基于不同粒径ZIF-8多孔液体的二氧化碳捕集性能

通过粒径调控策略制备了基于不同粒径ZIF-8的多孔液体(PLs),并用于CO_(2)的捕集。考察了ZIF-8粒径对多孔液体捕集CO_(2)的吸附容量、吸附速率、CO_(2)/N_(2)选择性及循环稳定性的影响,并对不同粒径多孔液体的CO_(2)吸附动力学进行研究。结果表明,多孔液体中具有永久的孔隙结构,不同多孔液体均具有优异的流动性。3种不同粒径的多孔液体室温下放置60 d或4500 r/min下离心5 min后均未出现聚集、沉积现象,表明不同粒径多孔液体均具有较好的稳定性。由不同粒径ZIF-8合成的多孔液体对CO_(2)的吸附过程包括物理吸附和化学吸附。其中,ZIF-8粒径为43 nm的多孔液体ZIF-8-PLs(43)对CO_(2)的饱和吸附容量最大,为63.0 mg/g;ZIF-8-PLs(145)展现了较快的CO_(2)吸附速率,准二级动力学常数为1.91×10^(-3)g/(mg·min);ZIF-8-PLs(1400)具有最高的CO_(2)/N_(2)选择性,是ZIF-8-PLs(43)的4.7倍;3种多孔液体经过4次再生后均具有较好的循环稳定性。

利用粉煤灰与可循环碳酸盐直接捕集固定电厂烟气中二氧化碳的液相矿化法

提出了采用可循环碳酸盐混合物促进粉煤灰在液相中捕集封存燃煤烟气中CO2的工艺,考察了3种中国粉煤灰的矿化性质,并对神府煤粉煤灰做了重点研究,考察不同添加剂、Na2CO3浓度、不同气氛、固液比、搅拌速度、温度等参数对神府煤粉煤灰矿化反应的影响。提出了以碳酸盐混合物为添加剂的新思路,并实验验证了添加剂循环使用的途径和方法。试验选取Ca转化率（ζCa）和产物中的CaCO3含量两个指标对矿化效果进行评价。采用XRD和SEM对粉煤灰进行物相分析和形貌分析,采用TGA测定反应后固体产物中二氧化碳的吸收量,采用总碳和无机碳分析仪对试验所得液体产物进行碳含量分析。结果表明固液比、搅拌速度对ζCa的影响非常小,而提高反应温度能显著提高ζCa。当以Na2CO3为添加剂时,矿化效果最好,Na2CO3的最佳浓度为0.5mol/L,Na2CO3在矿化过程中可以再生从而实现循环利用。

CO_2捕集测试装置能量平衡分析

应用于火电厂的烟气CO_2捕集技术是能实现大规模降低CO_2排放的主要手段之一,然而CO_2捕集系统的高能耗制约了这一技术的应用和商业化推广。文中依托一套建于燃煤电厂的1000t/a的CO_2捕集试验装置的运行测试,对捕集系统进行了能量平衡分析,建立了热平衡方程,对热量输入与输出进行了计算与比较,计算结果验证了热平衡方程的准确性。此外考察了系统主要冷却换热器的冷却负荷分布,结果显示承担再生气冷凝功能的再冷换的冷却负荷占了全系统冷却负荷的54%。针对能量平衡分析中发现的主要问题,提出了从能量利用角度提高工艺性能的两项技术措施,提高系统能量利用率。

乙醇胺(MEA)法燃煤电厂CO_2捕集系统尾气二次污染分析

在某燃煤电厂用乙醇胺(MEA)作吸收剂进行了CO2燃烧后捕集中试,并对系统的排放物进行了分析。吸收塔尾气和再生气用GASMET烟气监测系统进行在线监测,可得到二者组分及含量。结合电厂烟气、连续监测系统(CEMS)数据及实验室溶液分析,根据烟气数据对MEA的挥发及降解情况作了研究,比较了系统前后烟气组分的变化,讨论其尾气对环境是否造成二次污染。试验结果表明:MEA在吸收塔中主要发生氧化降解,在再生塔中主要发生热降解,且溶剂损耗主要来自氧化降解和挥发;降解的主要产物为NH3和乙醛,二者在气体中含量变化情况与溶液中MEA浓度变化基本一致;预洗塔能除去原烟气中部分酸性气体。故CO2捕集系统可以进一步减少电厂净烟气中的原有污染物,但也会产生新的污染组分。新生成的污染物含量很少,符合国家标准,不会造成二次污染。

1000t/a燃煤烟气CO_2捕集装置再生能耗优化试验

中国华能集团清洁能源技术研究院在华能长春热电厂开发了捕集能力为1 000 t/a的烟气CO_2捕集装置,主要用于测试各种不同CO_2吸收剂的性能以及研究系统运行参数(液气比、烟气CO_2体积分数、再生压力等)对再生能耗的影响。通过对质量分数为20%的乙醇胺MEA溶剂开展1 000 h的连续试验,文中系统研究了系统液气比、烟气CO_2体积分数以及再生压力对再生能耗的影响。数据表明,在此试验测试范围内,再生能耗随着烟气CO_2体积分数的升高而降低,随再生压力的升高而降低;试验表明,对于质量分数为20%的MEA溶剂系统,最佳液气比为3.8—4.3,CO_2最佳再生能耗约为3.6 GJ/t。

粉煤灰增湿矿化捕集CO_2工艺研究

基于粉煤灰矿化固定CO_2的捕集技术,本文提出了粉煤灰增湿矿化捕集CO_2的新工艺。通过模拟工业化生产,采用原料气入口处配湿以及炉内喷湿两种增湿方式进行过程强化,并使用热重分析仪计算矿化效率。试验结果表明,采用原料气配湿与炉内喷湿相结合的流化床工艺能显著提高粉煤灰的矿化反应性能,而且随着水蒸气浓度的提高,矿化效率相应提升。

基于TRIZ理论的碳捕集工艺设计创新方案

基于发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)的系统化创新方法,提出一种用于对化石燃料燃烧后CO2捕集工艺进行改造创新的综合方法。通过有效工艺建模,将CO2捕集工艺过程转化为由多组件构成的TRIZ分析模型,并通过分析模型各组件特征、组件连接关系等内容,采用TRIZ原理的功能分析、组件裁减、矛盾知识库、功能知识库等工具,解决CO2捕集工艺改造设计过程中的矛盾和问题,最终得到4套最终设计方案。结合CO2捕集的工艺需求与实际,分析设计方案,其中2套方案从工艺提升角度,分别运用膜分离技术与低温分离技术实现工艺提升,另2套方案从溶剂角度,提出了新溶剂的研发思路,具备降低碳捕集工艺热耗的潜力。

燃煤电厂烟气CO2捕集-甲烷化利用工艺流程模拟研究

燃煤电厂烟气中大量的CO2直接排空对环境负面影响严重,而捕集这部分CO2并利用可再生能源制氢将其转化为CH4等能源产品,可以同时实现环境保护和能源转换与储存。本文对CO2捕集-甲烷化利用工艺流程进行了详细的模拟分析,并核算了这一耦合工艺的能耗、碳排放以及经济性。模拟结果表明:捕集工段中CO2捕集率可达79%,获得摩尔分数98%的CO2;甲烷化工段中最终得到CH4摩尔分数为91%~94%的产品气。此过程若采用可再生能源制氢工艺提供H2,则可显著降低总能耗,实现CO2净减排。在未来可再生能源制氢成本大幅下降或能够获得大量廉价氢气的情况下,此耦合工艺可获得一定的经济收益,有望成为未来燃煤电厂烟气CO2大规模工业利用的重要技术路径之一。

透水NaA分子筛膜强化的CO_(2)加氢高效制甲醇

近年来,利用可再生能源产生的绿氢与CO_(2)反应制备甲醇备受关注。然而,由于CO_(2)催化加氢反应受热力学平衡限制,CO_(2)的转化率与甲醇选择性较低;另外,副产物水易导致催化剂失活。本研究采用母液晶种法在α-Al_(2)O_(3)膜管外制备了无缺陷的单通道NaA分子筛外膜,通过在膜管外填充Cu基催化剂,构建了一种分子筛膜-催化剂反应分离双功能反应体系,以同时实现CO_(2)加氢生成甲醇和在线选择性除水。通过XRD、SEM、N_(2)等温吸附-脱附、H_(2)-TPR表征技术对NaA分子筛膜和催化剂进行理化性质表征,并在膜反应器上对催化剂的CO_(2)催化加氢性能进行评价。结果表明,与传统固定床反应器对比,本反应体系可有效拉动反应平衡,大幅提高CO_(2)转化率。在250℃、3MPa条件下,CO_(2)转化率由3.34%提高至28.78%,甲醇收率由3.28%提高至27.62%。

MOFs基多孔液体的制备及CO_(2)吸附分离应用

多孔液体(PLs)是一种结合了多孔固体材料永久孔隙和液体流动性的新型液体材料,在气体吸附和分离、催化等应用领域中展示出巨大的潜力。金属框架材料(MOFs)因其高的比表面积、热和化学稳定性、独特的结构以及制备简单的特点有望成为构筑PLs多孔宿主的最佳候选材料之一。近些年来,基于MOFs(ZIF-8、ZIF-67、Ui O-66等)基多孔液体相关研究被陆续报道。首先,该文介绍了多孔液体的分类;其次,总结了近些年来MOFs基多孔液体的制备以及应用;最后,对MOFs基多孔液体的制备存在的挑战与未来的发展方向进行了总结与展望。

压裂液与煤岩相互作用实验研究

煤层气通常需要借助压裂改造措施来实现经济开采,但常用压裂液与煤岩之间相互作用的规律仍不清楚,这不利于煤层的压裂液选择和压裂施工设计。文中通过开展压裂液(CO2压裂液、活性水)与煤岩相互作用实验,研究了不同压裂液对煤岩性质的影响规律。结果表明:煤岩经CO2压裂液浸泡后,其矿物组成发生变化,方解石质量分数显著降低,黄铁矿次之,石英、有机质及黏土矿物质量分数略微增加,伊利石和高岭石被轻微溶蚀,煤岩溶蚀孔隙数量增多,孔隙度和渗透率增大,抗压强度降低幅度为46.0%;煤岩经活性水浸泡后,其矿物组成基本不变,高岭石发生轻微水化膨胀,煤岩孔隙度及渗透率降低,抗压强度降低幅度为1.6%;CO2压裂液比活性水压裂液更有利于煤层气压裂改造。

直接空气捕碳材料研究进展

全球气候变化是对人类可持续发展的最大威胁,控制CO排放是应对气候变化的主要举措。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术作为一种负排放技术,能够对交通、农林、建筑行业等分布源排放的CO进行捕集。DAC材料的性能及成本是决定DAC技术能否实现大规模应用的最主要因素。综述了DAC材料的技术发展现状,总结了化学吸收材料、化学吸附材料、物理吸附材料和双功能碳捕集材料的性能指标和优缺点,并对不同的DAC材料进行了技术经济性分析,指出开发低成本、高通量、高选择性、高稳定性的碳捕集材料是实现DAC技术规模化应用的关键。

燃煤电厂烟气新型CO2吸收剂开发与工程应用

化学吸收法是目前燃煤电厂CO2捕集中最成熟和最具规模化应用潜力的技术,但该技术能耗和成本较高,吸收剂的革新是CO2捕集技术性能提升的关键之一。本文从电厂烟气特点出发,结合对有机醇胺类吸收剂不同单体特性的分析和比较,优化设计了混合胺吸收剂的配方,利用实验室气液反应平衡和反应焓一体化测试,筛选出优选配方HNC-5吸收剂,吸收反应焓较乙醇胺(MEA)低约20%,且吸收速率更快。真实烟气条件下1000 t/a CO2捕集中试装置测试表明,HNC-5性能指标与实验室测试结果一致,CO2捕集率高于90%,而再生热耗较MEA降低20%左右。12万t/a CO2捕集示范系统连续运行结果表明,运行期间HNC-5再生热耗1 t CO2约2.8 GJ,1 t CO2捕集成本降低约63元,吸收剂使用寿命更长,更有利于提高捕集系统的可用性和可靠性。

电厂烟气低浓度CO2的粉煤灰直接液相矿化技术

以粉煤灰为原料采用直接液相法矿化封存燃煤电厂烟气中CO2是一种适合我国国情的新型CO2捕集与利用一体化技术。本文考察了粉煤灰物相组成、温度、固液比、气速、压力等工艺条件对矿化反应的影响,采用X射线粉末衍射、热重分析等手段研究了温和条件下粉煤灰的矿化反应机制。研究表明,增大悬浮液固液比能够有效增加CO2捕集能力但是会降低钙的转化率;烟气流速超过一定值后,CO2溶解成为决速步,Ca转化率达到饱和;温度对矿化反应有重要影响,对工艺温度条件的研究是进一步提高矿化反应效果的关键。当反应条件为温度60℃、固液比100 g/L、烟气流速350 mL/min时,北京粉煤灰对CO2的封存能力达到最大值(66 kg CO2/t粉煤灰,ςCa=50.86%)。基于该技术设计了5万t/a CO2直接液相矿化装置,估算了设备投资和运行成本。与国外采用天然矿石原料的CO2矿化技术相比,该技术反应条件更加温和,同时实现粉煤灰利用与温室气体减排,技术前景广阔,对我国未来实行碳中和目标具有价值。

天然裂缝角度对水力压裂的影响数值分析

为了分析天然裂缝对水力压裂的裂纹发育影响情况,开展了页岩水力压裂模型试验,实验结果显示天然裂缝对裂纹有多种不同的影响效果。通过cohesive单元设置不同的天然裂缝角度分析天然裂缝角度对水力压裂的影响,得到当岩层处于均匀的地应力状态下,天然裂缝角度会影响水力裂缝的扩展路径以及裂缝宽度。水力裂缝沿着天然裂缝延伸时,天然裂缝角度不同会影响水力裂缝的裂缝宽度。天然裂缝的角度θ会影响压裂液向周围岩体的渗流方向以及渗流速度,随着角度的增加,渗流速度降低。天然裂缝角度θ会影响孔压的大小,孔压的影响范围以及应力分布。

低温洗涤法烟气脱硫脱碳工艺模拟研究

本文提出了一种通过低温戊烷液体洗涤烟气将CO2和SO2同时冷凝脱除的烟气处理工艺。该工艺采用2塔喷淋冷却方式冷却烟气,第1个喷淋塔采用冷冻水喷淋降温至接近冰点,第2个喷淋塔采用低温正戊烷液体喷淋降温至SO2和CO2的凝华温度,洗涤冷凝得到的SO2、CO2和H2O等组分不溶于正戊烷,故而从洗涤液分离出来。本文基于ASPEN PLUS软件建立600 MW燃煤机组低温冷凝法脱硫脱碳工艺模型,通过物料和能量平衡计算,对SO2和CO2脱除效率和系统能耗进行了分析。结果表明:将烟气降温至–116℃时,CO2捕集率达到90%,SO2脱除率接近100%;当捕集的CO2以气态形式存在时,系统能耗约为80.25 MW(188.6 kW·h/t),当捕集的CO2以液态形式存在时,系统能耗约为114.56 MW(269.2 kW·h/t),比传统醇胺吸收法脱碳能耗降低30%左右。

生物质副产物粗甘油制备丙烯酸

以粗甘油为原料,采用新型负载型杂多酸催化剂和氧化物催化剂,通过两段反应制备丙烯酸。利用BET、NH_3-TPD、FTIR和原子吸收光谱分析等方法分析了粗甘油中不同杂质的影响。实验结果表明,粗甘油中的无机盐离子是造成粗甘油脱水产物丙烯酸收率降低、乙酸收率增加的主要原因。Na^+和K^+等碱金属杂质沉积在HPW/Cs-SBA催化剂表面,导致催化剂的比表面积和孔体积显著降低,平均孔径增大,催化剂上大量的中强酸性位点转化成弱酸性位点,酸性位点的总量也有所下降。只需对粗甘油进行脱盐处理,而不需要脱除其他有机物杂质即可用于脱水制备丙烯酸,反应70 h内丙烯酸收率稳定在86%左右,与使用精制甘油时的效果相当。

新型无硫甲醇富液直接脱碳技术模拟研究

提出了一种新型无硫甲醇富液直接脱碳技术,该技术通过对高浓度CO2的无硫中压甲醇富液直接压缩分离得到高纯度CO2产品,简化了原有脱碳工艺流程,不需要脱盐水以及分子筛等吸附干燥装置,无废弃物排放。采用Aspen Plus软件建立了新型无硫甲醇富液直接脱碳稳态模型,并与常规的低温精馏脱碳工艺实际运行参数进行对比分析。数值模拟结果表明:相较于常规低温精馏脱碳工艺,无硫甲醇富液直接脱碳技术的生产能力提高了20%,CO2捕集效率达到88%以上,单位捕集量的能耗减少20%,水耗减少60%,捕集成本降低了30%。新型无硫甲醇富液直接脱碳技术是一项发展前景广阔,可在煤化工和石油化工行业推广应用,便于工程化的CO2捕集技术。

基于反应动力学的煤气化技术模拟与分析

针对煤气化技术中具有代表性的固定床加压气化技术和水煤浆加压气化技术,以真实的煤热解产物分布实验数据为依据,考虑气化炉内发生的主要物理化学过程,通过ASPEN PLUS软件进行详细分区模拟,建立了基于反应动力学的煤气化模型。结果表明,基于反应动力学的煤气化技术模拟能真实反映气化炉内实际运行情况。

骨架锌Zn-HZSM-5分子筛催化剂上甲醇制汽油反应动力学（英文）

通过水热晶化法,合成含有骨架杂原子Zn的Zn-HZSM-5分子筛催化剂,采用XRD、BET、NH3-TPD表征催化剂结构和物化性能,在微型固定床反应器中测定催化剂的甲醇制汽油反应性能和反应动力学数据,研究Zn-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油本征反应动力学。结果表明,杂原子Zn引入ZSM-5分子筛骨架后增加对产物汽油选择性有利的弱酸量。采用Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型,通过四阶龙格库塔法和最小二乘法对实验数据的回归,计算反应速率常数为k_1=1. 154×10^(12)exp (-97600/RT),k_2=0. 687×10^(12)exp (-105200/RT)和k_3=1. 739×10~7exp (-84700/RT)。以目标残差函数OF参数值为检验模型的标准,模拟值和实验值的相关系数R^2均在0. 993以上。因此Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型可以准确描述Zn-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油反应动力学行为。