【摘 要】
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ZIF-8/2-甲基咪唑-乙二醇-水浆液(ZIF-8浆液)可以高效低耗能地分离CO2.为了进一步评估ZIF-8浆液在填料塔中分离CO2的塔效率及能耗,使用Peng-Robinson(PR)状态方程,求出CO2和ZIF-8浆液的二元交互作用参数(kCO2),将二元交互作用参数和Aspen Plus软件进行关联,对CO2/N2多级吸收分离进行过程模拟.计算结果表明在中试填料塔中,ZIF-8浆液仅需要5块理论塔板即可将CO2浓度由20％(mol)降低至2％(mol)以下,填料塔的塔板效率为25％.对中试分离CO
【机 构】
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中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京102249;中国科学院过程工程研究所,绿色过程与工程重点实验室,北京100190
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ZIF-8/2-甲基咪唑-乙二醇-水浆液(ZIF-8浆液)可以高效低耗能地分离CO2.为了进一步评估ZIF-8浆液在填料塔中分离CO2的塔效率及能耗,使用Peng-Robinson(PR)状态方程,求出CO2和ZIF-8浆液的二元交互作用参数(kCO2),将二元交互作用参数和Aspen Plus软件进行关联,对CO2/N2多级吸收分离进行过程模拟.计算结果表明在中试填料塔中,ZIF-8浆液仅需要5块理论塔板即可将CO2浓度由20％(mol)降低至2％(mol)以下,填料塔的塔板效率为25％.对中试分离CO2/N2进行能耗计算,结果表明当解吸条件为解吸温度333 K,解吸压力0.8 MPa和空气吹扫流量200 L/h时,CO2捕集等效功最低可至0.474 GJ/t CO2.在同样条件下使用ZIF-8浆液和MEA(30％(mass))水溶液进行碳捕集时,CO2捕集等效功分别为0.507 GJ/t CO2和0.957 GJ/t CO2,ZIF-8浆液的CO2捕集等效功仅为MEA水溶液的53％.
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利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理.以甘油水为分散相、含3％Span 85的环己烷为连续相,观测到了滴状-滴状流、过渡-滴状流、喷射-过渡流和喷射-喷射流4种流型;以两相流量为坐标轴绘制了流型图,并获得了流型转变线;分析了流型的转变机理.考察了分散相黏度对流型及其转变的影响机制.随着分散相黏度的增大,流型转变线整体向下移动,滴状-滴状流区域变小,喷射-喷射流区域变大.最后,运用介尺度概念分析了并行微通道内液液两相流非均匀结构的动态效应.
研究了Y型微通道吸附型纳米颗粒稳定气泡的完全阻塞破裂的动力学,破裂过程可划分为挤压阶段和快速夹断阶段,两阶段内无量纲气泡最小颈部宽度与时间均呈幂率关系.气泡破裂过程的颈部动力学表明颗粒的存在并不影响两阶段转变的临界颈部宽度,但吸附在气泡表面的颗粒层会减弱挤压阶段中连续相对气泡颈部的挤压作用,以及快速夹断阶段角区中连续相液体回流对气泡的挤压作用,进而阻碍气泡颈部的形变,延长了气泡的破裂过程.纳米颗粒稳定的气泡的指前因子m及幂率指数α均小于常规气泡,但其差值随着毛细管数Ca和气泡长度l0的增大而减小,颗粒对气
由于在流体流动、传质、传热及反应等方面良好的调控能力,微化工技术成为化工学科重要的发展领域.综述了近年来以CO2应用为背景的微化工系统中的多相流与传质的研究进展.从流体流动和传质机理出发,分别介绍了物理吸收和化学吸收过程的传质规律.总结了二氧化碳资源化利用的应用进展.展望了微化工技术在二氧化碳吸收与传质方面的发展前景.
研究了具有三维交错菱形结构的微通道对离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF4])水溶液吸收CO2过程的传质增强作用.实验主要聚焦于弹状流和破碎弹状流.考察了弹状流型下气液流量、离子液体浓度对体积传质系数kLa、增强因子E、CO2吸收率X及压力降ΔP的影响.结果表明,较之于直通道,三维菱形通道可以显著提高体积传质系数和CO2吸收率,其增强因子可达2.1,压力降仅增加0.9 kPa.提出了一个新的体积传质系数kLa预测式,预测效果良好.采用VOF法模拟了微通道内气液两相流动过程,获得了连
实验研究了T型微通道内浆料体系中弹状气泡的生成动力学,重点考察了颗粒粒径的影响.气泡的生成过程可划分为四个阶段:填充阶段、挤压阶段、过渡阶段和快速夹断阶段.在填充阶段、挤压阶段和快速夹断阶段,气泡最小颈部宽度与时间呈幂律关系.在过渡阶段,气泡最小颈部宽度与时间呈线性关系.浆料体系中气泡的挤压阶段和过渡阶段随颗粒粒径的减小而缩短.连续相流量及颗粒粒径对填充阶段幂律指数无显著影响;挤压阶段和快速夹断阶段的幂律指数以及过渡阶段的线性斜率均随颗粒粒径的增大而减小,随连续相流量的增大而增大.
将H2S和CO2混合酸气一步转化制合成气,既实现了二者无害化处理,又生产出合成气,是一条理想的废气资源化利用新路线.由于分子结构稳定,在常规条件下因受热力学平衡限制,二者转化率极低.而在低温等离子体中,H2S和CO2可被激发为高活性物种来参与反应.研究了具有不同Si/Al摩尔比的ZSM-5催化剂与低温等离子体结合实现H2S-CO2一步高选择性制合成气,显著提高了H2S-CO2转化性能.考察了ZSM-5催化剂中Si/Al比和低温等离子体放电条件等对反应的影响.其中,当Si/Al比为80时表现出最优催化性能,
为了提高Ni/SBA-16催化剂在低温下CO甲烷化中的活性,通过引入Fe助剂制备了Ni-Fe/SBA-16双金属催化剂.对催化剂进行XPS、XRD、HRTEM及EDS-mapping表征的结果表明,Fe的加入与Ni形成了Ni3Fe合金,减小了金属颗粒尺寸,使得还原后金属颗粒平均粒径从60 nm降低到30 nm左右.同时H2-TPR的结果表明,Ni3Fe合金的形成增强了金属Ni与载体之间的相互作用,从而能够减弱Ni颗粒在还原过程及反应过程中的团聚.最后,由CO-TPD和H2-TPD的测试结果可知,Ni3Fe
研究气泡浮升直径对揭示过冷流动沸腾的传热机理至关重要.为探究流动工况对气泡浮升直径的影响机制,针对发动机缸盖沸腾区域的冷却通道设计了一个水动力相似的矩形实验通道,搭建了过冷流动沸腾可视化实验循环系统.基于该可视化实验系统,研究了系统压力、壁面过热度、流速以及液体过冷度对气泡浮升直径的影响,发现气泡浮升直径随着系统压力、流速以及过冷度的增大而变小,随着壁面过热度的增大而增大.建立了气泡在浮升时刻的力平衡模型,该力平衡模型的预测值与实验值的平均相对误差为12.25％.为了便于工程应用,基于气泡浮升直径的力平衡
以表面氨基功能化修饰的介孔二氧化硅纳米微球(AS)为载体,乙醇为还原剂,通过调变前体AgNO3的还原温度,制得了四种不同银催化剂(Ag/AS),结合催化剂表征技术和催化性能研究,探讨了液相还原温度对银硅催化剂上草酸二甲酯(DMO)加氢制乙醇酸甲酯(MG)反应性能的影响规律.X射线衍射、氮气物理吸附、透射电镜、X射线光电子能谱等研究结果表明,Ag/AS催化剂随着还原温度的升高Ag颗粒的平均粒径呈指数型增大,对应的表面Ag原子配位数也随之增大.DMO吸附的原位红外光谱和DMO程序升温脱附实验表明,还原温度升高