响,建立基于流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ并与Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和ＶＯＦ方法相结合的二维 模型,湍流结构模拟采用ＲＮＧ　Ｋ－ε 模型．对Ｍｅｌｌａｐａｋ　２５０Ｙ型金属板波纹填料在不同液相流量和 表面张力下气相Ｆ 因子对液膜流体动力学的影响进行模拟分析,并与文献实验结果对比验证．结 果表明：不同液相参数下,受气相Ｆ 因子的影响,液膜逐渐由稳定流动变为液滴;持液量随流量的 增大而增加,随表面张力的增加先增大后减小;当流量超过临界值时,有效传质面积突然增大,而有 效传质面积随表面张力的增加而持续增大;受气相Ｆ 因子和液相参数的影响,速度分布Ｖｙ 存在临 界值,当液相参数大于临界值时Ｖｙ 波动较大,液面变化较大．     

氨法烟气CO2捕集工艺二次污染控制研究

以低温烟气CO2捕集工艺含氨废气废水污染控制为目的,提出以废水替代循环洗水的2级脱氨和分级精馏技术方案.计算绘制了低温低浓度NH3-CO2-H2O气液平衡曲线图,进行了NH3与CO2同时吸收传质分析和参 数预测,结果表明不需增加精馏能耗即可同时达到尾气NH3含量＜10 mg/m3和废水氨浓度＜ 15 mg/L的污染控制标准.     

钢铁工业CO2的排放现状及主要的捕集方法

简要讨论了目前CO2等温室气体的危害、钢铁工业CO2的排放现状及来源,并针对我国钢铁行业的发展状况,分析了温室气体CO2的捕集方法.     

多维度视角下CO2捕集利用与封存技术的代际演变与预设

“双碳”目标背景下,亟需深刻了解二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术及其未来在中国发展的前景,从时间、空间以及技术链三个维度对CCS的历史演变、现状以及未来走向进行总结与展望很有必要（意义重大、）。时间维度上,从1950年至2050年,可划分为技术孕育阶段（1950~1980年）、诞生与发展阶段（1980~1995年）、研发与示范阶段（1995~2020年）、实施阶段（2020~2030年）以及商业化阶段（2030~2050年）。空间维度上,CCUS技术水平处于领先地位的国家主要分布在发展时间较长、整体研发水平较高的北美和欧洲地区,此外,中国、澳大利亚,沙特阿拉伯和巴西也进入了先进行列。技术链方面,CCUS技术代际可划分为三个。在捕集环节,第一代捕集技术可应用于电厂;第二代捕集技术面向电力与工业应用;第三代能耗、运行成本以及维护费用均能降低至第一代的50%左右。在输送环节,第一代CO2输送技术突破流动、扩散规律,腐蚀材料控制,泄漏影响评估,监测报告核实工具等;第二代CO2输送技术集中于大规模管网开发、标准规范制定;第三代可应用于大规模国家和国际管网。在封存环节,第一代优先发展地质封存共性技术;第二代针对安全监测、风险管理优化;第三代侧重完整监测与补救措施。目前,我国CCUS总体水平处于研发和示范的初期阶段,与其它领先水平国家存在一定差距,应加强CCUS领域的国际合作与交流,引进和学习国外CCUS核心技术和实践工程经验,为未来我国大规模全流程CCUS项目的实施做好准备和铺垫。     

氨法捕集燃煤电厂烟道气中CO2的试验研究

通过氨法-塔式捕集吸收CO2新工艺中试装置,系统研究了氨法捕集燃煤电厂烟道气中氨水浓度、CO2的浓度和系统反应温度对CO2脱除率的影响,对反应产品按照国标进行了氮元素定量检测和XRD定性分析,研究了氨水吸收CO2的动力学行为,结果表明:本中试装置脱碳效率一般在84%以上,当氨水的质量浓度达到8%,燃煤电厂烟道气中CO2浓度为14.98%,反应温度为32℃时,脱碳效率可达93.2%,为氨法-塔式捕集吸收CO2新工艺的工业化奠定了基础.     

基于㶲方法的CO2捕集系统的热经济性评价

针对CO₂捕集系统, 提出了体现能量的质的评价指标——耗率.解吸耗率是解吸过程的过程性评价指标, 直接反映了解吸过程工艺和设备能耗水平.抽汽耗率是CO2捕集系统的综合性评价指标, 能合理全面地评价捕集系统蒸汽能量利用的程度.引入的减温效率衡量了抽汽在减温过程中可用能的有效利用程度.     

固胺负载SBA-15的石墨烯改性及其CO2吸附性能

为了提高固胺负载SBA-15的CO₂吸附性能及稳定性,推进其在燃烧后CO₂捕集中的实际应用,采用湿法浸渍制备新型石墨烯掺杂超支链聚合物(HBP)负载SBA-15(G/SBA-15/HBP)固胺负载吸附剂用于CO₂捕集.通过SEM、TEM、N2吸附、XRD、FTIR对吸附剂的微观结构和化学组成进行表征,研究分析HBP负载量、吸附温度和脱附温度对CO₂吸附性能的影响并优化反应条件,探讨石墨烯改性前、后吸附剂的热稳定性和循环性能.结果表明,当HBP负载量达到50%时,G/SBA-15/HBP的CO₂吸附量为1.50 mmol/g,相较传统SBA-15/HBP提升了51.51%.石墨烯掺杂能减少颗粒团聚,有利于气体扩散;增加载体12%比表面积及31%孔隙容积,有利于负载HBP的均匀分散,暴露更多的吸附位点.石墨烯掺杂提升了固胺负载吸附剂的热稳定性,提高了吸附剂的使用寿命及循环稳定性.     

金属-石墨烯复合物吸附活化CO2的第一性原理

在光催化CO₂的反应体系中,CO₂的吸附活化是一个关键步骤;不同的活化方式和CO₂的活化态决定了其反应路线和最终产物．以金属-石墨烯体系为研究对象,采用密度泛函理论方法,结合局域密度近似(LDA)和PWC泛函,计算该体系在CO₂吸附前后的几何结构、能量、电荷分布和态密度等的变化．结果表明:电子从金属-石墨烯体系转移到CO₂,使CO₂带负电并活化;其中Cu-G体系对CO₂的活化效果最好,C—O键长分别增加6和14 pm,O—C—O键角减小为122°;金属原子簇和石墨烯的第一电离能和电子亲和势对电子的转移起决定性作用,金属原子簇电子亲和势比石墨烯第一电离能越大,电荷越易从石墨烯转移到金属原子簇．     

三峡库区低水位运行期库尾支流筑坝对其水体CO2分压及排放的影响

为探究三峡库区低水位运行期间库尾支流河坝对其上下游水体CO₂分压、水气界面扩散通量的影响,于2019年8月对三峡库区库尾典型筑坝支流御临河进行采样研究。原位测定关键理化环境因子,采用顶空平衡法,结合亨利定律和薄边界层理论计算水体CO₂分压（p_CO2）及水气界面扩散通量（Flux（CO₂））。结果表明,库区低水位运行期御临河水体表层p_CO2为54.55~336.73 Pa,均值为206.68 Pa,Flux（CO₂）为1.65~67.84 mmol/（m²·d）,均值为39.01 mmol/（m²·d）,表现为大气CO₂排放源排放水平显著高于三峡库区中下游支流。御临河受其下游筑坝影响,河坝上游较近河段表现为湖泊型水体（流速v<0.05 m/s）,上游较远河段和下游表现为过渡型水体（v=0.05~0.2 m/s）。湖泊型水体p_CO2和Flux（CO₂）显著低于过渡型水体,且p_CO2随水深增加迅速增大。相关性分析及多元逐步回归分析表明,库区低水位运行期御临河p_CO2及Flux（CO₂）受水温、pH、DO、Chl-a等理化环境指标影响显著,Chl-a是影响p_CO2的最主要因素,p_CO2是影响Flux（CO₂）的最主要因素。     

强化吸附捕获烟气二氧化碳的方法及模拟

为提高吸附捕获烟气CO2的吸脱附率,在分析了吸脱附各影响因素和吸脱附过程热效应的基础上,设计并提出在吸附器外设置套管的套管式吸附器,建立套管式吸附器的数学模型并进行求解,模拟计算了套管内通入不同温度水时,吸附器的吸附量和脱附率.研究结果表明,本文提出的套管式吸附器能够强化吸附捕获烟气中的CO2.     

二氧化碳管道运输系统优化模型及其应用

二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)作为能够实现煤化工行业温室气体大规模减排的前沿技术,已成为当前研究热点.而管道运输是该技术得以实施的关键环节,高昂运输成本是影响该技术大规模推广的主要因素.因此,通过开发煤化工二氧化碳(CO_2)捕集压缩、管道运输系统优化模型,实现CO_2管道运输系统内关键环节的工艺和技术优化配置,降低捕集压缩、运输及注入整个系统的总成本.将模型初步应用于陕西延长榆林煤化工CCUS项目,结果表明:当封存区域CO_2封存需求量小,而且能够在封存现场提供方便的液化压缩设备时,榆林能化煤化工企业可以采用气相压缩输送方案,并结合封存地点液化加压注入;对于大规模CO_2封存及运输需求时,推荐超临界/密相CO_2输送,能够有效减少封存区再次加压环节的成本,从而使整个流程更为经济.     

CO2做低渗气藏储气库垫层的气水边界稳定性分析

将低渗透枯竭气藏改建为地下储气库的关键问题之一是气水界面的稳定性.为分析以CO_2做垫层气的低渗透气藏改建储气库在扩容建库和季节调峰时气水界面的稳定运移,根据枯竭气藏储层的特点,建立基于低渗透微裂缝储层的双重孔隙介质模型.以中原油田文23改建储气库的地下储层为研究对象,讨论扩容建库时CO_2垫层气的注入方式对气水界面稳定性的影响,以及储气库季节调峰时气水界面的运移特性.研究表明:在扩容建库阶段,CO_2连续注气驱水能快速扩容,但降低了气水界面和储层内压力场稳定性;间歇注气扩容方式在4个周期后扩容速率降低了4.8%,但更好地保证气水界面的稳定运移和储层内压力场的稳定;在季节调峰阶段,溶解态和超临界态CO_2的相互转换更好地保证气水边界和储层内压力场的稳定,同时提高储层空间利用率.     

在用机动车基于台架试验CO2排放因子研究

本研究选取14辆中国目前常用的在用轻型和重型机动车,利用底盘测功机,分别在WLTC (世界轻型车测试程序)和C-WTVC(中国重型商用车辆瞬态循环)工况的冷启动程序下,测试CO₂排放因子,同时研究了相应的油耗,并比较不同的影响因素.结果表明：机动车CO₂排放因子受到排量、冷热启动、燃料和驾驶路段的影响;机动车在城市路段冷启动条件下油耗最高,导致CO₂排放因子更高,比全工况冷启动和城市路段热启动条件下分别高出了26.6%～199.7%和8.3%～35.5%;高排量重型柴油货车在市区油耗更高,导致CO₂排放因子大幅增加,因此禁止大排量重型柴油货车进入市区能有效控制CO₂排放;使用液化石油气替代燃油会降低机动车CO₂的排放,液化石油气公交车和出租车在城市路段的CO₂排放分别降低37.2%和12.1%,而高速路段则分别降低51.8%和20.3%;当前更为符合道路实际的WLTC工况依旧会对中国实际道路轻型机动车CO₂排放因...     

钙基吸附剂的改性

综合了6种钙基吸附剂的改性方法,分别为:加入有机酸;加入氯化氢;添加高熔点的金属氧化物,如MgO和MnO_2;在煅烧和碳酸化阶段加入蒸汽;通过高强度的声波脉;燃烧生物柴油的副产品。分析了6种方法的优缺点,研究了提高钙基吸附剂循环捕集CO_2能力的方法。     

碟片填料旋转填充床模拟烟气脱硫及气阻

一种利用离心力强化传质的新型旋转填充反应器以孔型碟片为填料用清水4吸收模拟烟气中的二氧化硫时的脱硫率达75％以上,用于模拟烟气脱硫也取得了很好的效果,而且气阻也很低。     

Experimental Study on Enhancement of Bubble Absorption of Gaseous CO2 with Nanofluids in Ammonia

纳米颗粒强化氨水鼓泡吸收CO₂实验研究

方立军,刘洪锟,边岩,刘玉东,杨亚利

（华北电力大学（保定） 能源动力与机械工程学院）

研究目的：

探究纳米颗粒对鼓泡塔氨法吸收二氧化碳的强化作用

研究方法：

（1）试剂：氨水,质量分数为25%-28%,天津化工有限公司生产;二氧化碳气体,纯度为99.99%,氮气,99.99%,保定北方特种气体有限公司生产;纳米颗粒（SiO₂、TiO₂、CuO）,由南京埃普瑞纳米材料有限公司提供。

（2）本文纳米流体的制备方法采用的是“两步法”,首先用天平准确称取所需的纳米TiO₂、CuO、SiO₂,量取所需要的蒸馏水,然后通过机械分散20分钟,加入一定量的氨水,继续机械分散10分钟制备为不同质量分数的纳米流体,纳米流体的分散稳定性良好。

（3）实验系统：纳米颗粒强化氨水鼓泡吸收CO₂实验系统如图所示,主要包括鼓泡吸收塔、烟气配送系统、尾气测量处理系统。

实验步骤：

（1）实验前先计算出配制纳米流体所需的纳米颗粒、氨水、蒸馏水的量,用电子秤称出纳米颗粒的质量,将其加入到蒸馏水中,机械搅拌20min,加入一定量的氨水,继续机械分散10分钟制备为不同质量分数的纳米流体;

（2）打开分析仪预热30min,开通N2对整个系统进行吹扫,待CO2烟气分析仪示数降为0时。按照比例将氮气与二氧化碳充入混合瓶,混合均匀后通入分析仪,待示数达到预设值且稳定;

（3）将配制好的纳米流体加入到反应塔内,开始计数,每5s计数一次,待示数不再降低,停止计数。

为减少偶然误差带来的影响,每组实验均进行5次,然后取其平均值。为减少氨水浓度对本实验的影响,每次实验都要测量配制好的溶液的pH值,保证初始溶液具有相同pH值。

结果：

（1）纳米颗粒种类和固含量对增强因子的影响

对氨水质量分数为1%,CuO、TiO₂、SiO₂颗粒添加量分别为1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L的纳米流体进行鼓泡吸收实验,增强因子如图所示：

增强因子与纳米颗粒种类的关系

从图中可以看到只有添加TiO₂这一种纳米颗粒时,其增强因子一直大于1;添加SiO₂ 纳米颗粒,只有在1g/L、2g/L时,增强因子略大于1,其他添加量则小于1;添加CuO 纳米颗粒,其增强因子始终在1左右徘徊,没有出现出明显的增强或抑制作用。

（2） 氨水浓度对增强因子的影响

从图中可以看出,不同氨水浓度下,增强因子的变化趋势随固含量的增加先升高后降低。但是,它们的最佳固含量不同,随着氨水浓度的升高,最佳固含量降低。

（3） 纳米颗粒种类对脱除率的影响

从图中可以看出,TiO2纳米流体的吸收率要大于空白溶液,CuO纳米流体的吸收率和空白溶液相同,而SiO2纳米流体的吸收率小于空白溶液。

（4）纳米颗粒添加量对脱除率的影响

从图中可以看出,脱除率随纳米颗粒添加量的增加先增高后降低,且脱除率一直大于空白溶液实验,在纳米颗粒添加量为3.0g/L时脱除率达到最大值。

结论：

（1）纳米颗粒的添加对于部分有化学反应气液传质过程具有强化作用,其强化作用与纳米颗粒和溶剂的性质有关;

（2）对气体溶质具有选择吸附性、增溶剂性的纳米颗粒可对有化学反应的气液传质过程有强化作用。其强化作用随着纳米颗粒添加量的增加先增大后减小,即纳米TiO2的含量对强化氨水捕集CO₂存在一个最佳固含量;

（3）对气体溶质没有吸附性但具有亲溶剂性的纳米颗粒可对有化学反应的气液传质过程有抑制作用。其抑制作用随着纳米颗粒添加量的增加而逐渐增强;

（4）纳米颗粒强化有化学反应的气液传质过程的机理可总结为,纳米颗粒在布朗运动的作用下会使吸收工质内部形成微对流,从而使分子扩散系数增大。纳米颗粒对气体溶质的吸附性,使传质边界层内气相溶质浓度降低,传质边界层内的浓度梯度增大,传质推动力增加,气体吸收得到强化。

关键词：纳米颗粒;鼓泡塔吸收;氨水;CO₂捕集;强化吸收

     

高浓度二氧化碳烟气辐射换热特性分析与计算

介绍了常规辐射特性计算方法、逐线计算方法和基于光谱法窄谱带模型的Leckner方法,采用Leckner方法对二氧化碳烟气辐射特性进行计算并与常规计算和逐线计算进行比较,结果表明由于范围限制常规方法不适用于高浓度二氧化碳烟气辐射特性计算,Leckner方法能保证足够精度,较之传统方法有着更广泛的适用范围,可用于高浓度二氧化碳烟气辐射特性计算;采用Leckner方法计算表明,在高浓度二氧化碳烟气中,发射率随烟气温度的增加而降低,随辐射层厚度的增加而升高。     

Fundamental study of CO<Subscript>2</Subscript> control technologies and policies in China

The technical roadmap and policies for CO₂ mitigation suitable for China are a common center of attention in the fields of energy, environment, and management science in the country. Emphasizing interaction between technical research and policy research, this work discovers the potential breakthrough in the integrated field. The technical difficulties of recovering CO₂ are pointed out, the mechanism of combining CO₂ recovery with energy conversion is investigated, and the basic principle for integrating an environmental-friendly energy system is discussed. Moreover, the formulation of a new energy system that can recover CO₂ with very low or even zero energy penalty is proposed, while the assessment methodology and model system for the technical roadmap of CO₂ emission control are developed. Finally, a new technical roadmap constructing an energy network suitable for China is proposed, which may provide a new way for the development of sustainable energy and environment technologies. Supported by the major international cooperation projects of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50520140517)