碳酸二乙酯吸收CO_2的性能评价

全球CO_2减排的要求日益严峻,碳捕集成本较高,迫切需要开发高效率、低成本的捕集技术。碳酸二乙酯(DEC)是一种新型高效的CO_2吸收溶剂,今采用恒定溶剂法测定282.79~302.69 K下CO_2在DEC中的溶解度,并采用Prausnitz-Shair法、分子连接性指数(MCI)和PR状态方程法对其进行了预测;通过与碳酸二甲酯(DMC)的相平衡数据对比,发现相同温度下,DEC的亨利系数小于DMC。采用连续吸收-解吸实验对DEC吸收CO_2效果进行综合评价,通过研究液气比、吸收温度、解吸温度(采用加热解吸)和N_2流量(采用气提解吸)对CO_2吸收率的影响,探索出最佳操作条件;并与DMC的实验结果进行对比,发现采用N_2气提解吸,DEC系统成本明显低于DMC。加热解吸能耗高,气提解吸溶剂损失大,因而探索了一种通过压缩、冷凝进行解吸的新流程,经模拟计算,发现其流程简单,系统成本比加热解吸少,但比气提解吸多;与DMC结果进行对比,发现DEC优于DMC。结果表明,DEC是一种比较有潜力的CO_2吸收溶剂。     

气液两相流强化气隙式膜蒸馏脱盐实验及CFD模拟

针对管状煤基炭膜气隙式膜蒸馏过程通量低的问题,进行膜蒸馏氯化钠溶液气液两相流强化实验及CFD模拟研究,探讨两相流流型和气含率对强化过程的影响。实验结果表明:N2流量对渗透通量影响的模拟结果与实验结果吻合较好。当进料流量为40 L×hh~(-1)、N2流量为50 L×h~(-1) (气含率0.56)时,对应团状流,此时强化传质效果最好。模拟结果中强化过程的膜壁剪应力(约1.77 N×m~(-2))明显大于无强化过程(约0.015 N×m~(-2))。流动方向上,经强化后大小与方向均变化的剪应力可增强对料液的扰动进而增大渗透通量,也可降低膜污染与浓度极化程度进而延长操作时间。气含率不大于0.56b (泡状流、塞状流与团状流)时,随着气含率增大,气泡群对料液的扰动作用增强,强化传质效果变好;气含率大于0.56 (乳沫流与环状流)后,两相间出现较为明显且稳定的界面,扰动作用相比团状流时变差。利用CFD方法模拟得到的膜壁剪应力、气液两相流型、速度分布、湍流强度规律可用于定性分析两相流强化过程,为进一步探究该过程强化传质机理提供依据。     

微通道内醇胺水溶液吸收CO2的压力降研究

采用高速摄像仪对400μm×400μm T型微通道内N-甲基二乙醇胺(MDEA)与单乙醇胺(MEA)混合醇胺水溶液(含0.2%SDS)吸收CO_2过程的气液两相流压力降进行了实验研究。观测到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流流型。考察了弹状流型下气液两相流流量、醇胺溶液浓度、气液雷诺数与增强因子对压力降的影响。结果表明:压力降随着气液两相流量、气液雷诺数及增强因子的增大而增大。当Q_G﹥80 mL/h时,压力降随醇胺浓度的增大而减小。以分相流模型为基础,提出了微通道内伴有化学吸收的气液两相流压力降预测模型,平均偏差为8.46%,模型计算值与实验值吻合良好。     

添加剂对超声解吸柠檬酸盐溶液中SO2的影响

将超声波作为外场引入柠檬酸钠缓冲溶液中脱除SO2的过程是一项新的尝试. 本工作从超声波作用特点及溶液性质出发,探讨了超声解吸柠檬酸钠溶液中SO2的机理以及添加剂(表面活性剂和惰性气体)对解吸过程的影响,并通过实验研究进行了对比性验证. 结果表明,十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基三甲基氯化铵均能显著降低柠檬酸钠溶液的表面张力,添加表面活性剂对超声解吸SO2具有一定的促进作用,其中十二烷基硫酸钠的效果较好;当表面活性剂浓度大于0.1 g/L时,溶液表面张力几乎不变,SO2解吸率增加缓慢;在解吸体系中通入少量的惰性气体也能提高超声解吸SO2的效率,解吸率比无惰性气体存在时提高20%.     

新型MDEA-TETA混合胺解吸CO_2的动力学研究

以新型MDEA-TETA混合胺为吸收剂,研究CO_2解吸的动力学,计算解吸反应的级数、活化能及指前因子,并探讨温度和溶液组成对CO_2解吸速率的影响。结果表明,新型MDEA-TETA吸收剂解吸CO_2可分为2个阶段,且均为准一级反应,解吸过程的液相阶段为整个解吸过程的控制阶段。TETA的存在能够降低解吸CO_2反应的活化能,使解吸速率加快。相同浓度配比条件下,随着解吸温度的增高,混合胺溶液的CO_2解吸速率增加。温度在90—100℃,浓度配比c(MDEA)∶c(TETA)=2.7∶0.3时CO_2的解吸效果最佳。     

环丁砜对乙醇胺溶液吸收和解吸CO_2的影响

利用物理溶剂环丁砜替代部分水,采用气液搅拌实验装置和真实热流量热法测定了环丁砜对乙醇胺(MEA)溶液吸收和解吸二氧化碳(CO_2)过程的影响,考察了CO_2循环负载、吸收速率、吸收热和解吸热等性质变化。研究表明:环丁砜对MEA溶液负载CO_2的吸收热影响较小,但对吸收速率、循环吸收容量和解吸过程影响较大。环丁砜可降低MEA溶液对CO_2的表观吸收速率,且随CO_2负载量的增大,降幅也逐渐变大。环丁砜有利于富液解吸过程,加快解吸速率,增大CO_2解吸程度,同时单位热流负荷、单位冷流负荷和单位能耗均有不同程度的降低。在燃煤电厂烟气条件下,20%MEA+20%sulfolane体系相对20%MEA体系,其表观吸收速率平均降低约10%,CO_2循环吸收容量增加24%,单位CO_2解吸能耗降低18%。     

弯曲型微通道吸收CO_2/N_2混合气的传质性能

研究了T型多弯头微通道吸收CO_2过程中气-液两相流以及传质特性,混合气相组成为5%(V)CO_2和95%(V)N_2,液相组分分别为去离子水、0.5 mol?L~(-1)氢氧化钠水溶液和0.5 mol?L~(-1)二乙醇胺水溶液。利用高速摄像系统观测了微通道内入口处以及主通道内的气-液两相流的流型,得到气液两相流的流型分布图,确定了泰勒流的操作范围,以及泰勒流下不同气液相流量操作状况下气泡长度和液弹长度。考察了不同吸收剂(去离子水,氢氧化钠水溶液和二乙醇胺水溶液)在弯曲型微通道泰勒流吸收CO_2的传质行为,最终测定了微通道泰勒流吸收CO_2物理和化学过程的CO_2的吸收率和液相体积传质系数,并与文献中的液相体积传质系数进行分析和比较。针对物理吸收和快速化学吸收过程,分别提出了能更好预测液相体积侧传质系数的无因次经验关联式,平均偏差分别为12.4%和10.5%。     

基于流型的文丘里管二相流量测量方法

为了准确测量气液二相流流量,将James流量公式作为典型公式,通过对其测量结果分析,发现二相流动分为2大类,一类为泡状流、塞状流和弥散泡状流,另一类为弹状流和环状流。在流型识别的基础上,得到针对流型的流量测量修正关系式,修正后测量误差的均方根由修正前的0.174减小为0.042。试验结果表明,针对流型的流量测量可以有效提高测量精度,同时二相流波动系数与流量测量精度有关,随着二相流波动系数的增大,流量测量精度下降。     

水平光滑细管内R32冷凝换热的流型特性

采用可视化的方法,对流体R32在内径2 mm 的水平光滑圆管内冷凝换热的流型进行了观测实验,实验设定的流体饱和温度为40℃,质量流量分别为100、200、400 kg·m^-2·s^-1。观测到的主要流型为塞状流、弹状流、环波状流和环状流。通过实验观察,发现随着流量的增加环状流的流型区域增加,流型由环波状流转换成间歇流的干度推迟,其分界线为一条斜线,主要是由于随着流量的增大,气液表面剪切力增大促进了环波状流的形成。借鉴量纲1准则数提出间歇流与环波状流分界线公式。将实验值与其他5种流型模型进行了对比分析,发现只有与Yang-Shieh模型比较吻合。     

气液两相流流量变化瞬态特性

在气液混输管线中常发生流量变化引发的瞬态过程,在大型多相流实验环道上进行了流量变化的瞬态实验.气量突增产生压力过增量,它的产生与流型有关：分层流的过增量是由于气体的惯性;在气团流和段塞流下则是由于气体压缩性和液体惯性的联合作用.气量突降时,膨胀波沿程传播.气量变化的瞬态过程可能出现对应准稳态变化没有出现的流型.与气量突变相比,液量突变引起的压力和流型变化较平缓,瞬态效应小.流量变化后产生沿线传播的压力波和空隙波,二者与流型相关,决定瞬态过程的发展.压力变化的传播速度在气量变化时等于声速,在液量变化时等于空隙波波速.     

入口流速对间断微通道内流型演变及流量分配特性影响

微通道内气液两相流动规律是影响微通道换热器换热系数和流场温度均匀性的主要因素。以N2和H2O为工质，对间断、并联矩形微通道换热器内气液两相流型的起始、发展、稳定过程的演化以及并联通道内流量分配不均匀特性进行了数值模拟研究。结果表明，不同的进口Re对微通道内流型的演变过程和流动周期有重要影响，当进口Re为450时，气相工质在均流腔内以离散的散团状形态脉动扩散至微通道中，并联通道内气相工质从弹状流型态逐渐转变为泡状流型态；当进口Re增至为1600时，气相工质在均流腔内以较连续的椭圆状型态扩散至微通道中，并联通道内气相工质从环状流型态逐渐转变为泡状流型态。通道结构还将影响并联通道间的流量分配的均匀性，间断微腔的存在使微通道内工质质量流量分布均匀性提升38.7%，通过研究通道内压力分布规律，发现通道内静压的分布不均匀是导致两相工质从均流腔进入微通道时发生不均匀分配的重要原因。     

低温甲醇洗系统酸性气解吸工艺技术改造

针对低温甲醇洗系统酸性气解吸过程中存在的问题,提出相应技术改造方案。通过提高甲醇吸收量、降低闪蒸压力,可有效降低燃料气中CO_2、H_2S含量;提高气提氮气量,可以降低CH_4、CO、H_2等有效组分向大气中的排放量。改造后取得较好经济效益。     

真空膜蒸馏海水淡化过程的强化研究

采用气液两相流技术对管状炭膜真空膜蒸馏模拟海水淡化过程进行强化研究。纯水物系和NaC l水溶液的气液两相流强化实验中,相比未通气体时通量分别增加了29%~35%和16%~66%。气体流量、渗透侧真空度和膜组件放置方式对两相流膜蒸馏过程通量的影响结果表明:气液体积流量之比在(1~2)∶1时两相流强化效果最佳;通量随着渗透侧真空度的增大而增大,且气液两相流操作在较小真空度时通量增加的幅度大于较大真空度时;膜组件的放置方式对通量影响较大,相对于水平放置时,膜管竖直放置时的通量较大,最大可达水平放置时的131%左右。     

水平气液两相流流型图像信息递归特征分析

采用高速摄像机在气液两相流实验台上拍摄各种典型流型的流动时频,将单帧图像提取信息熵组成时间序列。对信息熵时间序列进行WVD分析,对气液两相流几种典型流型以及过渡流型的演化轨迹进行解析。同时对序列进行了近年来较少用到的非线性混沌递归图分析（RP）,将其分析结果同WVD的分析结果进行对比,在对流型演化轨迹提出新的见解外也对WVD的分析结果进行验证。在分析后将100组不同流型的信息熵序列进行平均值计算,列出随气体体积流量增大的变化趋势图,进一步对流型信息熵与气流量的关系进行说明。最后讨论了气液两相流容积含气率与信息熵的关系。结果表明：流动图像的信息熵序列结合WVD与RP可以对气液两相流型演化轨迹进行很好表征。同时流型图像的信息熵能够对气液两相流各种流型的容积含气率进行表征,是一种有效的流型图像特征参数。     

气隙式膜蒸馏NaCl溶液的两相流强化

以膜蒸馏海水淡化为研究背景,采用气液两相流技术,对疏水改性管状陶瓷膜进行气隙式膜蒸馏模拟海水(NaCl溶液)强化实验研究。研究结果表明,在膜管内通入气体形成两相流后,去离子水和NaCl溶液的强化传质效率分别达到30.36%和28.57%。两相流过程强化影响因素的实验分别考察了料液温度、料液浓度和气体流量对渗透通量的影响,结果表明:在实验范围内,渗透通量随料液温度的升高而显著增大,且相比未通气体时增加了12%~44%;料液浓度增大导致渗透通量减小;气体的通入使得渗透通量增大,但当气体流量超过40L/h后,渗透通量却呈现缓慢下降的趋势;在体积气含率为0.5时的两相流强化效果最好,高速摄像仪拍摄到的现象很好地解释了该实验结果。研究结果将为进一步探究膜蒸馏强化过程的研究奠定基础。     

微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO_2的传质特性

采用高速摄像仪对微通道内离子液体/乙醇混合溶液吸收CO_2的传质行为进行了实验研究。考察了弹状流型下气液两相流量比和离子液体浓度对液侧体积传质系数kLa和液侧传质系数kL的影响。当离子液体浓度不变时,kLa、kL均随气液流量比的升高而增大并逐渐趋于恒定。当液相流量不变时,对于不同浓度的离子液体溶液,液侧体积传质系数kLa和液侧传质系数kL随气液流量比的变化曲线出现了交叉点。在交叉点之前,kLa和kL均随着离子液体浓度的增大而减小;在交叉点之后,kLa和kL均随着离子液体浓度的增大而增大。提出了用于预测液侧体积传质系数kLa的新的量纲1经验关联式,预测效果良好。     

水平管内多孔板后的气液两相流型可视化实验

多孔板后是否形成均匀分散的泡状流流型是影响多孔板废气吸收装置吸收效果的关键因素。以空气和水作为两相介质,对气液两相混合物在水平管内流经多孔板后形成的流型进行实验。通过孔径分别为2、3、4、5 mm的4只多孔板在内径98.5 mm水平有机玻璃管内的可视化流动及高速摄像,研究了孔径大小、气相流量变化及液相流量变化对多孔板后流型的影响规律。实验结果表明：水平管内插入多孔板后,分层/塞状流转变边界向液相流量增大方向推移,塞状/泡状流转变边界向液相流量减小方向推移;随气相流量减小或液相流量增大,多孔板后流型趋于形成泡状流;孔径大小对多孔板后流型具有重要影响,减小孔径使塞状/泡状流转变边界移向更大气相流量和更小液相流量,即形成泡状流的两相流量范围增大;随孔径减小,孔板后流型趋于由分层流直接过渡至泡状流,塞状流趋于消失。为保证多孔板吸收装置的良好流型和吸收效果,建议多孔板孔径不大于3 mm。     

二段式吸收塔强化水洗技术提纯沼气过程

压力水洗技术已成为提纯沼气的关键技术之一。采用填料吸收塔进行CO_2脱除实验研究,考察了液气比、吸收压力、吸收温度、CO_2初始含量、填料层高度对CO_2脱除率的影响,以及液气比、沼气流量对总体积吸收系数的影响,并运用填料塔与喷雾塔结合的二段式吸收塔进行压力水洗提纯沼气的过程强化实验。实验结果表明,吸收压力和液气比的增大、吸收温度的降低、填料层高度的增加有利于CO_2的脱除,体积总吸收系数随着液气比及沼气流量的增加而增大。二段式吸收塔能够提高CO_2吸收效果,当沼气处理量为10 L·min-1,填料层高度为100 cm,CO_2含量小于3%时,与填料塔相比二段式吸收塔可以减少约12%的吸收液用量,并且采用110 cm填料的二段式吸收塔获得最佳的提纯效果,CO_2脱除率达到97.4%。     

水平管降膜吸收局部传热传质特性的数值模拟

为分析滴状和柱状流型下纯水蒸气水平管外降膜吸收过程的局部传热传质特性,建立非稳态数值模型考虑吸收过程中降膜区和管间区内液相的实际流动特征及气液两相的传质,同时对多管排区域采用实际边界条件,且考虑气液两相的传热过程。溶液的液膜Reynolds数范围为11~38。结果表明,与文献实验对比,相同流量下溶液出口浓度和温度的平均相对误差在2%以内;滴状和柱状流型下,降膜区溶液的平均浓度和温度均迅速下降,管间区先上升后下降,降膜区溶液的局部吸收速率分别约为管间区的10倍和7倍;柱状流型下降膜区的吸收速率明显小于滴状流型,管间区相差很小;吸收达到稳定后,滴状流型下溶液的平均浓度和温度变化均大于柱状流型,四排管降膜区溶液的浓度变化量依次增大,温度变化量依次减小。     

多联产酸性气体脱除中影响二氧化碳解吸的因素分析及调节探讨

介绍以煤为原料生产尿素联产乙二醇项目概况、酸性气体脱除单元吸收及浓缩工序典型流程,分析该单元在三种不同工况运行时,需要解吸的CO_2气量及其影响因素,探讨CO_2吸收及解吸系统的优化调节措施,使其尽最大可能满足不同工况时多联产对CO_2气量的需求。