基于响应曲面法优化氮掺杂活性炭的制备和CO_(2)吸附性能研究

氮掺杂活性炭制备过程中影响其性能的因素极其复杂,单一因素的定性分析无法满足对制备条件的准确调控,而多因素耦合量化分析可以弥补不足。以煤焦油沥青为原料,采用KOH活化法,与尿素共热解制备氮掺杂活性炭,通过响应曲面法(RSM)进行建模,以量化分析多因素耦合作用对活性炭产率和不同温度下(25℃,50℃和75℃)对CO_(2)吸附性能的影响,同时优化制备工艺参数,并且在此实验设计基础上利用线性拟合方法预测不同温度下CO_(2)吸附量的相关性。结果表明:对活性炭产率的影响由大到小的单因素依次为掺氮比(尿素与煤沥青的质量比)、活化温度、碱碳比(KOH与煤沥青的质量比)、活化时间,活化温度和活化时间的耦合作用影响最显著,碱碳比是影响活性炭CO_(2)吸附量最为关键的因素,但随吸附温度升高其他因素影响显著性增强;不同温度下CO_(2)吸附量可以进行相互预测,且相邻温度下CO_(2)吸附量之间的预测效果更好;得到的最佳制备条件为活化温度650℃、活化时间1.25 h、碱碳比2.5、掺氮比0.3,相应的活性炭产率可达59.316%,在25℃,50℃和75℃下CO_(2)吸附量分别为3.474 mmol/g,2.355 mmol/g,1.358 mmol/g。

具有自萃取功能的相变CO_(2)吸收剂体系开发

二氧化碳(CO_(2))捕集工程应用的吸收剂存在再生能耗高、传质速率低、运行损耗大等问题,严重制约了CO_(2)捕集技术的大规模推广应用。为解决这些问题,该文开发适用于低分压CO_(2)捕集的相变吸收剂。该相变吸收体系以亲水性胺N-氨乙基哌嗪(N-aminoethyl piperazine,AEP)为主吸收体系,添加亲脂性分相剂二正丁胺(Di-n-butylamine,DPA)和活化剂(activator,ACT)。通过核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance,NMR)和捕集CO_(2)连续测试实验研究该相变吸收剂的性能。实验结果表明,吸收负载达1.082 mol CO_(2)/mol溶液,再生温度降至98.5℃,具有优异的吸收性能和解吸性能。NMR分析表明,反应产物具有氨基甲酸盐分子结构,捕集CO_(2)连续测试实验研究与同浓度3 mol/L一乙醇胺(Monoethanolamine,MEA)溶液进行对比分析可知,相同再生能耗下,单位体积同浓度相变体系相比MEA吸收容量提高33%以上;相同再生能耗下相变体系的再生率比MEA提高15%,相同再生率下相变体系的再生能耗比MEA降低31%以上。结果表明,该相变吸收剂对于低分压CO_(2)捕集具有良好的应用前景。

低能耗CO_(2)混合胺吸收剂复配筛选与工业验证

在如今温室效应日益严重背景下,化学吸收法作为当前最具应用前景的燃煤烟气脱碳技术,受国内外广泛关注,开发低再生能耗、高稳定、易工程化应用的吸收剂是目前研究热点。提出了以高容量、低能耗三级胺为吸收剂主剂,高动力学一级胺和高稳定环状胺为辅剂吸收剂方案;并形成了从实验室配方遴选、百标方时中试工艺匹配到每年万吨级规模工业装置运行优化的工程化开发体系。通过鼓泡吸收试验与吸收-再生循环试验对吸收剂进行快速筛选,初筛获得一种性能好的吸收剂配方,通过200 m^(3)/h中试与万吨级工业装置测试优化运行参数并完成工业验证。测试结果表明,开发的CEU型吸收剂CO_(2)脱除率达90%,最优再生热耗达2.42 GJ/t CO_(2),在工业装置上完成了>700 h稳定运行。

基于系统药理学和分子对接探讨浙贝母-瓜蒌配伍调控慢性阻塞性肺病并发心脏衰竭的作用机制

基于GEO数据库挖掘慢性阻塞性肺疾病(COPD)和心力衰竭(HF)关联靶点,检索浙贝母、瓜蒌化学成分及靶点,以获得其调控COPD并发HF潜在靶点,挖掘靶点功能及通路注释分析,构建组织特异性蛋白相互作用(PPI)网络。浙贝母-瓜蒌影响COPD并发HF进展共涉及靶点227个,包括表达上调基因153个,表达下调基因74个;网络拓扑学分析显示PPI网络平均介数为0.4,平均度值为1.83,关键靶点包括RPS23、SNU13、NOL6、ELAVL1、NCL等;细胞组分定位于内膜系统、核内体和细胞外囊泡;生物学过程涉及囊泡介导的运输、基于微管的运动、细胞内蛋白质运输等;信号通路涉及MAPK信号传导途径;MCODE分析发现Cluster 1涉及TKT、ENO1、NCL、KIF1B等,参与调控驱动蛋白、雌激素的高尔基体运输;Cluster 2涉及SIN3B、PHF20、CTBP1、XPNPEP1等,参与调控组蛋白反应;心耳、左心室、肺的组织特异性PPI网络提示浙贝母-瓜蒌配伍可能通过调控ELAVL1-ENO1-NCL轴影响COPD并发HF进展;分子对接表明其“宽胸散结”主要活性成分瓜蒌酸、“化痰散结”主要成分贝母新碱与ELAVL1、ENO1、NCL蛋白质靶标的结合高度稳定,且贝母新碱与靶蛋白结合力强于瓜蒌酸,体现两者配伍后先治肺再调心,相须为用以实现心肺共治的作用特点。

甲基二乙醇胺-二元胺混合体系烟气CO_(2)吸收再生性能研究

【目的】研究甲基二乙醇胺(MDEA)与不同二元胺混合后配方的吸收再生性能。【方法】在体积分数12%的CO_(2)和88%的N_(2)模拟烟气环境下,以MDEA为主剂,分别添加乙二胺(EDA)、1,3-丙二胺(DAP)、3-甲氨基丙胺(MAPA)、羟乙基乙二胺(AEEA)、 N, N-二甲基乙二胺(DMEDA)和N,N-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)作为活化剂。在总胺质量分数为40%的条件下,以主剂与活化剂的质量比1∶1、2∶1、3∶1配置化学吸收剂。通过比较鼓泡吸收和油浴再生实验,得到不同吸收剂的吸收速率、再生速率和循环容量,筛选出性能优良的吸收剂配方。【结果】MDEAEDA体系在MDEA与EDA的质量比1∶1时吸收性能最佳;MDEA-DMEDA体系在MDEA与DMEDA的质量比2∶1时再生性能最佳,循环容量达到1.7 mol/kg;MDEA-AEEA体系在MDEA与AEEA的质量比1∶1时整体性能达到最优,循环容量可以达到1.49 mol/kg。【结论】研究结果可为工业上混合胺液的配方优选提供理论依据。

少水胺吸收剂CO_(2)捕集工艺的中试试验与技术经济性评价

化学吸收法是现阶段燃烧后CO_(2)捕集大规模应用的主要技术路线,但其运行和投资成本高是技术难题。该文采用基于有机胺构效关系开发的低再生能耗少水胺吸收剂,在真实燃烧后烟气条件下的中试平台上,试验研究少水胺吸收剂的CO_(2)捕集率、再生能耗、挥发性胺排放等性能,并通过流程模拟与成本测算,评估技术经济性。中试结果表明,烟气流量为260~280 m^(3)/h,CO_(2)浓度(干基)约12%,少水胺体系(水质量浓度约15%)实现稳定运行,CO_(2)捕集率高于90%,再生能耗低至2.35 GJ/t CO_(2),胺挥发排放较高(约110~380 mg/m^(3))。在Aspen Plus建立10000 m^(3)/h烟气CO_(2)捕集工艺流程,相比常规一乙醇胺(monoethanolamine,MEA)工艺,少水胺工艺系统的投资成本降低12%,运行成本降低20%。该少水胺吸收剂具有CO_(2)捕集率高、再生能耗低、系统投资和运行成本低等优势,有望在工业示范中应用。该文研究结果可为万t级/年CO_(2)捕集示范工程的设计提供一定依据。

新型均相少水吸收剂降解和抗降解性能研究

少水吸收剂由于其在降低能耗方面的巨大潜力,受到了广泛的关注。本文对基于NMP物理溶剂的双胺类N,N-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)和N,N-二甲基-乙二胺(DMEDA)少水吸收剂的降解性能进行研究。研究发现氨基甲酸盐的环化反应是吸收剂的初始降解反应步骤,其引发了后续一系列降解连锁反应,由于DMEDA分子结构两个胺基间仅有两个碳链间隔,空间位阻效应强,不利于发生降解初始反应,因此ENH-5%H_(2)O四周降解速率较低,仅为17.019%。DMEDA-H_(2)O、ENH-5%H_(2)O和ENH-15%H_(2)O相比MEA-H_(2)O降解速率分别下降了20.5%、25.2%以及21.3%。研究发现添加抗降解剂酒石酸钾钠及EDTA后的ENH-5%H_(2)O四周降解速率进一步得到下降,其中EDTA抗降解剂优化抗降解性能效果更优,四周降解速率相比未添加抗降解剂ENH-5%H_(2)O下降了12.9%。

气化细渣掺烧煤和生物质的燃烧特性及动力学分析

气化细渣目前以堆放填埋为主,环保压力大,如何高效利用低热值气化细渣是关注热点。合成甲醇和煤油的煤气化工艺排出的2种气化细渣总量较大、处理困难。对2种气化细渣进行粒径分析及SEM观察,发现气化细渣粒径较小,大部分小于100μm,整体结构破碎,由较多熔融聚合形成的球形颗粒和不规则孔隙构成。掺烧是利用低热值燃料的有效手段,将气化细渣与煤、生物质以不同比例掺烧,分析其燃烧特性,并用Coats-Redfern方法进行动力学特性分析。结果表明,气化细渣与煤、生物质掺烧可大幅提高气化细渣燃烧性能,降低燃烧所需活化能。纯甲醇渣、煤油渣燃烧所需活化能分别为105.10和100.80 kJ/mol,甲醇渣、煤油渣与煤掺烧后,气化细渣掺烧比例为30%时,综合燃烧特性指数最高,分别为23.64×10^(8)和25.96×10^(8);活化能最低,分别为89.46和83.76 kJ/mol。气化细渣内含丰富孔隙结构,一定比例的气化细渣与煤掺烧可增大可燃物质与空气的接触面积,利于气体吸附扩散,缩短燃烧达到最大燃烧速率的时间,提前达到最大燃烧强度。甲醇渣、煤油渣与生物质掺烧,气化细渣掺烧比例为30%时,活化能最小,分别为72.14、69.59 kJ/mol,生物质的燃烧温度区间低于气化细渣,可对气化细渣燃烧过程起预热作用,显著降低气化细渣固定碳燃烧所需活化能。

碳捕集吸收塔改性塑料填料的传质性能研究

用塑料填料代替不锈钢填料能显著降低碳捕集吸收塔的投资成本,为提高填料传质效率,需要评估其在不同吸收剂环境下的传质性能。该文以CO_(2)(空气)-NaOH水溶液体系为基础,添加非离子表面活性剂改变溶液表面张力和添加聚乙二醇改变溶液粘度来模拟不同的吸收剂环境。在内径为300mm、填料高度为2000mm的填料塔中,测试并比较ST250Y亲水改性塑料填料和不锈钢填料的传质性能和特点。实验结果表明:亲水改性塑料填料与不锈钢填料传质性能在多种工况条件下都表现出相似特性,塑料填料在低表面张力的吸收剂环境中更具优势。在实验的基础上,拟合2种填料的预测关联式,能够有效预测在不同气速、液体表面张力和粘度条件下填料的有效传质面积,预测值与实验值比较吻合。

燃煤烟气碳捕集两相吸收剂开发及其性能研究

化学吸收法捕集燃煤烟气中的CO_(2)是一种有效的降低CO_(2)排放的方式。两相吸收剂与传统有机胺吸收剂相比,能够明显降低捕集过程中的再生能耗,降低捕集成本。开发了一种新型的两相吸收剂,以物理溶剂二乙二醇二甲醚作为分相剂,乙醇胺和羟乙基乙二胺作为主剂,对其吸收再生性能、黏度、水相占比与分相区间进行了测试,将两相分别进行核磁共振光谱分析以确定其组成和分相机理。针对配方中的有机胺成分进行了优化,优化后的吸收剂配方吸收再生性能均优于传统的5 mol/L乙醇胺吸收剂,循环吸收容量可达2.086 mol/kg,99%以上的CO_(2)富集在水相,进入再生塔的吸收剂流量可减少约40%,富水相黏度低于10 mPa·s,理论再生能耗(以CO_(2)计)为2.688 GJ/t,具有良好的工业化应用前景。

负载型氨硼烷水解制氢催化剂研究进展

氨硼烷(AB)作为一种液相储氢材料,因其氢含量高而倍受关注。然而,AB水解的速率缓慢且催化机理未决影响了其大规模应用;因此,研究开发高效AB水解制氢催化剂具有重要意义。综述了负载型AB水解制氢催化剂的研究进展,包括活性中心材料,以及碳材料、金属氧化物、金属氢氧化物、过渡金属碳化物、二维过渡金属碳/氮化物、金属有机框架、金属氮化物和共价有机框架等载体材料;讨论了AB水解的反应机理,并对AB水解制氢的未来发展进行了展望。

基于有机胺构效关系优选燃煤烟气CO_(2)吸收剂

化学吸收法是现阶段燃烧后CO_(2)捕集唯一可大规模应用的技术路线,由于缺乏高性能的有机胺吸收剂,该技术的工业推广受到极大限制。基于构效关系,优选出结构上含有1个仲氨基(NH)、1个羟基(OH)、碳链长3~6的直链有机胺,具有低反应热、高解吸速率、低挥发、高吸收速率、高吸收容量和低粘度等较优性能。结合CO_(2)鼓泡吸收、热解吸、粘度测量等实验以及再生能耗评估,优选出N-乙基乙醇胺(ethylaminoethanol, EMEA)/N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone,NMP)是较有潜力的CO_(2)吸收剂。与30%MEA相比,EMEA/NMP的吸收速率提高30%,解吸速率提高60%,再生能耗降低42%。可知,EMEA/NMP是较有潜力的低能耗少水胺吸收剂,可应用于燃煤电厂等烟气CO_(2)捕集。

活化和热解气氛对半焦基活性炭性能的影响

以煤炭分级转化半焦为原料,采用廉价烟气活化法制备适用于小分子污染物吸附脱除的活性炭,分别从活化工况、活化气氛、热解气氛三方面探究并对比了其物化性质和吸附性能。结果表明:分级转化半焦经烟气活化,在最优工况下可以得到比表面积为798.27 m2/g的活性炭,其微孔体积为0.327 cm3/g,碘值可达1056.84 mg/g。当固定烟气气氛中两种组分的浓度时,活性炭的碘值、比表面积和微孔结构随第三种组分浓度的增加呈现先升后降趋势。对比氮气热解半焦和模拟煤炭分级转化多联产系统的煤气热解半焦所制的活性炭,煤气半焦活性炭比表面积、微孔体积和碘值均有所提高,同时可以显著降低能耗,最优活化时间降低50%,经济性较好。

基于田口法的压电振动俘能器尺寸优化

为了拓宽压电俘能器的工作频带和提高发电效率,设计了一种“己”字型压电振动俘能器结构。以俘能器输出电压最大为目标,采用田口法优化了压电振动俘能器结构的尺寸,建立了俘能器的有限元模型,讨论了输出电压和功率的负载阻抗匹配特性及加速度依赖性,通过实验验证了优化结果的准确性以及结构尺寸的合理性。结果表明,俘能器结构的最佳尺寸组合为A3(95 mm)、B3(45 mm)、C1(60 mm)、D2(35 mm)、E1(50 mm),尺寸A对于俘能器的响应影响最为明显,贡献率达到了26.013%,而尺寸B、C、D、E的影响依次降低,分别为19.062%、18.380%、18.294%、18.252%。研究结果可为压电俘能器结构的动力学优化提供参考。

双激励压电悬臂梁的力电响应分析

压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景。针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力电响应特性。根据Euler-Bernoulli梁理论、压电材料本构关系以及克希霍夫定律,建立双激励压电悬臂梁的机电耦合动力学模型。在此基础上,应用Galerkin法与模态叠加原理推导压电悬臂梁的力电响应表达式,建立根部应变与输出电压的关系模型。测试不同参数下单/双激励压电悬臂梁的力电响应特性,验证理论推导的合理性。最后,分析相位对双激励下压电悬臂梁输出电压的影响。结果表明:压电悬臂梁在双激励下的应变幅频响应变化规律与电压响应规律基本吻合;双激励下压电悬臂梁的力电响应曲线均呈现先增大,在接近共振频率达到极值时减小的变化趋势;激励幅值的增大导致压电悬臂梁的刚度和共振频率降低,试验测得的压电悬臂梁最大频率降为1.5 Hz;调节2种激励信号的相位,会影响输出电压响应,而且在一个周期内呈先减小后增大的趋势。

两相吸收剂捕集二氧化碳技术研究进展

化学吸收法是现阶段烟气CO_(2)捕集较为成熟的技术路线之一,但吸收剂能耗高影响了该技术广泛工业应用。两相吸收剂具有大幅度降低再生能耗的潜力,受到国内外研究学者广泛关注。该文综述了目前两相吸收工艺和两相吸收剂的研究进展,介绍3种两相吸收工艺及其降耗原理。重点介绍混合胺型和物理溶剂型两类两相吸收剂的研发现状,分析和比较分相特性、分相机理和再生能耗等性能。阐述黏度升高对贫富液换热器及两相工艺再生能耗的影响,提出定量分析方法。介绍现有两相吸收剂挥发性、降解及腐蚀特性的研究现状。结合研究现状和烟气碳捕集需求,提出下一步两相吸收剂的研究方向。

CO_(2)化学吸收系统污染物排放与控制研究进展

CO_(2)化学吸收技术因其捕集效率高、技术相对成熟和适应性好,是目前最具工业应用潜力的CO_(2)捕集技术,然而,CO_(2)化学吸收系统在使用吸收剂捕集烟气中CO_(2)的同时,部分吸收剂及其降解产物随烟气排出,不仅增加吸收剂损耗,且在大气中进一步反应生成强致癌物硝胺和亚硝胺。因此,有必要对CO_(2)化学吸收系统污染物排放进行有效控制。目前,通常通过调节系统运行参数、使用污染物控制手段对污染物进行控制,但缺乏普适性的控制方法,还未建立污染物排放的控制目标值。介绍了CO_(2)化学吸收系统污染物的3类排放形式,包括物理夹带、气体和气溶胶,其中气溶胶具有较高的排放量且难以被传统方式控制;梳理了研究机构测量到的排放情况,不同规模的CO_(2)化学吸收系统普遍具有较高的排放量;分析了气溶胶生成生长机理,气溶胶排放主要通过非均相成核产生,依赖于凝结核的存在和过饱和的环境;基于试验和模拟2种方法综述了烟气凝结核、贫液进口温度、贫液负荷、烟气CO_(2)含量等因素对气溶胶主导的有机胺排放影响。简要介绍了对降解产物排放的研究,包括氧化降解和热降解;最后对当前污染物排放控制手段的控制效果及优缺点进行了总结。传统水洗方法能有效控制有机胺气态排放,传统除雾器对大粒径气溶胶颗粒控制效果好,但对小颗粒脱除效率低。湿式电除尘、蒸汽注入、干床等方法虽有一定脱除效果,但成本较高。酸洗能解决氨气排放问题,但难以回收有机胺。胶质气体泡沫法对气溶胶脱除效率高,但缺乏工业级研究。未来对于污染物的排放需要开发新型控制手段,这一手段既要有效减少气相和气溶胶形式的污染物排放,又要控制工业投资成本,这将成为建立先进碳捕集工艺系统的关键环节。

高温静电除尘技术研究进展及应用前景

高温静电除尘技术能实现高温气体高效除尘,利于气体的显热、潜热及其中有用资源的有效利用。因而分析了温度、气氛、放电极形式及材料、粉尘特性对高温静电除尘的影响。分析结果表明:随着温度升高,放电电流增大,可操作电压区间减小,粉尘比电阻先增大后减小(最大值约为100～200℃),除尘效率有所下降;电负性气氛下除尘效果取决于离子迁移率,非电负性气体不吸附电子形成负离子从而影响粉尘荷电;不同放电极形式及材料有不同的适用情况,阴极的选择需综合考虑温度等多种因素;粉尘中碱金属、C、S等成分均会对除尘效果造成影响,在一定范围内除尘效率随粉尘浓度的增大而升高。此外,还介绍了高温静电除尘在制磷炉气净化、玻璃窑炉烟气净化及煤或生物质热解气化生成的高温气体净化中的应用。目前,高温静电除尘仍存在一些问题,还需进一步研究除尘过程的微观机理,开发适用于高温环境的新形式阴极或材料,探索复杂气氛下的放电及除尘特性,解决高温下除尘效率下降、绝缘子性能下降等问题。

用于烟气二氧化碳捕集的有机胺挥发性研究进展

化学吸收法是现阶段唯一可大规模捕集烟气CO_(2)的技术路线,有机胺是常用的吸收剂,有机胺挥发性对系统运行成本、环境污染等影响较大。本文对比了目前文献中用于测量有机胺气液平衡的静态总压法、改进型沸点仪、在线傅里叶红外等实验装置和方法,介绍了描述有机胺体系的Wilson模型、NRTL模型、UNIQUAC模型等热力学模型,重点综述了影响有机胺吸收剂挥发性的主要影响因素及研究现状。极性基团如羟基、伯氨基等有利于降低胺挥发。温度主要是影响亨利常数和饱和蒸气压,摩尔分数主要影响胺分子活度系数。常规胺基吸收剂的挥发性随CO_(2)负荷增加而减小,弱极性吸收剂的挥发性受到离子强度影响更大。结合烟气CO_(2)捕集特性,提出下一步有机胺吸收剂挥发性研究的主要方向。

50 MW循环流化床煤炭分级转化多联产技术开发

为了进一步推进煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用,实现煤炭清洁高效资源化利用,通过试验研究和理论分析相结合的方法,利用1 MW流化床热解分级转化工业示范装置对煤炭热解分级转化产物的释放及其组分分布特性进行研究,分析了温度、煤种特性对挥发产物煤气产率、焦油产率、煤气组分、煤气热值等的影响,并对煤炭热解-燃烧双流化床协同耦合运行调控特性进行研究,最后以获得的1 MW流化床热解分级转化过程的相关产物转化特性参数及运行特性参数为基础,进行了50 MW循环流化床煤热解燃烧多联产工艺装置设计开发。结果表明,该装置煤气主要成分CH_(4)与H_(2)含量分别高达41.97%、28.32%,设计煤种条件下焦油产量3.16 t/h,煤气产量35262 Nm^(3)/h,煤气热值达到26.7 MJ/Nm^(3),焦油提取率达到90%以上,实现了较高的煤气热值与焦油回收率,为煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用提供借鉴。