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一種堿金屬基納米流體CO2吸收液的制作方法

文檔序號(hào):11752328閱讀:431來源:國知局
一種堿金屬基納米流體CO2吸收液的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及化石燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣中co2的脫除和濃縮方法,具體涉及一種堿金屬基納米流體co2吸收液,屬于二氧化碳減排技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

隨著社會(huì)工業(yè)化的不斷發(fā)展,溫室氣體排放所造成的日趨嚴(yán)重的全球變暖問題成為國際社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。以化石燃料為主要能源的電力生產(chǎn)中,co2的排放量約占人類各種活動(dòng)所引起的co2排放總量的30%以上,是co2的最大單點(diǎn)固定排放源。因此,研究和開發(fā)適用于燃煤電廠的co2減排技術(shù)對(duì)控制和減緩co2排放量急劇上升的趨勢具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

在眾多co2捕集技術(shù)中,醇胺溶液化學(xué)吸收法(mea)是獲得工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用最廣泛的一種方法。目前,大多數(shù)電廠都采用以mea溶劑為基礎(chǔ)的化學(xué)吸收法。但是,mea法存在許多不足之處,如由于氧化、熱降解、發(fā)生不可逆反應(yīng)和蒸發(fā)等原因?qū)е挛談┪招氏陆?、吸收劑損耗、吸收劑降解產(chǎn)物造成系統(tǒng)腐蝕、再生能耗大及初投資和運(yùn)作成本偏高等。因此,強(qiáng)化吸收劑與co2的氣液傳質(zhì),進(jìn)而縮小吸收塔的體積,降低設(shè)備材料成本及占地面積,是該技術(shù)研究的重點(diǎn)。

近年來,納米流體在傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域取得的效果顯著。研究發(fā)現(xiàn),納米顆粒的加入可以增大液體的導(dǎo)熱系數(shù),納米流體可增強(qiáng)氣液傳質(zhì)效果,增強(qiáng)氣體在納米流體中的吸收率。比如,juanqian等對(duì)降低化學(xué)法吸收co2過程中的傳質(zhì)阻力進(jìn)行了研究,分別以活性炭粉末、玻璃微珠、納米sio2為固體添加劑來研究mea溶液對(duì)co2吸收效果,發(fā)現(xiàn)活性炭的對(duì)co2吸收的增強(qiáng)效率最大可以提高10%(qian,j.;etal.,studyonco2absorptionenhancementbyaddingactivecarbonparticlesintomeasolution.incleanercombustionandsustainableworld,qi,h.;zhao,b.,eds.springerberlinheidelberg:berlin,heidelberg,2013;pp1367-1370.)。上述文獻(xiàn)中,溶液中有機(jī)成分的蒸發(fā)造成的吸收劑損耗以及對(duì)設(shè)備的腐蝕,仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的問題。

近年來,堿金屬基固體吸收劑進(jìn)行煙氣脫碳技術(shù)因其吸收劑穩(wěn)定性好、失效腐蝕性低等優(yōu)點(diǎn)作為一個(gè)創(chuàng)新理念被提出。例如,美國louisianastateuniversity,researchtriangleinstitute和church&dwight在doe的資助下,開展了相關(guān)研究,并申請(qǐng)了美國專利:第6387337b1(2002.5.14.)、第6280503b1(2001.8.28.)等。國內(nèi)東南大學(xué)也開展了這一技術(shù)的相關(guān)研究,申請(qǐng)了中國專利200810024780.8、200810122644.2等。但是堿金屬基固體吸收劑脫碳因其是氣固反應(yīng)且傳熱傳質(zhì)性能較差,同時(shí)固體吸收劑的循環(huán)輸運(yùn)比較困難。

綜上所述,為解決mea法吸收劑損耗和對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的問題,堿金屬基固體吸收劑反應(yīng)活性低和循環(huán)輸運(yùn)困難的問題,需要提供一種新型的co2吸收劑和吸收技術(shù)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種活性成分損耗率低、脫碳效率高、循環(huán)輸運(yùn)方便、對(duì)設(shè)備腐蝕小的堿金屬基納米流體co2吸收液。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下:

一種堿金屬基納米流體co2吸收液,所述的吸收液以堿金屬基碳酸鹽碳酸鉀或碳酸鈉的水溶液作為基液,納米氧化硅、納米氧化鐵、納米氧化鋯、納米氧化鈦或納米氧化鎂作為添加劑,羥乙基纖維素、硬脂酸鈉或十二烷基硫酸鈉作為分散劑。

優(yōu)選地,作為活性組分的堿金屬基碳酸鹽為碳酸鉀或碳酸鈉或者其混合物,占吸收液總質(zhì)量的5%~70%,其中碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~20%,碳酸鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~70%,以其溶解度為限,質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,吸收液吸收co2的量越高。

優(yōu)選地,作為添加劑的納米粒子為10-50nm的納米氧化硅、納米氧化鐵、納米氧化鋯、納米氧化鈦和納米氧化鎂中的一種,占吸收液總質(zhì)量的0.1%~1%。co2吸收效果隨添加劑的量的增加先增大后減小,存在最佳的添加劑含量,其值因納米顆粒種類而異。

優(yōu)選地,作為分散劑的羥乙基纖維素、硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種,占吸收液總質(zhì)量的0.1%~1%,分散劑存在最佳的含量,其值因納米顆粒種類而異。

上述吸收液通過將基液、添加劑和分散劑混合,攪拌和超聲振蕩制備而成。

本發(fā)明還提供上述吸收液在低溫脫除煙氣中co2的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):

1、本發(fā)明的吸收液吸收二氧化碳的溫度為10℃-50℃,再生溫度為60℃-150℃,碳酸化溫度和再生溫度都較常規(guī)液體和固體吸收劑低,可以利用電廠的低品質(zhì)熱源,能耗較低,節(jié)能環(huán)保;

2、本發(fā)明的吸收液活性組分為堿金屬基碳酸鹽,不易揮發(fā)不易降解,因此吸收液成分穩(wěn)定,不易損耗,同時(shí)系統(tǒng)簡單,對(duì)設(shè)備腐蝕性低;

3、本發(fā)明的吸收液中添加的納米顆粒強(qiáng)化了氣液傳熱傳質(zhì)效果,可有效提高co2吸收速率,提高co2吸收量,添加納米顆粒的吸收液可使co2吸收量提高20%;

4、本發(fā)明的吸收液循環(huán)輸運(yùn)方便,可循環(huán)用于脫碳反應(yīng)器和再生反應(yīng)器,可多次循環(huán)使用;

5、本發(fā)明的吸收液捕集co2的方法不受燃料和燃燒方式的影響,不僅適用于新建電廠脫碳,也適用于已建電廠的聯(lián)合脫碳,適用范圍廣。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1-5所制備的納米流體co2吸收液的再生轉(zhuǎn)化率曲線。

圖2是對(duì)比例1添加不同含量催化劑的碳酸鉀納米流體吸收液的轉(zhuǎn)化率圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明,應(yīng)該理解以下實(shí)施例僅旨在說明,不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。

本發(fā)明提供一種堿金屬基納米流體co2吸收液,所述吸收液以堿金屬基碳酸鹽碳酸鉀或碳酸鈉的水溶液作為基液,其中堿金屬基碳酸鹽占吸收液總質(zhì)量的5%~70%;納米氧化硅、納米氧化鐵、納米氧化鋯、納米氧化鈦和納米氧化鎂中的一種作為添加劑,占吸收液總質(zhì)量的0.1%~1%;羥乙基纖維素、硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種作為分散劑,占吸收液總質(zhì)量的0.1%~1%;通過磁力攪拌和超聲振蕩制備而成。

實(shí)施例1

稱取200g碳酸鉀溶解于798.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米sio2粉末和0.5g羥乙基纖維素,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

對(duì)上述制備吸收液進(jìn)行脫碳-再生能力測試,將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。再生過程中khco3的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到37.57%,如圖1所示。

實(shí)施例2

稱取200g碳酸鉀溶解于798.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米fe2o3顆粒和0.5g羥乙基纖維素,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。再生過程中khco3的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到33.12%,如圖1所示。

實(shí)施例3

稱取200g碳酸鉀溶解于798.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米tio2顆粒和0.5g十二烷基硫酸鈉,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。再生過程中khco3的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到36.08%,如圖1所示。

實(shí)施例4

稱取200g碳酸鉀溶解于798.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米zro2顆粒和0.5g十二烷基硫酸鈉,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。再生過程中khco3的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到35.96%,如圖1所示。

實(shí)施例5

稱取200g碳酸鉀溶解于798.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米mgo顆粒和0.5g硬脂酸鈉,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。再生過程中khco3的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到32.67%,如圖1所示。

實(shí)施例6

稱取100g碳酸鈉溶解于898.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米sio2顆粒和0.5g羥乙基纖維素,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。

實(shí)施例7

稱取100g碳酸鈉溶解于898.5ml去離子水中,在室溫下,使用磁力攪拌器攪拌1h;分別量取1g納米fe2o3顆粒和0.5g羥乙基纖維素,倒入所制溶液中,使用磁力攪拌器攪拌均勻;將所制溶液放入超聲波破碎機(jī)中以10秒為一個(gè)振蕩周期(5秒運(yùn)行,5秒冷卻)超聲振蕩30分鐘,得到所用堿金屬基納米流體co2吸收液。

將制備得到的吸收液注入壓力容器中,通入co2氣體,將反應(yīng)器的溫度從室溫升至脫碳溫度40℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度基本恒定;氣體切換為ar氣體,將反應(yīng)器的溫度升至設(shè)定的分解終溫85℃,然后維持恒定,用煙氣分析儀檢測出口氣體中co2濃度的變化直至其濃度變?yōu)?,停止試驗(yàn)。吸收液樣品量為1000g,再生試驗(yàn)溫度85℃,ar和co2氣體進(jìn)氣量為2l/min。

對(duì)比例1

在上述實(shí)施例1中,吸收液中活性組分碳酸鉀含量不變,改變吸收液中所加入納米顆粒sio2的含量,分別為0.1%、0.2%和0.3%,同時(shí)分散劑羥乙基纖維素與sio2顆粒的質(zhì)量配比為1:2保持不變,配制吸收液,其他實(shí)驗(yàn)條件不變,檢測納米顆粒sio2含量變化對(duì)再生過程中khco3轉(zhuǎn)化率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,sio2的含量為0.2%時(shí),再生過程中khco3轉(zhuǎn)化率最高。

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