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%.     

中空纤维膜接触器捕集燃煤电厂烟气中CO2研究进展

以燃煤发电为主的基础能源电力行业是煤消耗大户和大型的CO₂固定排放源,通过捕集系统减少燃煤电厂CO₂排放是实现我国碳达峰和碳中和减排目标的重要途径之一。膜气吸收分离CO₂工艺同时具备了化学吸收法的高选择性和膜分离工艺结构紧凑的特点,是一种有望代替传统燃煤电厂烟气低浓度CO₂的分离方法。概述了膜气吸收法分离CO₂的主要工作原理,重点从吸收剂选择、膜材料分类、膜-溶剂交互作用机理和系统长周期运行稳定性4个方面介绍中空纤维膜接触器分离燃煤电厂烟气中CO₂的研究进展,最后对中空纤维膜接触器分离烟气CO₂工艺的发展趋势和应用挑战进行了展望。     

烟气成分对静电除尘器放电特性的影响

为了研究烟气中O₂、H₂O、CO₂体积分数变化对负电晕放电特性的影响机理,采用实验和数值模拟方法分析静电除尘器在不同气体成分下的伏安特性,应用COMSOL软件建立模拟烟气的电晕放电模型. 研究结果表明：当CO₂体积分数增大,O₂体积分数降低时,起晕电压增大,电流在低电压时与CO₂体积分数负相关,在高电压时正相关;当相对湿度增大时,起晕电压降低,电流在低电压时与相对湿度正相关,在高电压时负相关;当CO₂体积分数增大,O₂体积分数降低时,电子数量增大;当相对湿度增大时,空间中的负离子团数量增大,离子迁移率降低. CO₂体积分数和相对湿度增大,空间电荷密度增大,有利于增大扩散荷电量,从而提高细微颗粒物的脱除效率.     

流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

氨基酸盐吸收二氧化碳过程的传质特性

为了研究氨基酸盐吸收剂吸收CO2过程的传质特性,选取6种氨基酸盐吸收剂在湿壁塔反应器上进行CO2吸收试验,筛选出L-脯氨酸钾、甘氨酸钾、肌氨酸钾为吸收剂类型,研究不同吸收剂浓度、CO2负荷、吸收温度、湿壁塔内、总压力对吸收剂吸收CO2过程传质特性的影响.结果表明,吸收剂浓度和温度的升高,能够有效提高吸收剂液相传质系数,得到该3种氨基酸盐吸收剂吸收CO2的反应速率常数与温度的关系式;随着吸收剂负荷的升高,液相传质系数将逐渐降低;而湿壁塔内总压力的升高能够促进CO2的吸收.气相传质系数随着湿壁塔内总压力的升高逐渐降低,总压力为0.3 MPa时气相传质系数较0.1 MPa降低86%.     

高温高压CO2反应流动相变致裂机理

利用自主研制的气动力脉冲真三轴试验系统,开展了超临界CO₂热冲击致裂高强度混凝土块体试验,探究了热源功率、CO₂初始压力对热冲击破岩过程及裂隙损伤演化规律的影响,分析讨论了高温高压CO₂相变致裂过程及其裂纹扩展演化规律.充分考虑含能材料反应放热、CO₂相态变化、传热传质、瞬态非线性流动以及高压气体驱动损伤演化过程,建立了高温高压CO₂热冲击破岩的热-流-固-损伤(THMD)多场耦合模型,进一步分析了CO₂温度场、压力场以及损伤演化规律,揭示了高温高压CO₂反应流动相变致裂机理.研究结果表明：超临界CO₂热冲击致裂过程主要包括：高压气体瞬态释放产生应力波诱导型径向裂缝;相变膨胀的高温高压CO₂驱动径向优势裂缝扩展,并产生分支裂缝.其中气动力脉冲峰值压力和瞬时加载速率的增加有助于产生更多的径向裂缝,而CO₂初始压力和聚能剂含量的提高会使分支裂缝更容易形成.此外所建立模型的模...     

一步氨法净化铝电解烟气中氟盐的分离和转化（英文）

铝电解烟气中含有氟化物、二氧化硫和二氧化碳等多种污染物,对环境和人类都有危害。目前,对于铝电解烟气净化技术的研究未涉及碳资源的回收,为了解决这个问题,本文提出了一种铝电解烟气一步净化技术。它是一种实现氟化物、SO₂和CO₂的净化并将废气污染物转化为冰晶石和复合氨肥资源转化的技术,将铝电解烟气经一步氨法净化后的含氟化铵吸收液,通过加入氢氧化钠和氢氧化铝进行化学沉淀生成冰晶石。通过使用氟离子电极、XRD和SEM等分析和检测,获得了最佳操作参数：温度为70℃、搅拌速度为400 r/min、反应物浓度为0.5 mol/L、α_k(NaOH与Al(OH)₃的分子比)为3.1。     

超重力旋转填充床脱除CO_2体积传质系数的研究

超重力技术应用于有机胺溶液吸收CO2是一项突破性新技术,体积传质系数KGa是衡量填料塔性能高低的重要参数.建立了填料床中气液间体积传质模型,推导出体积传质系数的数学表达式,搭建了实验台以探究转子转速、气体流量、吸收液流量、温度变化对气液间体积传质系数的影响.实验结果表明,合适的工况条件对提高气液间的体积传质系数非常重要.     

与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统性能研究

提出一种与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统,利用室内回风作为再生空气、热泵冷凝热预热再生空气和再生溶液、冷冻水预冷除湿前溶液.建立了与实验数据具有良好吻合度的系统整体数学模型,模拟研究了系统再生侧热泵冷凝热分配比φ、再生空气回风比R_hf以及除湿侧冷冻水入口温度t_w,in的变化对系统性能的影响. 结果表明,随着φ的增加,系统的再生能力、除湿能力与性能系数均会下降. 随着R_hf增加,系统的除湿量和系统性能系数分别上升了30.95%和20.07%. 当t_w,in升高时,再生侧的调节能抑制系统除湿能力的进一步下降. 研究结果为溶液除湿空调系统的优化提供思路.     

操作参数对膜接触器捕集ＣＯ２性能的影响及优化研究

在膜接触器实验装置上,研究了一乙醇胺（MEA）溶液捕集混合气中CO2的操作性能,考察了气液流速、吸收剂和混合气的浓度等因素对出口气相CO2摩尔分数y（CO2）和总传质系数的影响,采用正交实验方法优化操作条件,确定最佳操作方案.结果表明：y（CO2）随液速增大而减小,随气速增大而增大;总传质系数随流速增大而增大,气速的增大对总传质系数影响不明显;吸收剂浓度增大,混合气CO2浓度增大,总传质系数增大;正交试验得出最佳操作条件为液速70mL·min^-1、气速0.6L·min^-1、MEA浓度2.0mol·L^-1和y（CO2）为10%,此时总传质系数为2.86×10^-4m·s^-1.     

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.     

基于超重力法脱除模拟烟气中CO_2的实验研究

超重力法与化学吸收法相结合的方法是一种较新的脱碳方法.为了获得各种因素对超重力法脱除CO2气体效率的影响,实验研究了模拟烟气流量、吸收剂浓度、吸收溶液流量以及转子转速对CO2脱除率的影响.实验结果表明,CO2脱除率随着模拟烟气流量的增加而降低,随着吸收剂浓度和吸收液流量的增加而增高,随着转子转速的增加呈先增后降的趋势.     

膜法脱除模拟烟气中CO_2的实验研究

以一乙醇胺(MEA)和三乙醇胺(TEA)为吸收液,主要考察了气体流量、吸收液流量、MEA/TEA混合比,以及吸收液浓度对膜吸收法脱除CO_2的脱除率的影响.实验结果表明,脱除率随模拟烟气流量的增加而减小,随吸收液流量的增加而增大;MEA的CO_2脱除率比TEA的CO_2脱除率高;两种溶液混合后,二者没有相互影响,混合吸收液的CO_2脱除率介于二者之间.     

不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。     

Parameter Optimization on Experimental Study to Reduce Ammonia Escape in CO2 Absorption by Ammonia Scrubbing

In order to research ammonia escape in CO₂ absorption by ammonia scrubbing, ammonia escape was studied in CO₂ absorption process using the bubbling reactor in different conditions as gas flow rate, CO₂ ratio, absorbent temperature and ammonia concentration and quantity of escaped ammonia was measured by chemical titration. The results indicated that, the amount of ammonia escape can be around 20% of original amount in 90 min and the escaped amount will increase with the rise of gas flow rate, absorbent temperature, concentration of ammonia while decrease as CO₂ ratio goes up. Through the analysis of the law of ammonia escape, at the same time, combined with ammonia escape and the influence of the relationship between the CO₂ absorption efficiency, reducing ammonia escape working condition parameter optimization is given.     

反应条件对DEA吸收CO_2的影响研究

在自行设计的化学吸收-热解吸中试实验系统上,以DEA(二乙醇胺)水溶液为吸收液,CO2为处理对象,分别考察了吸收液体积分数、液气体积比、CO2体积分数和空塔气速对CO2脱除效率的影响,并计算了吸收液CO2摩尔负荷、总传质系数和填料层单位压降的变化。实验结果表明,液相传质阻力即吸收液浓度和液气体积比增加对CO2脱除起促进作用效果,最佳操作条件为DEA吸收液体积分数10%～20%、液气体积比为0.125;而气相传质阻力即CO2体积分数和空塔气速增加对吸收效果有负影响。此外,气相条件对CO2脱除效果的影响远比液相条件小得多,说明传质阻力主要在液相侧。     

一种新型间壁式填料再生性能实验研究

针对传统填料气液直接接触容易发生气体带液的现象,设计一种新型气液间接接触的间壁式填料,其比表面积为286 m2/m3,孔隙率为0.86。在叉流再生模块实验台上分别对该填料和5090湿帘进行了再生性能测试,以LiBr溶液为除湿剂,用再生率、再生效率、平均传质系数、体积传质系数描述再生效果。结果表明,溶液加热温度在60-80℃之间,该间壁式填料的体积传质系数比5090湿帘高7%-36%。     

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.