催化裂化烟气二氧化碳捕集实验的研究

石化企业为温室气体二氧化碳(CO_2)的主要排放源之一。针对石化企业的CO_2排放特点,介绍了有机胺吸收法脱除生产装置所排放的烟气中CO_2技术的现状及反应机理。在实验室中,进行了CO_2吸收与解吸的间歇实验和连续性实验。结果表明:甲基二乙醇胺(MDEA)、位阻胺及其复合吸收剂等具有较高的饱和吸收率;在40～70℃范围内,吸收温度对传统和新型复合吸收剂的吸收解吸性能影响较小;新型复合吸收剂具有更高的CO_2捕集率和解吸率,达到同样的解吸率,解吸温度降低5℃以上;对新型复合吸收剂,适宜的气液体积比(150～200),捕集率可达90%以上,净化气中CO_2含量1%。     

基于Aspen Plus的燃煤电厂CO_2捕集系统模拟分析

针对乙醇胺溶液(MEA)化学吸收法在实际应用中能耗高的问题,在分析传统MEA法CO_2捕集工艺基础上,提出由菲涅尔式太阳能热泵和燃煤机组烟气余热共同提供再生热量的CO_2捕集技术。利用Aspen Plus软件对新型MEA法CO_2捕集技术模拟分析,获得具有代表性的预测结果。结果表明新型MEA法CO_2捕集工艺可节约63.80%的热能,新型CO_2捕集系统再生塔内的温度分布曲线更为平滑,更有利于CO_2快速分离。     

新型有机胺CO2吸收剂的合成与表征

二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是针对大气CO_2含量增高导致的全球气候变暖而提出的全球性解决方案。有机胺吸收法作为经济与技术层面最成熟的技术,是实现二氧化碳捕集的重要工艺过程。设计并合成了一种水溶性低聚胺作为CO_2吸收剂,并对其结构进行了表征。同时利用核磁共振碳谱对其吸收与解吸收CO_2的能力进行了测试。测试结果表明:制备的水溶性低聚胺对CO_2有吸收-解吸收能力。     

醇胺法捕集高炉煤气CO2工艺吸收剂的优选

为推进碳达峰和碳中和,以高炉煤气碳捕集过程中常用的醇胺吸收剂(MEA,DEA,MDEA)为研究对象,应用Aspen Plus软件建立碳捕集模型,研究吸收剂流量、含量及再沸器热负荷对碳捕集率及解吸率的影响,比较分析不同吸收剂解吸CO_2后的再生能耗,筛选综合性能良好的吸收剂。结果表明:相同条件下,3种醇胺吸收剂的吸收性能和解吸性能各具优劣,吸收性能为MEADEAMDEA,解吸性能为DEAMDEAMEA;兼顾吸收与解吸性能的再生能耗,3种醇胺吸收剂对CO_2的吸收解吸综合性能为MEAMDEADEA;相较DEA和MDEA醇胺吸收剂,MEA醇胺吸收剂更适用在高炉煤气脱碳应用中。     

燃煤电厂中CO2的捕集

对燃煤电厂烟道气CO2的捕集进行了综述,并针对CO2的捕集方法(吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法)和燃煤电厂捕获技术工艺路线(如:燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、化学链燃烧技术及以煤制氢为核心的近零排放技术)进行了较为详尽的分析和讨论.     

多孔固体材料吸附CO2的研究进展

温室效应日渐显著,CO₂的捕集与储存（CCS）是一种潜力巨大的减排措施,其中吸附法捕集CO₂是最有前景的技术之一。多孔固体材料因其优异的CO₂吸附性能备受关注。针对吸附法脱除CO₂的研究进行综述,介绍了五种不同的吸附材料,总结了影响它们吸附CO₂的主要因素,以及改性后材料的吸附性能。结果表明,温度、压强、孔结构的改变会影响材料的物理吸附性能;还原改性、氧化改性和金属离子负载改性能够改变材料表面官能团的种类或者数量,提高了材料的CO₂吸附性能。     

燃煤电厂中ＣＯ２ 的捕集

对燃煤电厂烟道气ＣＯ２的捕集进行了综述,并针对ＣＯ２的捕集方法（吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法）和燃煤电厂捕获技术工艺路线（如：燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、化学链燃烧技术及以煤制氢为核心的近零排放技术）进行了较为详尽的分析和讨论．     

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.     

Li_2CuO_2高温吸附烟气CO_2的性能研究

煤燃烧过程中排放大量CO_2是造成气候变化的原因之一,高性能CO_2吸附剂的制备是实现烟气高温脱碳的关键。以Li_2CO_3,LiOH和LiNO_3为Li源利用固相合成法制备出3种不同的Li_2CuO_2吸附剂,用于高温燃煤烟气CO_2捕集。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对比分析3种Li_2CuO_2的微观结构特征,利用热重分析仪(TGA)考察吸附剂烟气低体积分数下的捕碳性能,结合一阶反应模型研究吸附剂动力学特性。研究发现,Li_2CO_3制备出的Li_2CuO_2纯度高,晶体和颗粒粒径小,表面Li富集,使吸附反应速率快、捕获容量高,且动力学常数大,化学吸附过程需要的活化焓低,对温度依赖性小,更利于CO_2吸收。因此,Li_2CuO_2可在烟气温度下直接捕获CO_2,是一种有潜力的高温捕碳吸附剂。     

活性炭捕集燃煤烟气中二氧化碳的模拟分析

为探究适合描述活性炭吸附CO₂的数学模型和蒸汽吹扫再生CO₂的固体吸附工艺,使用Aspen Adsorption模拟固定床动态吸附烟气中CO₂的过程.模拟与实验的穿透曲线的对比表明,与采用纯组分吸附、Particle MB传质模型得到的模拟结果相比,采用理想吸附-线性阻力模型（IAS-LDF组合模型）得到的模拟结果与实验数据的一致性更高.建立完整变温吸附模型,使用高温蒸汽和吸附后烟气分别加热和冷却再生床,分析吹扫温度、吸附/脱附时间对CO₂捕集率、产品纯度和分离能耗的影响.结果表明,提高吹扫温度能够较大地提升捕集率,并且需要增加的能耗较少,但是对产品纯度的提升较小.当吸附/脱附时间为2~4 min时,吹扫温度从100℃升到200℃,捕集率平均提高了11.1%,能耗提升了13.9%,产品纯度仅平均提高了1.7%.提高吸附/脱附时间能够显著提升产品纯度,但是会降低捕集率和增加较多的能耗.在100~200℃吹扫温度下,吸附/脱附时间从2 min增加到4 min,产品纯度平均提升了13.6%,CO₂捕集率平均下降了4.8%,能耗提升了43.1%.     

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。     

功能型离子液体制备及应用的试验研究

综述了离子液体的制备方法及辅助合成手段的研究进展,包括一步合成法、两步合成法、微波合成法、超声波合成法,并介绍了其在CO_2,SO_2,NO_x及重金属Hg等多种污染物联合脱除技术中的应用.     

煤电机组应对二氧化碳减排的策略

美国环保署要求,新建燃煤电厂的CO_2排放限值为年平均发电碳排放强度不大于635 kg/MWh。其建议的"减排最佳系统"(BSER)技术路线为:对部分烟气量进行碳捕捉、运输和储存(CCS)。由于CCS存在成本、安全性和地质储存条件苛刻等短板,可采用非CCS的煤电机组碳减排策略,即进一步提高超超临界机组的热效率、采用冷热电联供、燃煤耦合生物质发电等3种技术路线。对这些技术路线满足美国碳排放限值的技术现状、前景和条件进行分析后,得出了当前的技术水平下采用冷热电联供或燃煤耦合生物质发电是两个可行且经济的手段,而进一步提高超超临界机组的热效率也具有现实可行性的结论。     

规整填料内乙醇胺吸收CO2的计算流体力学模拟

为模拟规整填料单元内乙醇胺吸收烟气二氧化碳的过程,利用计算流体力学(CFD),考虑包含化学反应气液质量传递过程,建立伴有二级化学反应的气液两相流动模型.通过改变吸收过程的操作条件,如气液入口流量比、CO_2入口质量分数、乙醇胺入口摩尔分数、压强等,分析吸收塔规整填料单元内碳捕捉过程的影响因素.CFD模拟结果表明:CO_2吸收率随乙醇胺浓度与压强的增大而升高;随烟气CO_2浓度与气液流量比的增大而下降;对各影响因素影响定量排序,乙醇胺浓度对吸收效率影响最突出,其次依次是CO_2入口浓度、气液入口流量比、压强.模拟与试验结果相吻合,得出了相应的最优参数.     

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)     

膜法捕集CO2时的系统传质系数研究

在膜接触器实验装置上,研究了以一乙醇胺（MEA）为吸收液,捕集CO₂时的试验性能.考察了混合气浓度、气液流速和溶液再生等因素对CO₂传质系数的影响.结果表明:提高吸收液或者烟气流量,可提高总传质系数,而增加进口烟气中的CO₂浓度会导致总传质系数的降低;由于溶液再生时溶剂有所损失,使得再生溶液的传质效果要小于原液.     

Research and application of CO<Subscript>2</Subscript> refrigeration and heat pump cycle

The environmental problem caused by refrigerant has become the focus all over the world. As the most typical natural refrigerant, CO₂, of course, becomes the research focus. This paper introduces the development and application status of CO₂ refrigeration and heat pump technology. The researches on CO₂ refrigeration and heat pump, carried out by Thermal Energy Research Institute, Tianjin University, also are presented in this paper. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50676064, 50506019) and the National Hi-Tech Research and Development Program of China (“863” Project) (Grant No. 2007AA05Z262)     

Composite rock-breaking of high-pressure CO2 jet & polycrystalline-diamond-compact (PDC) cutter using a coupled SPH/FEM model

CO₂ drilling is a promising underbalance drilling technology with great advantages, such as lower cutting force, intense cooling and excellent lubrication. However, in the underbalance drilling, the mechanism of the coupling CO₂ jet and polycrystalline-diamond-compact (PDC) cutter are still unclear. Whereby, we established a coupled smoothed particle hydrodynamics/finite element method (SPH/FEM) model to simulate the composite rock-breaking of high-pressure CO₂ jet & PDC cutter. Combined with the experimental research results, the mechanism of composite rock-breaking is studied from the perspectives of rock stress field, cutting force and jet field. The results show that the composite rock-breaking can effectively relieve the influence of vibration and shock on PDC cutter. Meanwhile, the high-pressure CO₂ jet has a positive effect on carrying rock debris, which can effectively reduce the temperature rising and the thermal wear of the PDC cutter. In addition, the effects of CO₂ jet parameters on composite rock-breaking were studied, such as jet impact velocity, nozzle diameter, jet injection angle and impact distance. The studies show that when the impact velocity of the CO₂ jet is greater than 250 m/s, the CO₂ jet could quickly break the rock. It is found that the optimal range of nozzle diameter is 1.5–2.5 mm, the best injection angle of CO₂ jet is 60°, the optimal impact distance is 10 times the nozzle diameter. The above studies could provide theoretical supports and technical guidance for composite rock-breaking, which is useful for the CO₂ underbalance drilling and drill bit design.