双组分纳米流体中CO2鼓泡吸收的实验研究

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CO2是最主要的温室气体,也是一种重要的资源,研究发展碳捕集与封存(CCS)技术具有巨大的环境效益和经济效益。有机胺溶液吸收法是目前燃煤电站烟气中CO2脱除最成熟的商业化方法,进一步强化吸收塔中气液间的传质不仅可以提高CO2脱除率,还可以减小吸收塔体积、降低运行成本。向吸收液中加入纳米颗粒是强化气液传质的一个新思路。本文分别以质量分数30%的乙醇胺(MEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液为基液,加入不同的纳米颗粒制备了双组分纳米流体,所使用的纳米颗粒有SiO2、TiO2、Al2O3、MgO四种,粒径范围为10-60nm,固含量范围为0.2-1.0g/L。利用鼓泡吸收器研究了空白溶液和纳米流体中CO2吸收规律,引入吸收增强因子表征二者对CO2吸收能力的差异,分析了纳米颗粒种类、粒径、固含量、混气总流量、C02初始浓度、温度等因素对吸收增强因子的影响规律。结果表明:纳米颗粒对MDEA—CO2体系气体吸收的增强作用大于MEA-CO2体系,说明对于存在慢速化学反应的气液吸收体系纳米颗粒的增强作用更明显;对于实验所用的SiO2、TiO2、Al2O3、MgO四种纳米颗粒,在同种固含量下,Ti02颗粒的增强因子最大,A1203和MgO颗粒增强因子相差不大,Si02颗粒增强因子最小甚至小于1;总体来说,增强因子随颗粒固含量的增加先增大后减小,存在最佳固含量,其值因颗粒种类而异;在本文所用的颗粒粒径范围内,增强因子随粒径减小而减小;在本文实验条件下,增强因子随混气总流量和CO2初始体积分数的增加而增大,随吸收液温度的升高而减小。本文在边界层混合机理的基础上,结合所用纳米颗粒的物理参数和实验设备性能,综合考虑液相流体动力学、颗粒运动对传质边界层的总扰动效果、颗粒团聚等因素尝试对上述结果进行了解释。
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