改性凹凸棒土的制备及其催化解吸CO_(2)性能研究

为进一步降低碳捕集技术成本,提高CO_(2)解吸效率,制备了一种低成本的金属改性凹凸棒土(ATP)固体酸催化剂,通过调控催化剂酸位丰度促进胺溶剂再生速率。结果表明,ATP-Zr可将CO_(2)解吸量和解吸速率分别提升13.8%和42%。此外,对合成的催化剂进行了表征分析以及成型工艺的研究,可为固体酸催化剂制备及低能耗CO_(2)捕集技术的工业化应用提供理论支撑。

有机胺吸收与解吸CO_(2)的变化过程分析研究

随着化石燃料的频繁使用,CO_(2)浓度持续增长。为研究有机胺吸收和解吸CO_(2)的变化过程,以有机胺羟乙基乙二胺和四乙烯五胺为研究对象,以介孔分子筛材料为吸收剂,通过控制不同胺负载量来研究有机胺对CO_(2)的吸收变化过程。采用吸附动力学Avrami模型,对不同温度下的CO_(2)解吸过程进行分析。结果表明,通过有机胺吸附剂的表征分析验证了实验的可行性。当胺负载量为30%的羟乙基乙二胺时,吸附剂的吸收效率最高。温度为110℃时,吸附剂在12 min就完成了大部分CO_(2)的解吸,解吸效率最高。

水平管束降膜蒸发中CO_(2)解吸的微观特性

水平管降膜蒸发中释放的不凝气严重降低了管内冷凝传热速率,会使海水淡化的能耗成本显著增加,因此研究水平管束降膜蒸发中CO_(2)解吸的微观过程具有重要意义。文章建立了耦合水平管束降膜蒸发传热和CO_(2)解吸的理论模型,计算得到CO_(2)解吸单元体、碳酸盐组分浓度,分析了CO_(2)解吸量的微观特性。结果表明:传热系数的模拟值与实验值吻合良好;化学反应时间沿竖直管排方向减小且其速率逐渐降低,而沿水平管长方向随竖直管排节点数的增加而变长;主导CO_(2)解吸速率的HCO^(-)_(3)和CO^(2-)_(3)在微元内的浓度显著高于CO_(2)和H+浓度;单位面积的蒸发速率和每吨海水CO_(2)解吸量沿竖直管排、水平管长方向均减少。

MDEA基相变吸收剂筛选及其CO_(2)捕集性能

为了达到快速筛选相变吸收剂的目的,基于汉森溶解度参数理论,以N-甲基二乙醇胺(MDEA)为主吸收剂,有机溶剂为分相促进剂,水为溶剂,快速筛选出一种新型相变吸收剂——MDEA/聚乙二醇二甲醚(NHD)/H2O。热重分析(TGA)测试了相变吸收剂的热稳定性,CO_(2)吸收、解吸试验探究了相变吸收剂的CO_(2)吸收性能、解吸性能及循环再生能力。1 HNMR测试了相变前后物质的分布情况。结果表明,MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂相比质量分数30%乙醇胺(MEA)吸收剂及文献已报道的MDEA/正丁醇/H_(2)O相变吸收剂具有最高的热稳定性。NHD作为分相促进剂的同时可促进CO_(2)在相变吸收剂中的溶解,MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂发生液-液分相需要NHD和H_(2)O同时存在。25℃时,质量比为3∶5∶2的MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂具有最高CO_(2)吸收容量为1.0695 mol/L。所开发的相变吸收剂可将送至解吸单元的解吸液体积降至42%。在解吸温度90℃时,CO_(2)解吸效率达98.96%。在25℃下吸收,90℃下热解吸,经10次吸收、解吸循环再生试验,质量比为3∶5∶2的MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂的CO_(2)总循环容量为9.2604 mol/L,相比于质量分数30%MEA吸收剂、30%MDEA吸收剂及MDEA/正丁醇/H_(2)O相变吸收剂具有最高的CO_(2)循环能力。^(1)HNMR测试结果表明该相变吸收剂的上液相主要成分为NHD,为贫液相。下液相主要成分为MDEA和MDEAH^(+),为富液相。

N_(2)/CO_(2)注入压力对含瓦斯煤岩中甲烷解吸的影响

注气可以提高低渗透煤层的抽采效率,但是目前对于注气过程中注入气体分子与含瓦斯煤间的相互作用机制尚不明确。为此,基于含瓦斯煤吸附构型,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法,研究了不同注入压力下,注入N_(2)/CO_(2)后含瓦斯煤结构中CH4的解吸行为,进而明确了注入N_(2)/CO_(2)促进煤体中CH4解吸的作用机理。研究结果表明:①较之于注入N_(2),含瓦斯煤体在注入CO_(2)后,体系中游离CH4分子更多,并且CH4—CO_(2)体系总能量整体低于CH4—N_(2)体系,前者更稳定;②在相同注入压力条件下,较之于CH4—N_(2)体系,CH4—CO_(2)体系中CH4均方根位移更大,CH4分子活跃程度更高,并且CH4—CO_(2)体系中CH4扩散系数更大,CO_(2)促进CH4解吸的效果更好;③含瓦斯煤结构中注入CO_(2)/N_(2)后,随着注入压力的增加,真空层中CO_(2)、N_(2)、CH4的相对浓度均升高,总体上CH4—CO_(2)体系中CH4相对浓度最高,CH4—N_(2)体系中CH4、CH4—CO_(2)体系中CO_(2)相对浓度居中,CH4—N_(2)体系中N_(2)相对浓度最低;④注入N_(2)促进CH4解吸的合理注入压力介于2~4 MPa,注入CO_(2)促进CH_(4)解吸的合理注入压力介于3~4 MPa。结论认为,该研究成果可以为煤层注气增产技术研究提供理论支撑。

高压CO_(2)预裂增透解吸技术在松软厚煤层的应用

为了提升霍尔辛赫煤矿松软厚煤层钻孔瓦斯抽采效果,采用数值模拟分析论证了CO_(2)预裂增透技术在松软煤层中的可行性,现场应用后煤层瓦斯含量降低了45.6%,瓦斯抽采浓度提高了3.63倍,瓦斯抽采纯量提高了2.53倍,相较于传统本煤层预抽技术,每个回采工作面可节约成本46.96万元,实现了矿井的本质安全和降本增效。