沼气中CO2化学吸收传质性能分析与传质系数建模

以气相总体积传质系数为指标,在乱堆鲍尔环填料吸收塔内研究了乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)和哌嗪(PZ)4种典型吸收剂对模拟沼气中CO_2的吸收传质性能,考察了吸收剂浓度、吸收剂温度、吸收剂体积流量、CO_2负荷、气体流量与CO_2分压的影响,并建立了MEA、DEA和PZ的气相总体积传质系数的计算经验模型。结果表明,相同吸收剂浓度条件下,PZ具有最优的CO_2传质性能,MEA和DEA次之,TEA最差。随着吸收剂浓度的增加,除TEA外,其他3种吸收剂的气相总体积传质系数均大幅增加,填料塔出口CO_2体积分数大幅下降,且MEA在3.27 mol/L时可获得最高的气相总体积传质系数(1.37 kmol/(m~3·h·k Pa));提升吸收剂体积流量、吸收剂温度、气体流量及降低吸收剂初始CO_2负荷均可有效增加吸收剂的气相总体积传质系数,但CO_2分压变化对气相总体积传质系数影响不显著。最后,建立了MEA、DEA和PZ吸收剂的气相总体积传质系数的计算经验公式,且气相总体积传质系数的试验值与计算值之间的绝对平均误差均小于14%。     

反应条件对MEA溶液提纯沼气传质性能的影响

对吸收剂浓度、进气流量及CO2体积分数、进液温度等反应条件对MEA溶液吸收沼气中CO2过程的八田数Ha、增强因子E及总体积传质系数KGae的影响进行了实验研究,并对吸收过程中反应对传质性能的影响及拟一级反应的条件进行了分析。结果表明:吸收过程中的八田数Ha、增强因子E及总体积传质系数KGae随吸收剂浓度增加而增大;随进气中CO2体积分数增加而减小;当进气流量增加时,Ha、E减小,KGae先增大后减小;Ha、E及KGae随吸收温度增加而增大,当吸收温度高于57.4℃时,KGae逐渐减小。在此条件下,仅当吸收剂浓度高于2.5 mol/L或者进气流量低于5.73 kmol/(m2·h)时,MEA与CO2的反应可用拟一级反应描述。研究结果可为沼气提纯工艺的优化及技术开发提供参考。     

基于Aspen HYSYS的沼气中CO2气体低温液化分离技术

基于沼气主要成分CH4气体和CO2气体物理性质的差异,利用PR方程,得出不同CH4体积分数下,沼气泡点和露点的温度和压力;在Aspen HYSYS平台中,设计了低温液化分离沼气中CO2气体的流程,仿真分析了低温液化对CH4体积分数和CO2体积分数的影响.根据低温液化分离沼气中CO2气体的流程,对沼气进行纯化实验,结果表明:实验结果与模拟结果相吻合;液化分离后CH4体积分数从58.2％升至82.8％,CO2体积分数由36.4％降至8.8％,N2+ O2体积分数小于4.0％.     

CH4/CO2混合气中CH4的变压吸附法提纯试验

选择几种商业化的分子筛,在常温(25℃)、低压(0.2 MPa)下,进行CH4与CO2混合气的动态吸附分离性能试验.结果表明:3A和4A分子筛对CO2的吸附量很小,而5A和13X分子筛都能较好地分离CH4与CO2.混合气在13X分子筛上的分离系数要高于5A分子筛,表明13X分子筛对CH4与CO2的分离效果更好.但5A和13X分子筛使用一次之后,都不能通过抽真空法完全再生,原因是吸附剂被吸附质毒化,红外光谱可以解释这一原因.5A和13X分子筛要成为产业化沼气净化的吸附剂,再生性能还需要进一步提高.     

碳基吸附剂提纯CH4/CO2混合气中CH4的研究

在常温(25℃)低压(0.2 MPa)下,测定市售碳基吸附剂(活性炭和碳分子筛)对CH4与CO2混合气的动态吸附分离性能,并与13X分子筛性能进行比较.结果表明:碳分子筛能较好地分离CH4与CO2,但分离选择性不如13X分子筛.然而碳分子筛可以通过抽真空法或惰气吹扫法完全再生,这一性能优越于13X分子筛.碳质吸附剂的再生耗能低于以13X为代表的沸石分子筛,更有利于成为变压吸附法净化沼气的吸附剂.     

减压浓缩对沼液CO 2 吸收性能和植物生理毒性的影响

利用减压浓缩试验装置在50℃和2 k Pa下对沼液进行浓缩,分别测试了沼液、沼液浓缩相及冷凝回收稀相的CO2吸收性能和植物生理毒性。结果表明,沼液减压浓缩到4倍时,沼液浓缩相p H值升高至8.73,其饱和CO2吸收负荷增加26.70%,氨氮去除率为86.41%。浓缩相中的大部分氨氮以自由氨的形式转移到沼液稀相中,使稀相p H值达到10.05,饱和CO2吸收负荷达0.075 mol/L。但浓缩相和稀相的净CO2吸收容量之和比原沼液降低21.3%,其主要原因在于减压浓缩过程中自由氨的挥发损失。用原沼液、浓缩沼液及稀相的富CO2溶液育种时,大白菜种子的发芽指数(GI)均大于0.8,表现出较低的植物生理毒性,说明减压浓缩可降低消纳沼液所需的农田面积。试验中也对不同类型CO2吸收强化添加剂的性能进行了比较。在相同的CO2吸收强化性能要求下,钠盐添加剂组富CO2沼液的植物生理毒性低于氨水添加剂组,其主要原因在于添加氨水导致了沼液氨氮含量的大幅增加。     

基于膜空气吹扫技术的农业温室增施CO2研究

以甘氨酸钾（PG）富CO2溶液（富液）为对象,研究了采用膜空气吹扫技术将富液CO2再生与温室CO2气肥增施融合的可行性,并得出了设施番茄栽培的增施CO2方案。结果表明：在40~80℃时,PG富液初始CO2负荷越高,CO2再生程度越大,释放的CO2量越多,且在约60min时即可达到再生平衡。在可控参数的最佳条件下（气相流速6L/min、初始CO2负荷0.75mol/mol和再生时间60min）,仅通过调节液相流速和再生温度即可控制膜空气吹扫再生的CO2产量。针对标准农业温室（600m3）内的设施番茄栽培,可采用两种CO2气肥增施方案：先将温室内CO2浓度迅速增施至最大浓度,随后根据植物光合情况随时补充;或是先计算番茄在某一段时间内所需的CO2总气量,然后以一定速率均匀地增施到温室中。与传统增施技术相比,富液再生增施CO2技术具有更低增施成本与生态环境敏感性,成本最高可降低约58.00%。对于1000m3/d沼气产量的生物天然气工程,以富液为载体时,仅需3个连栋温室即可完全消纳沼气提纯中所需脱除的CO2。     

脱除沼气中硫化氢的吸收剂改进

针对沼气的组成,对萘醌法吸收液进行改进研究,确定用于沼气中硫化氢吸收液的适宜配方为:Na2CO3为2.5%(W),NQS为1.2 mol·m-3,FeCl3为1.0%(W),EDTA为0.15%(W),液相pH值8.5～8.8.吸收操作的液气比(L·m-3)为11～12.可以使脱硫率达到99%～99.5%.     

超重力反应器内MEA-乙醇溶液用于沼气脱碳的优化传质模型

对超重力反应器内MEA-乙醇溶液吸收沼气中高浓度CO2的传质过程进行模型化研究.该传质过程属于伴随化学反应的高浓度气体吸收过程,在传质过程中气液流量、气液相温度会有较大的变化.在实验部分进行了MEA-乙醇溶液的CO2吸收能力测试实验,为模型的建立提供了基础数据;进行了超重力反应器内4.92 mol·L-1的MEA-乙醇...     

3种吸附剂不同压力下脱除沼气中CO_2对比实验

研究了不同压力下常用几种吸附剂脱除沼气中CO2的效果,以提高混合气体中CH4的浓度,并得出最佳吸附压力,从而为工业生产提供沼气净化的吸附剂。本实验选取工业上常用的ZGA-高强度活性氧化铝、5A分子筛和13X-APG空分专用分子筛3种吸附剂,在不同压力下测定分离后混合气体中的CH4的浓度。实验结果表明:在0.1~0.8MPa压力范围下,5A分子筛吸附后的尾气中CO2和N2的浓度相对ZGA氧化铝和13X-APG分子筛低,且CH4浓度高,说明5A分子筛对混合气中CO2的脱除效果要比ZGA氧化铝和13X-APG分子筛明显;并且在0.7MPa的压力下,尾气中的CH4浓度达到了90.26%。因此,5A分子筛较适合应用于工业化脱除沼气中的CO2。