新型复合吸附剂的性能研究与应用

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复合吸附剂的开发和研究主要有两个目标:(1)提高化学吸附剂的传热和传质性能,特别是解决溶胀和团聚的缺点。盐溶胀减少了热传递,盐凝聚降低了传质。因此,用于化学吸附剂的添加剂必须具有多孔结构和高导热性。(2)增加物理吸附剂的吸附量。在物理吸附工质对中添加具有对吸附质具有化学吸附能力的物质增加吸附剂的吸附能力,而不会导致溶胀和团聚的问题。  本文用炭化活化法制备了木屑基新型复合吸附剂(W-NCA),为研究其传热性能和传质性能,在不同制备工艺下制备W-NCA,并制备氯化钙/膨胀石墨混和吸附剂(MA)做为对比吸附剂,对两种吸附剂做元素分析,利用X射线衍射仪对吸附剂氯化钙的结晶度进行了分析,用77K氮气吸附法对W-NCA的孔结构进行了分析,利用LFA447型激光导热仪的双层模式对吸附剂的导热系数进行了测试,搭建渗透率试验台,测试了两种吸附剂的渗透率,并制备其disk和plate样品,研究了渗透率和导热性能的各向异性,利用吸附性能测试试验台对吸附剂的吸附量、吸附衰减性能及吸附动力学性能进行了研究。自行设计一种吸附床,将W-NCA应用到此吸附床中,为了对吸附床运行前进行性能评价,以及对吸附床传热性能进行改进,使用 FLUENT软件对吸附床的加热解吸过程进行了数值模拟,主要研究成果如下:  相对于MA,W-NCA的多孔介质更有利于氯化钙的担载,其比表面积,孔结构和孔径在实验温度范围内随温度的升高而增大,但是孔结构的均匀性还需进一步提高,膨胀石墨在W-NCA只起到骨架的作用。MA和W-NCA的导热系数和渗透率都具有各向异性,MA由于膨胀石墨含量高,导热系数是 W-NCA的2.7~3.5倍,但是渗透低于W-NCA,在氯化钙与膨胀石墨质量比为3:1,固化密度为500kg·m-3时,W-NCA的disk样品的渗透率达到7.230×10-12 m2,是MA的2倍,在考察的实验制备因素中,对吸附量实验结果影响程度从大到小分别是浸泡氯化钙浓度、木屑与膨胀石墨的质量比、炭化活化温度,炭化活化时间。正交实验方差分析结果显示:四个制备因素中浸泡的氯化钙溶液质量浓度对实验结果有显著影响,而其余三个因素不具有显著效应。各因素对应的最优水平分别为:浸渍溶液浓度30%,木屑石墨质量比4:1,炭化活化温度为700℃,炭化活化时间1.5 h。W-NCA相对于MA的传质能力更优秀,与氨气的反应速度更快,在相同的等压吸附时间内,可以更快的达到一定的饱和状态。吸附床填充直径的减小,可以较为有效的提高吸附床的传热性能,从模拟结果分析,认为直径选择130 mm较为合适。吸附床入口流速的提高,可以提升吸附床的传热性能,但是当流速提高到一定程度,再进一步提高流速对吸附床工作性能影响越来越小。
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