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%。     

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。     

大中型沼气工程的CO2减排量和减排成本的估计方法

沼气工程具有减少CO2排放的效果，在全球气候变化的背景下，本文针对大中型沼气工程，在讨论基准线和系统边界的基础上，构造了估计其减少CO2的排放数量及其相应的减排成本的方法，并利用一个具体的案例说明此方法的应用。     

热钾碱溶液脱除沼气中CO2的反应动力学

根据CO_2吸收过程串并联反应机理,建立了本征动力学方程;基于双膜扩散理论,建立了CO_2吸收反应的宏观动力学方程,并结合溶液的非理想性,对速率方程中的浓度效应进行了修正,获得了8个修正模型。通过实验设计,测定并进行了模型参数估值,分别计算了各模型的残差。通过比较残差大小及其分布,对模型进行了筛选,选取模型4为理想模型。其动力学参数为:表观活化能19 383.94 J/mol,表观指前因子3.042 9×10~(-5)mol/(m~2·s·Pa)。在此基础上,通过理论推导获得了热钾碱吸收CO_2的本征动力学方程,其模型参数为:本征反应活化能54.47 kJ/mol,指前因子3.222 8×10~9m~3/(mol·s)。计算了膜内转化系数γ,该值大于2,表明CO_2吸收为快速反应过程,反应主要在膜内完成。     

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％.     

荒漠地区日光温室增施沼气对CO2浓度及辣椒产量、商品性的影响

文章以辣椒为供试材料,研究了荒漠地区日光温室内增施沼气对C02浓度及辣椒产量、商品性的影响.结果表明:以沼气灯作为CO2气源,可增加荒漠地区日光温室C02浓度,显著减小室内CO2下降幅度,可提高辣椒单株结果数和单果重,从而提高产量;能增加果实长度、粗度与光亮度,提高果实的商品性.     

热钾碱溶液脱除沼气中CO2反应机制与相际传质研究

对CO_2气液吸收过程进行了化学平衡热力学研究,计算了吸收反应体系的独立反应数,提出了4独立反应理论。根据对独立反应平衡常数的计算,认为H_2CO_3电离为H_+和HCO_3~-,虽然其平衡常数仅为6. 018 9×10~(-7),但由于溶液中CO_3~(2-)离子的大量存在,使得H_+浓度很低,因此H_2CO_3电离度不可忽略。在此基础上,提出了CO_2气液吸收过程串并联复杂反应机理,认为CO_2吸收速率是由其分别与H_2O和OH~-两条平行反应路线共同决定的。分析了CO_3~(2-)离子的关键作用:该离子与H_+作用直接促进了CO_2吸收过程;由于溶液中H+离子浓度很低,导致OH~-离子浓度升高,从而间接加快了CO_2与OH~-离子之间的反应速率。应用双驱动反应器,采取H_2O-CO_2体系对气液相际传质过程进行了研究,当气相搅拌转速达到140 r/min以上时,气膜传质阻力可忽略不计;通过线性回归分析,关联了液相传质系数与液相搅拌转速之间的关系,得到了回归关联式,计算误差最大值为11. 312%,认为关联式真实可靠。     

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.     

以负碳排放为目标的生物质灰矿化CO2路径研究

将生物质能源开发利用与碳捕获、利用与封存结合,可实现CO₂负排放,是能源领域降低CO₂排放的重要技术之一。生物质直接燃烧后产生的生物质灰理论上可吸收并永久封存CO₂,但其能否实现负碳排放还需进行深入研究。基于此,分别在自然状态（空气氛围）、中等CO₂初始分压（101.3 kPa）和高CO₂初始分压（300～1 400 kPa）条件下开展了生物质灰矿化CO₂试验,测试了生物质灰的CO₂矿化量,并评估了3种矿化路径的负碳排放量。结果表明,从空气中吸收CO₂时,生物质灰的CO₂矿化性能最差,40 d内的最高CO₂矿化量仅为60.66 g/kg。在中等CO₂分压101.3 kPa条件下,可最高实现121.68 g/kg的矿化量,而初始分压1 400 kPa下的CO₂矿化量可达216.85 g/kg。综合考虑矿化过程的能源消耗和生物质灰...     

猪场废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器的运行性能

采用鼓泡塔反应器分别在不接种污泥、接种厌氧污泥和接种好氧污泥条件下进行了猪场废水脱氮与沼气脱硫耦联反应器运行性能的研究,结果表明,经过两个月驯化后三个反应器都有良好的氮硫去除效果,Nox--N(硝氮亚硝氮之和)的去除率90％以上,硫化氢的去除率达80％以上,说明废水脱氮与沼气脱硫已经得到了很好耦联.     

沼液中重金属的吸附去除研究

为了研究吸附剂对于沼液中重金属的去除能力,实验首先比较D401树脂对模拟沼液和实际沼液中Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+,Cd 2+4种重金属的吸附效果。结果表明,D401树脂对模拟沼液中4种重金属的吸附能力远远高于实际沼液。其次,选取D401树脂、LSC-500树脂及沸石3种吸附剂,比较3种吸附剂对实际沼液中Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+,Cd 2+4种重金属的吸附效果。结果表明沸石对实际沼液重金属的去除效果最差,LSC-500树脂的吸附能力略优于D401树脂。以期该实验结果为今后更高效地处理沼液中的重金属提供基础理论依据。     

沼气气肥对番茄产量和品质的影响

通过在温室大棚种植番茄增施CO2沼气肥对大棚番茄产量和品质影响研究的结果表明,施用CO2沼气肥可增加温室大棚番茄产量,改善果实品质.当温室的CO2浓度在1500 uL*L-1,每天施肥3小时,番茄小区的产量、单果重、单株果数最高,小区产量比对照组提高43%,单果重比对照组提高103%,单株果数比对照增加52%.     

以富CO2吸收液为汲取液的沼液中水正渗透回收特性研究

针对沼气工程存在的沼液量大难处理问题及沼气提纯的需求,提出将正渗透技术与沼气CO2化学吸收分离耦合,探究了沼气CO2化学吸收中的富CO2吸收液作为正渗透汲取液从沼液中回收水及浓缩沼液的可行性,并以沼液浓缩过程中的水通量、沼液浓缩倍数、沼液氨氮截留率与吸收剂反向传质通量为指标,考察了汲取液种类、汲取液浓度与其他操作参数对正渗透水回收性能的影响。结果表明,富CO2吸收液作为汲取液从沼液中回收水并浓缩沼液具有可行性,且随着汲取液浓度、流量和温度的增加,沼液中水向汲取液的传质通量增加,沼液浓缩倍数也相应增加,但沼液中氨氮截留率下降,同时汲取液中的吸收剂溶质向沼液的反向传质通量也增加。当采用浓度2.5mol/L、CO2负荷0.5mol/mol的富CO2甘氨酸钾溶液作为汲取液,汲取液温度为70℃、流速为150mL/min、沼液室温及流速为150mL/min时,采用正渗透技术从沼液中回收水的初始通量达8.05L/（m2·h）,经过4h运行后,沼液浓缩倍数为1.18,氨氮截留率为84.13%,反向吸收剂通量仅为2.94g/（m2·h）。     

用改进萘醌法脱除沼气中硫化氢的研究

本文报道用脱硫催化剂ＮＱＳ（Ａ．Ｙ）ｎ．Ｆｅｂ脱除沼气中硫化氢的研究工作。试验表明，脱硫液配方中的ＮＱＳ和ＰＨ值，对于脱硫效果有显著影响。采用该脱硫剂处理硫化氢浓度为１０ｇ／ｍ＾３或小于１０ｇ／ｍ＾３的沼气，脱硫率均达９９％以上，并可回收硫磺。     

排硫硫杆菌净化处理沼气中H_2S实验研究

文章以排硫硫杆菌(Tiobacillus thioparus)作为接种菌株,实验了活性炭填料生物滴滤塔对沼气中H_2S的去除性能,研究了进气H_2S浓度、气体停留时间等参数对生物滴滤塔去除沼气中H_2S性能的影响。结果表明,以球状活性炭为填料,采用排硫硫杆菌接种生物滴滤塔处理含H_2S沼气,挂膜速度快,系统运行稳定且脱硫效率高。固定进气H_2S浓度1000 ppm,停留时间大于29 s时,H_2S去除率可以达到95%以上。动力学分析表明,生物降解一级反应动力学方程能够较好地与实验数据吻合,最大H_2S去除负荷为588.02 g·m^-3h^-1。随着实验的进行,填料塔的压力降会因为生物膜的生长和单质硫的积累逐渐增加,严重时导致气体完全堵塞,需要进行鼓泡反冲以除去积累的单质硫。     

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。