金属套管式微通道反应器中乙醇胺吸收二氧化碳的研究

论文摘要

微化工技术是当今化学工程学科发展的重要方向之一。作为微化工技术的核心部件,微反应器以其优于传统反应器的传质传热性能,而在化工、能源领域具有广阔的应用前景。然而,微反应器的小通量远不能满足工业生产的需求,这也成为限制其走向实际工业应用的关键问题所在。本中心自行研发的金属套管式微通道反应器,是立足于工业生产的目的,旨在发挥微尺寸效应实现过程强化的同时,较大提高微反应器的处理能力。本论文采用此金属套管式微通道反应器,选择典型的乙醇胺法吸收二氧化碳的气液传质过程为研究体系。全文的主要内容及研究成果如下：1、基于乙醇胺-二氧化碳体系为研究体系,以二氧化碳脱除率为考察依据,考察气液速率,溶液浓度和温度,以及金属套管式微通道反应器的各结构尺寸等对二氧化碳脱除率的影响。结果表明,乙醇胺浓度对二氧化碳脱除率的影响显著。当溶液浓度相对较高时,可以实现二氧化碳脱除率99%。当浓度较低时,其它实验条件参数对脱除率的影响比较明显,得到规律如下：CO2脱除率随气体流速增大而减小,随液体流速增大而增大；在温度为283-323K范围内,脱除率随温度升高而增大,当温度上升到303K时,变化幅度变缓；金属套管式微通道反应器的微孔尺寸和环隙尺寸越小,二氧化碳的脱除率越高。因此,在溶液浓度较低时,在适宜的温度下,通过提高液气比或减小套管反应器的微孔尺寸和环隙尺寸,亦可实现较高的脱除率（90%以上）。2、以水-二氧化碳混合气、乙醇胺溶液-二氧化碳混合气为实验体系,研究各项操作参数对金属套管式微通道反应器内气液两相压降的影响。结果表明,在相同的气液表观速度下,气体入口与套管出口的压降明显大于液体入口与套管出口压降,压力损失集中于微孔环区域；套管式微反应器的压降随气液表观速度增大而增大。微孔尺寸和套管环隙尺寸是影响套管压降的主要参数,在相同气液表观速度下,微孔尺寸和套管环隙尺寸越小,则压降越大。上述研究结果表面,在金属套管式微通道反应器中,用乙醇胺溶液吸收二氧化碳可以取得良好的脱除效果。气液两相压降的研究将为今后的实际应用提供良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 2分离回收技术'>1.2 CO₂分离回收技术
• 1.2.1 吸收法
• 1.2.2 吸附法
• 1.2.3 膜法
• 1.2.4 低温蒸馏法
• 1.2.5 富氧燃烧技术
• 1.2.6 化学链燃烧技术
• 2概况'>1.3 MEA法吸收CO₂概况
• 2的基本原理'>1.3.1 MEA吸收CO₂的基本原理
• 2的反应动力学'>1.3.2 MEA吸收CO₂的反应动力学
• 2工艺'>1.3.3 典型的MEA法脱除烟气CO₂工艺
• 1.4 微反应器的研究进展
• 1.4.1 微反应器的概念及其特性
• 1.4.2 微反应器的优势
• 1.4.3 微化工技术的发展现状和应用前景
• 1.5 气-液微反应器的研究进展
• 1.5.1 气液微反应器
• 1.5.2 微反应器内的气液传质研究
• 1.5.3 微反应器内气液两相流的压降
• 1.6 论文的思路和研究内容
• 2的工艺研究'>第二章 金属套管式微通道反应器中MEA吸收CO₂的工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验体系
• 2.2.2 实验原料及试剂
• 2.2.3 实验仪器和设备
• 2.2.4 金属套管式微通道反应器的设计
• 2.2.5 实验装置流程
• 2.2.6 实验过程
• 2.2.7 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2脱除率的影响'>2.3.1 吸收剂浓度、气体处理量及吸收剂流量对CO₂脱除率的影响
• 2脱除率的影响'>2.3.2 气液表观速率对CO₂脱除率的影响
• 2脱除率的影响'>2.3.3 微孔尺寸对CO₂脱除率的影响
• 2脱除率的影响'>2.3.4 套管环隙尺寸对CO₂脱除率的影响
• 2脱除率的影响'>2.3.5 套管长度对CO₂脱除率的影响
• 2脱除率的影响'>2.3.6 温度对CO₂脱除率的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 金属套管式微通道反应器内气液传质过程的压降研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料和试剂
• 3.2.2 实验仪器和设备
• 3.2.3 实验装置流程
• 3.2.4 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 气液单相压降
• 3.3.2 两相压降分析
• 2-MEA体系的气液两相流压降研究'>3.3.3 CO₂-MEA体系的气液两相流压降研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的论文
• 作者及导师简介