PTFE膜吸收CO_2的工艺参数对传质性能的影响

采用"挤出—拉伸—烧结"法制备聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜,以N-甲基二乙醇胺(MDEA)与哌嗪(PZ)的混合水溶液作为吸收剂,吸收液热再生循环用于膜吸收法去除混合气体中CO2。主要研究PTFE中空纤维膜在吸收CO2的工艺参数(进气流量、吸收液流量、吸收液热再生温度、吸收液物质的量比)对去除CO2过程中传质性能的影响。结果表明:增加气体进气流量会提高CO2气体传质速率,但会降低脱除率;增加吸收液流量、热再生温度会使传质速率与脱除率均增加,但达到一定程度后增加明显趋缓。吸收液MDEA与PZ的物质的量比接近1∶1时,其吸收效果优于其他的量比。     

N-甲基环已胺(MCA)-离子液体水溶液脱碳吸收焓实验研究及再生能耗计算

对新型脱碳试剂-MCA(N-甲基环己胺)与甲基咪唑类离子液体混合水溶液进行了实验考察,测定MCA-[Bmim][BF4](1-丁基-3-甲基咪唑四硼氟酸盐)混合水溶液、MCA-[Bpy[BF4](1-丁基-吡啶的硼氟酸盐)混合水溶液在一定配比下的脱碳性能,与相当配比的MCA、MEA(已醇胺)水溶液脱碳实验对比,得到结果,30%w([Bmim][BF4])-30%w(MCA)水溶液脱碳速率及负载率均优于其他脱碳试剂;借助反应量热仪RC1考察MCA水溶液、MCA与[Bmim][BF4]混合水溶液的脱碳吸收焓、CO_2负载率的影响因素,得到结果,随温度和MCA浓度的升高,两种溶液中单位摩尔MCA的CO_2负载均下降,但随压力升高,负载率增大。MCA,[Bmim]BF4浓度和压力对溶液吸收焓的影响较小,温度对溶液吸收焓影响较大,随着温度升高两种溶液对CO_2的吸收焓升高,MCA-[Bmim]BF4水溶液、MCA水溶液吸收单位摩尔的CO_2,吸收焓集中在80~130 kJ之间。计算得到采用30%w(MCA)-30%w([Bmim][BF4])水溶液为燃煤电厂脱碳试剂时,脱除单位kg CO_2解吸能耗需要3.47 MJ,较同样条件下常规脱碳试剂MEA降低能耗20%。     

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.     

PTFE中空纤维膜浸没式脱除CO_2的研究

采用"挤出-拉伸-烧结"法制备PTFE中空纤维膜,并用于浸没式脱除烟气中CO_2的研究。主要研究了气体流速、吸收剂浓度和搅拌器转速等操作条件对PTFE中空纤维膜浸没式脱除烟气中CO_2性能的影响。结果表明CO_2吸收率随着时间增加而减小,CO_2吸收量随时间增大而增大,CO_2吸收率随着气体流速增大而减小,CO_2吸收量随着气体流速的增大先增大后减小,CO_2吸收率、吸收量随着搅拌速度、吸收液浓度增大而增大。     

天然气膜基吸收脱硫研究

在膜接触器天然气脱硫实验平台上以N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液为吸收剂,采用疏水性聚丙烯中空纤维膜(HFPPM)作为膜接触器,利用膜基吸收技术对天然气中的H2S进行脱除实验研究.实验结果表明:膜基吸收技术可以有效的达到天然气脱硫的目的,调节操作参数,可以使脱硫率达到99%以上;提高吸收液的浓度和流量可以同时增加H2S的脱除率η和H2S总传质系数K;进气流量的增大降低了η,K反而增大;进气压力的增大可以提高η,同时提高了K;原料气中H2S浓度增加导致η下降,同时降低了K;吸收液循环利用次数的增加降低了H2S的脱除率.为膜基吸收技术在脱除天然气中的H2S的应用提供了依据.     

基于微富氧燃烧下氨水与MEA脱碳对比实验研究

针对微富氧燃烧下烟气组分(约30%~40%CO2),利用填料塔进行了氨法与MEA脱碳实验研究,考察了CO2浓度、溶液浓度、氨水流量、烟气温度、气体流量、NH3与CO2摩尔比等因素对脱除率的影响,并进行MEA实验对比。结果表明:氨水浓度为6%时,CO2浓度从低浓度(10%)到高浓度(35%),脱除效率变化不大;提高氨水浓度、增大氨水流量,均可提高脱除率;当烟气温度为50℃,脱除率最高;气体流量越大,脱除率越低;随着NH3与CO2摩尔比增大,脱除率升高,且升高的趋势减缓。在可比条件下,通过实验对比,得出氨水比MEA脱碳效率更高。     

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。     

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.     

搅拌法对TEA溶液吸收和解吸CO2的实验研究

化学溶液吸收法脱除CO2是工业中一项传统的净化气体的方法.醇胺溶液具有对烟道气二氧化碳吸收速率快、吸收容量大及再生简单的特点,成为目前吸收溶液优选中的研究重点.在各类醇胺溶液中,TEA溶液对二氧化碳吸收容量为1 mol TEA/1 mol CO2,是MEA和DEA CO2吸收容量的两倍,但因吸收速率慢而未受到重视.作者采用搅拌实验装置对TEA吸收和解吸二氧化碳的特性进行了研究,揭示了吸收速率、吸收容量和解吸速率与酸碱度、时间之间的内在联系,并进行了指数增长和衰减拟合,拟合率在95%以上.     

天然气膜基吸收脱硫研究

在膜接触器天然气脱硫实验平台上以N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液为吸收剂,采用疏水性聚丙烯中空纤维膜(HFPPM)作为膜接触器,利用膜基吸收技术对天然气中的H2S进行脱除实验研究。实验结果表明:膜基吸收技术可以有效的达到天然气脱硫的目的,调节操作参数,可以使脱硫率达到99%以上;提高吸收液的浓度和流量可以同时增加H2S的脱除率η和H2S总传质系数K;进气流量的增大降低了η,K反而增大;进气压力的增大可以提高η,同时提高了K;原料气中H2S浓度增加导致η下降,同时降低了K;吸收液循环利用次数的增加降低了H2S的脱除率。为膜基吸收技术在脱除天然气中的H2S的应用提供了依据。     

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.     

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.     

CO2捕集技术的研究进展

化石燃料燃烧排放的CO_2是当今温室气体中CO_2污染的主要来源。介绍了CO_2捕集技术中吸附法、吸收法和膜分离法的研究进展,并分析了各种方法的特点,归纳总结了目前新型吸附/吸收剂中金属有机骨架、相变吸收剂、离子液体吸收剂和纳米流体吸收剂的研究成果。降低能耗和成本是今后研究工作的重点。开发新型吸附/吸收剂、优化反应过程和联合使用不同方法是未来CO_2捕集技术的发展方向。     

Numerical Simulation and Analysis of Migration Law of Gas Mixture Using Carbon Dioxide as Cushion Gas in Underground Gas Storage Reservoir

One of the major technical challenges in using carbon dioxide（ CO2） as part of the cushion gas of the underground gas storage reservoir（ UGSR） is the mixture of CO2and natural gas. To decrease the mixing extent and manage the migration of the mixed zone,an understanding of the mechanism of CO2and natural gas mixing and the diffusion of the mixed gas in aquifer is necessary. In this paper,a numerical model based on the three dimensional gas-water two-phase flow theory and gas diffusion theory is developed to understand this mechanism. This model is validated by the actual operational data in Dazhangtuo UGSR in Tianjin City,China.Using the validated model,the mixed characteristic of CO2and natural gas and the migration mechanism of the mixed zone in an underground porous reservoir is further studied. Particularly,the impacts of the following factors on the migration mechanism are studied： the ratio of CO2injection,the reservoir porosity and the initial operating pressure. Based on the results,the optimal CO2injection ratio and an optimal control strategy to manage the migration of the mixed zone are obtained. These results provide technical guides for using CO2as cushion gas for UGSR in real projects.     

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

     

Experiments and reaction characteristics of liquid phase simultaneous removal of SO<Subscript>2</Subscript> and NO

Experiments of simultaneous removal of SO₂ and NO from simulated flue gas, using NaClO₂ solution as the absorbent, were carried out in a self-designed bubble reactor, and high simultaneous removal efficiencies of SO₂ and NO were obtained under the optimal experimental conditions. The mechanism of simultaneous removal based on NaClO₂ acid solutions was proposed by analyzing the removal products. Possibility and limitation of the desulfurization and denitrification using NaClO₂ acid solutions were calculated by thermodynamic methods. Experimental results of reaction kinetics for simultaneous desulfurization and denitrification indicated that the oxidation-absorption processes of SO₂ and NO were divided into two zones, namely the fast and slow reaction zones. In the slow reaction zones both were zero order reactions, and in the fast reaction zones, the reaction order, rate constant and activation energy of SO₂ reaction with absorbent were 1.4, 1.22 (mol·L⁻¹)^−0.4·s⁻¹ and 66.25 kJ·mol⁻¹, respectively, and 2, 3.15×10³ (mol·L⁻¹) ⁻¹·s⁻¹, and 42.50 kJ·mol⁻¹ for NO reaction, respectively. Supported by the National High-Tech Research and Development Program of China (“863” Project) (Grant No. 2007AA061803)     

气水喷嘴雾化特征与降尘效果分析

为提高气水喷嘴在煤矿井下高浓度粉尘作业场所的喷雾降尘效率,通过实验研究了气水喷嘴的雾化特性参数,得出了雾滴平均直径与气、水流量的变化规律;以煤矿综掘工作面气水喷雾降尘过程为研究对象,建立了相应的数学模型,推导出了气水喷嘴降尘效率的关系式,采用Matlab软件绘制了降尘效率曲线.研究表明:水流量一定时,气体流量越大降尘效率越大;气体流量一定时,降尘效率随水流量的增大先增大后减小;粉尘粒径越大,喷雾雾滴有效作用距离越长,粉尘越容易被沉降;要使气水喷嘴的降尘效率达到80%以上,气体流量必须大于150×10~(-5)m~3/s,最佳的气水流量比范围为100~150.依据工作面粉尘的粒径分布和降尘效率要求,参照相关曲线选择最佳的气水流量,可以达到更好的降尘效果和经济效益.