高压下CO_2在几种物理吸收剂中的溶解度测定

为开发新型高效物理吸收溶剂,采用恒定溶剂法,测定了不同温度、压力条件下,CO2气体在酮、碳酸酯、乙酸酯、二酸酯、醚及醚酯化合物等不同纯溶剂中的溶解度,温度变化282.76—302.81 K,压力最高可达4 MPa。结果表明:在此测定条件下,CO2在物理溶剂中的溶解度符合亨利定律,溶解度随压力升高而增大,随温度升高而减小。通过对溶剂结构进行分析,发现含有醚键、酯键的溶剂对CO2的吸收比其他溶剂的吸收效果好,同时直链型的溶剂比带有支链的溶剂吸收效果好。所研究的溶剂中,没有支链且同时存在醚键和酯键的二乙二醇丁醚醋酸酯吸收效果最好,与文中的推论相符,为开发高效CO2吸收剂提供了依据。

采空区碳封存条件下CO_(2)-水界面特性及溶解传质规律

采空区CO_(2)封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备,在采空区废弃资源二次利用、CO_(2)封存等方面具有广泛的应用前景。利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO_(2)地层水系统的界面张力(IFT)影响规律实验,明晰了CO_(2)注入含水碎胀煤岩体中的气液界面扩散效应,并将基于统计缔合理论结合兰纳−琼斯势能模型的状态方程(SAFT-LJ状态方程)与密度梯度理论(DGT)结合预测了IFT理论值;利用自主研发的地质封存地化反应模拟实验平台对相同条件下的CO_(2)溶解性进行了探究实验,得到了采空区储层环境下CO_(2)溶解度变化特征,采用D-S模型计算了对应CO_(2)溶解度理论值。实验结果表明:环境温度一定时,采空区储层压力与IFT呈线性负相关关系,储层温度升高,IFT相应增加,但变化幅度较小;温压条件一定时,矿化度与IFT存在正相关性,且在本实验范围内,低压、高温、高矿化度会促使IFT升高;CO_(2)−盐溶液之间的IFT呈现出随着阳离子价态升高而增大的现象(K^(+)<Na^(+)<Ca^(2+)<Mg^(2+));采空区储层压力与CO_(2)溶解度呈正相关关系,当温度为25℃、纯水条件下,压力由0.5 MPa增至2.5 MPa,对应CO_(2)溶解度由0.1627 mol/kg升至0.7141 mol/kg;CO_(2)溶解度随着温度与矿化度的升高而降低;相同质量分数下,一价阳离子溶液(NaCl、KCl)比二价阳离子溶液(CaCl_(2)、MgCl_(2))可溶解更多的CO_(2)。注入采空区中的游离相CO_(2)克服界面张力通过扩散溶解传质作用打破了采空区地层的地球化学平衡,通过明确环境温压条件、采空区水环境对IFT及CO_(2)溶解度的影响规律,阐明CO_(2)地层水气液界面效应及溶解传质机理,以期为采空区CO_(2)封存安全性及封存量评估提供理论基础。

弱碱性吸收剂碳捕集及CO_(2)富液生物再生性能

碳捕集转化一体化工艺能利用CO_(2)转化过程同步实现CO_(2)富液再生,有望降低碳捕集转化整体成本。为评价生物甲烷化与碳捕集耦合的可行性,首先,在填料塔中考察了以4.2 g/L NaHCO_(3)、6 g/L Na_(2)CO_(3)、微生物营养液配制的弱碱性吸收剂(pH=10)对模拟烟气中CO_(2)的吸收性能;其次,在厌氧瓶内利用生物甲烷化过程对CO_(2)富液开展5个周期的循环再生试验。结果表明,填料塔气体流量≤1.0 L/min时,随液体流量增加,所有试验组CO_(2)去除率逐渐上升并能稳定在80%以上,该填料塔液体流量宜≤0.9 L/min;不同气体流量(0.4~1.2 L/min)下填料塔体积总传质系数基本稳定在17~19 mol/(h·kPa·m^(3));CO_(2)吸收导致吸收液中NaHCO_(3)增加、Na_(2)CO_(3)减少,二者变量比值在1.2~1.9。气体流量为0.6 L/min、液体流量为0.7 L/min时,在维持80%以上CO_(2)去除率的前提下,该弱碱性吸收剂可循环使用6次,此时活性组分CO_(3)^(2-)利用率达89.5%,形成的CO_(2)富液中总无机碳量为0.127 mol/L,pH为8.82,能为生物甲烷化微生物提供适宜的生长环境。CO_(2)富液循环生物再生试验表明,每次再生后的吸收剂CO_(2)吸收量基本稳定在69.6~78.6 mmol/L,且再生期间CH 4产生过程具有良好的重复性;再生试验后,Firmicutes、Actinobacteriota等耐碱性门水平细菌得到一定富集;氢营养型产甲烷菌在再生前后古菌属中占比均接近99%,但再生试验期间弱碱性环境导致Methanobrevibacter相对丰度降低了19.5%,unclassified_f_Methanobacteriaceae增加了18.7%。初步证实了碳捕集耦合生物甲烷化工艺的可行性。

高压强下2μm波段CO_(2)宽光谱吸收测量与分析

利用宽带可调谐掺铥光纤激光器开展了覆盖152 kPa至932 kPa的2µm波段CO_(2)宽光谱吸收测量实验,通过将实测谱与基于HITRAN数据库计算的理论谱进行峰值匹配完成了波长定标,然后将基线表示为三次多项式并结合理论光谱数据,对原始信号做基线-吸收线整体拟合得到了与实验参数设置相吻合的压强、温度和CO_(2)浓度信息。其中压强计算误差低于5%,温度计算误差低于1%,实测谱与理论谱的整体残差在0.04以内。另外对比了窄带吸收谱与宽带吸收谱的吸收面积反演结果,验证了宽光谱吸收技术在高压测量环境下的可靠性,在温度、气体摩尔分数近似不变的情况下,宽带吸收谱反演的吸收面积与压强在测量范围内保持了良好的线性关系。

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。

电石渣改性制备高效CO_(2)复合吸收剂

电石渣是典型的高钙工业固体废弃物,具有优异的CO_(2)吸收性能,但是在钙循环中纯电石渣的反应活性和CO_(2)吸收性能会随着循环次数的增加而降低。本文以电石渣为钙源,以MgO和ZnO为掺杂剂合成高效稳定的钙镁锌复合吸收剂,在固定床反应器中探究了合成工艺条件及掺杂量对复合吸收剂CO_(2)吸收性能的影响,以及循环吸收过程中吸收剂内部结构的变化。结果表明,利用干物理混合法合成的吸收剂比湿混合法具有更丰富的孔隙结构,Mg和Zn元素在电石渣表面分散均匀,有效改善了电石渣的抗烧结性能和反应活性,改性后的复合吸收剂在循环过程中具有更高的CO_(2)吸收性能,且20次循环后,干物理混合法合成的复合吸收剂CO_(2)吸收量仍可达0.42 g/g。

含乙醇胺三元低共熔溶剂吸收CO_(2)的研究

以氯化胆碱(ChCl)、甘油(Gly)、乙醇胺(MEA)为原料,制备了ChCl-Gly-MEA三元低共熔溶剂(DES),研究了其在室温和常压下对CO_(2)的吸收性能。在ChCl、Gly、MEA具有不同物质的量之比(1∶1∶4、1∶1∶6、1∶1∶8、1∶1∶10)的4种样品中,当ChCl、Gly、MEA物质的量之比为1∶1∶10时,CO_(2)的吸收量最大,每克DES中CO_(2)的吸收量为0.18 g。CO_(2)流速越高、含水量越低,则ChCl-Gly-MEA三元DES对CO_(2)的吸收量越大。ChCl-Gly-MEA三元DES对CO_(2)的吸收机理同时存在物理吸收和化学吸收,MEA的加入会显著提高其化学吸收作用。经5次吸收-解吸-再吸收后,ChCl-Gly-MEA三元DES仍保持97.3%的再生效率,说明ChCl-Gly-MEA三元DES具有良好的再生性。

MDEA/正丁醇/水溶液的CO_(2)平衡溶解度和吸收热实验研究

在胺/物理溶剂/水相变吸收体系中,由于物理溶剂取代了相变吸收剂中的部分水,导致溶液的物化性质发生改变,从而影响了溶液的热力学性能。采用静态平衡法和绝热量热法对物理溶剂型液液相变吸收剂N-甲基二乙醇胺(MDEA)/正丁醇/水溶液在不同吸收温度和溶液配比下的CO_(2)平衡溶解度和吸收热变化规律进行了分析。结果表明,与CO_(2)的化学溶解度相比,吸收温度的升高对CO_(2)物理溶解度的负面影响更大;溶液富相黏度随着MDEA含量(质量分数,下同)或正丁醇含量的增加而不断增加,导致气液相间的传质阻力不断上升,当溶液中CO_(2)溶解度超过1.0 mol/mol时,溶液中正丁醇含量越高,其平衡溶液度曲线越平缓。溶液的反应热随着吸收温度的升高而增加,当吸收温度超过333.15 K时,在水的作用下MDEA与CO_(2)的反应将向逆反应方向移动;当CO_(2)溶解度低于0.3 mol/mol时,溶液的化学吸收占据主导地位,导致不同正丁醇含量的溶液反应热基本一致;当CO_(2)溶解度超过0.3mol/mol时,物理溶剂溶解CO_(2)的优势得以体现,使得吸收热下降的幅度增大。

EDTA间接滴定法快速检测CO_(2)吸收液中碳酸氢根与碳酸根总量的研究

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是减少二氧化碳(CO_(2))排放的有效措施之一,其中化学吸收法应用广泛且技术成熟。在化学吸收法中,用碱性溶液吸收CO_(2)后,CO_(2)吸收液中存在一定量的碳酸氢根和碳酸根,准确测定CO_(2)吸收液中碳酸氢根和碳酸根的总量,可确定CO_(2)吸收液的CO_(2)吸收量。根据脱硫废水(作为CO_(2)吸收液)的水质组分及其复杂性提出了采用EDTA间接滴定法快速测定CO_(2)吸收液中碳酸氢根和碳酸根的总量(以碳酸根计,下同)。对碳酸氢根和碳酸根系列标准溶液的测定结果表明,系列标准溶液的标准曲线线性拟合系数均大于0.9993,线性拟合范围为100~2500 mg/L,因此EDTA间接滴定法测定碳酸氢根和碳酸根总量的检测范围为100~2500 mg/L。对实际工程水样的测定结果显示,测定结果的相对标准偏差为0.92%~1.28%(n=5),准确性较好,EDTA间接滴定法测定碳酸氢根和碳酸根总量具有现实可行性。

微通道反应器内低共熔溶剂/水混合物吸收CO_(2)的传质特性

为了探索低共熔溶剂在CO_(2)吸收过程中的应用前景,通过实验对康宁先进流动反应器内低共熔溶剂/水混合物吸收CO_(2)的传质特性进行了研究,并与目前常用的CO_(2)吸收剂(N-甲基二乙醇胺的质量分数为30%的水溶液)进行了比较和分析。结果表明,当低共熔溶剂/水混合物吸收剂体积流量qV,L不变、气相体积流量qV,G增大时,反应器的吸收负荷、体积传质系数均随之增大;而吸收率在qV,G较低时随qV,G增大而增大,当qV,G较大时,吸收率变化趋于平缓;当qV,G不变、qV,L增大时,吸收负荷、体积传质系数随之减小,但压降随之增大,而吸收率在qV,L较小时随qV,L增大而减小,当qV,L较大时变化趋近平缓。采用气、液相Re数、液相Sc数及增强因子等自变量,建立了体积传质系数关联式和压降关联式,平均绝对偏差分别为4.19%和1.74%,最大绝对偏差分别为13.9%和11.7%。

液体吸收剂捕集燃烧后CO_(2)的研究进展

近年来,以胺溶液、氨溶液、碳酸盐溶液等为代表的液体吸收剂在捕集CO_(2)方面表现出了处理能力大、价格廉价、技术成熟和应用广泛等特点,未来有望成为更经济、高效、绿色和可持续的碳捕集材料。本文首先综述了目前使用液体吸收剂捕集燃烧后CO_(2)的现状,介绍了液体吸收剂捕集CO_(2)的机理、影响因素以及增强捕集性能的策略和挑战。然后对比了各种液体吸收剂在捕集CO_(2)方面的优缺点,并展望了液体吸收剂未来发展的前景。分析表明,单一液体吸收剂在捕集CO_(2)方面性能相对较差,可以通过添加剂、抑制剂和共混物等手段进行改良。对现有工艺改进并结合新技术可以降低捕集过程中的能耗,但经济评估仍需加强。此外,当前的研究主要集中于单组分气体或双组分混合气体,未来的研究应多开展使用液体吸收剂捕集多组分混合气体中的CO_(2)。

考虑水相中CH_(4)与CO_(2)竞争溶解的CO_(2)驱油数值模拟

为明确CO_(2)和CH_(4)在水相中的相互作用及其竞争溶解对油藏CO_(2)驱油过程的影响,建立了考虑CO_(2)和CH_(4)竞争溶解的CO_(2)驱数值模拟模型,该模型修正了不同CO_(2)浓度下CH_(4)的溶解度,并改进了表征CH_(4)溶解能力的平衡常数。模拟结果表明:在CO_(2)和CH_(4)竞争溶解作用下,气体组分的分布发生了显著变化,影响气油比和含水率的波动,进而对油藏生产动态产生影响。在竞争溶解作用下,气相中CH_(4)质量分数增加,进一步证实了CH_(4)与CO_(2)之间相互作用的复杂性。该模型可以真实反映CO_(2)驱油过程中的气体相互作用。

溶气原油CO_(2)溶解度预测模型

目的解决目前气体溶解度模型难以应用于溶气(CO_(2))原油等问题。方法利用自行设计建设的可承压搅拌釜装置研究了集输温度和压力对CO_(2)溶解度的影响规律,利用亨利定律对实验规律进行了分析,并建立了适用于集输环境下的CO_(2)溶解度计算模型。结果该模型创造性地引入了与实际压力和常压比值相关的4个参数,消除了已有模型的量纲问题。经过实验及文献数据验证,发现新的CO_(2)溶解度模型计算值与实验值相对误差最大为32.5%,与3种经典预测模型计算误差动辄超过50%相比有了明显改善,且绝对误差可以控制在2 L/L(以原油计)以内。结论基于该模型预测效果的显著提升,可以有效应用于溶气原油工业集输过程,对保障原油输运具有重要工程意义。

吸收式制冷压缩CO_(2)储能系统性能分析

提出了一种结合了吸收式制冷循环的压缩CO_(2)储能系统,该系统采用分流的方式,将一部分CO_(2)引流至二级压缩机,将压缩产生的热量提供给吸收式制冷循环,使其启动工作并提供冷量给主路CO_(2),同时使用高压罐储存液态CO_(2),从而提高系统的储能效率。此外,对该系统进行了热力学分析和多目标优化。结果表明:在设计工况下,吸收器、一级压缩机、透平和级后换热器的[火用]损较大;本系统的储能效率随着冷凝压力、压缩机等熵效率和透平等熵效率的增加而提高,而储能压力的增大会使系统的储能效率降低;系统的最佳储能效率为68.70%,能量密度为0.153 kW·h/m^(3)。

基于马尔科夫理论优化的地下咸水层CO_(2)溶解性能灰色预测模型

在地下咸水层封存过程中,CO_(2)的溶解反应将会影响其封存容量和稳定性,并对周围环境和生态系统造成不利影响。为合理分析CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,基于马尔科夫理论对灰色GM(1,1)模型进行优化,构建CO_(2)溶解性能灰色预测模型。通过预测单因素影响下CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,科学分析模型预测值与实测值的平均相对误差。结果表明:通过压强、温度及矿化度分析不同影响因素对CO_(2)在水中溶解性能,得出CO_(2)溶解性能灰色马尔科夫优化预测模型预测值与实测值的平均相对误差分别为0.37%、17.73%、0.21%;与灰色GM(1,1)模型相比,预测结果的平均相对误差分别降低了0.35、1.56、3.41百分点,CO_(2)溶解性能灰色预测模型预测精度更高。研究成果为CO_(2)在地下咸水层中的溶解封存提供数据支撑。

基于激光吸收光谱的CO/CO_(2)/H_(2)S浓度同步在线测量研究

CO、CO_(2)、H_(2)S是燃煤锅炉炉内气氛重要组成部分,其浓度不仅能够反映燃烧工况,还可作为水冷壁高温腐蚀程度判断依据,因此实现CO、CO_(2)、H_(2)S浓度的准确测量意义重大。首先采用波长调制-直接吸收(WM-DAS)方法结合约40 m长光程Herriott池,在室温低压下,开展不同CO/CO_(2)浓度配比下三种气体吸收率同步测量实验,结果表明三种气体的吸收率测量值与理论计算值相近,相对误差在6.82%以内,测量结果可靠性较高;然后对不同浓度CO/CO_(2)(0~2000μL·L^(-1))、H_(2)S(0~20μL·L^(-1))进行动态测量,结果表明,测量系统对三种组分浓度变化的响应具有较好的线性度。

基于直接吸收光谱深度学习神经网络模型的CO_(2)浓度检测研究

CO_(2)是温室气体的主要成分之一,其对全球气候变化和环境质量有重大影响,燃煤电厂作为我国最大的CO_(2)排放源,面临着严峻考验。为准确、快速、低成本地检测燃煤电厂CO_(2)浓度,促进燃煤电厂低碳发展,本文利用分布反馈半导体激光器构建了一种高灵敏度的CO_(2)气体检测系统,同时采用HITRAN数据库作为深度学习模型的数据集,建立了一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)模型,采用反向传播神经网络算法检测CO_(2)浓度并与直接吸收技术进行了对比,并通过K折交叉验证法和调整模型参数来提升1D-CNN模型的性能。结果表明,1D-CNN模型的决定系数R^(2)值可达到0.9997,相对误差为1.07%,绝对误差为7.88 mg/m^(3),模型建立较为符合要求;利用1D-CNN模型调用最优参数,对比预测数据和真实数据,平均相对误差为6.06%,平均绝对误差为17.97 mg/m^(3),决定系数R^(2)=0.99941,可得模型的预测结果具有较高的精度。这种基于直接吸收光谱深度学习神经网络模型的气体浓度检测模型在测量CO_(2)气体浓度方面具有较高的准确性和可靠性,可为电力行业的环保监测和节能减排提供有力的技术支持。

基于专利数据的CO_(2)捕集工艺节能降耗化学吸收剂的技术研发方向研究

CO_(2)捕集技术是CCUS工艺系统中最关键的环节,化学吸收法是发展最为成熟的燃烧后CO_(2)捕集方法。本文从CO_(2)捕集工艺节能降耗化学吸收剂的角度,采用专利定量方法对CO_(2)工艺节能降耗化学吸收剂技术发展以来的国内外专利进行分析,对全球与中国专利申请宏观态势、专利技术情况、各国专利技术流向等进行了研发阶段的专利导航,以期为国内相关研究人员在专利技术布局、专利竞争态势等方面提供专利申请建议。

太阳能-余热联合驱动吸收过冷CO_(2)制冷-淡水联产系统性能分析

为了同时满足制冷和淡水的共同需求,提出了太阳能-余热联合驱动吸收过冷CO_(2)制冷-淡水联产系统(AbsCWCS),在提高CO_(2)制冷系统能效的同时可生产淡水。建立系统的热力学模型,分析了环境温度和太阳辐射强度对系统能效(COP)的影响。此外,为进一步分析气候条件的影响,选取5个典型缺水城市,对年度性能系数(APF)和年淡水产量进行了评估。结果表明:Abs-CWCS的COP和淡水产量均显著提升,与基础CO_(2)增压制冷-淡水联产系统(Base-CWCS)相比,COP提高了1.95%~41.02%,淡水产量增加了0.8~28.6倍,Abs-CWCS的CO_(2)制冷系统排气压力可降低7.86%;AbsCWCS可有效提高系统的APF,5个典型缺水城市的APF可提升3.66%,年淡水产量的提升率可达9.54%~64.62%。研究结果为同时解决制冷和淡水需求提供了可靠的解决方案。

咸水层中CO_(2)溶解性能预测方法优选

CO_(2)在咸水层中的溶解性能是估算CO_(2)溶解埋存量的重要参数。为了快速经济地评价分析CO_(2)在咸水层中溶解性能,基于目前不同温度、压强、矿化度下CO_(2)在水中溶解性能数据,开展灰色GM(1,1)模型预测,分析预测相对误差,应用马尔科夫理论,划分状态区间并构造状态转移概率矩阵,对预测结果进行修正,提出基于灰色马尔科夫理论的CO_(2)在咸水层中溶解性能预测模型。结果表明:灰色马尔科夫模型预测值与实测值的平均相对误差分别为1.52%、17.73%、0.21%、3.97%,灰色GM(1,1)模型预测结果的平均相对误差分别为2.37%、19.29%、3.62%、3.94%,灰色马尔科夫预测值与相应实测数据更吻合,模型预测性能较好,可为CO_(2)在地下咸水中的溶解度预测提供1种新方法。