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含有分散液滴的流体强化二氧化碳吸收研究

作　者: 张莹
导　师: 刘红晶
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 化学工艺
关键词: 二氧化碳 物理吸收 化学吸收 乳化液 强化吸收
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


气候变暖已经成为最令人关注的环境问题,CO2是引起温室效应的主要气体,因此CO2的减排是目前亟待解决的课题。吸收法是目前工业上回收CO2的最成熟的方法,但传统的物理吸收法存在吸收速率较低,同时化学吸收法存在对设备严重腐蚀等问题。本文提出了利用离子液体分散液滴来强化吸收CO2的方法,利用离子液体对CO2的高溶解度、以及低蒸汽压和弱腐蚀性等特点,以分散体系强化CO2的吸收速率。同时提出利用乳化液膜对CO2进行捕集和贮存,在提高气体传质速度的同时,生成CaCO3微细颗粒。为了改进物理吸收吸收率低的问题,采用对CO2具有较大溶解度的离子液体1-辛基-3甲基咪唑六氟磷酸盐作为分散相制成水包油（O/W）型乳化液来强化吸收CO2。考察了操作因素对吸收速率的影响,并建立了传质模型。实验表明离子液体的加入强化了CO2的吸收,使得平均吸收速率提高了45.5%,其强化传质机制主要是传输作用。表面活性剂、分散相体积分率等条件对传质都有影响,此体系经过6个循环的吸收解吸后,回收效率仍可达86%。为了解决化学吸收存在的对环境污染、设备腐蚀、再生能耗大的问题,采用离子液体1-辛基-3甲基咪唑六氟磷酸盐为分散相,选取三乙醇胺水溶液为连续相,制备出水包油（O/W）型乳化液来强化吸收。实验表明水包油（O/W）型乳化液对CO2的平均吸收速率比三乙醇胺水溶液对CO2的平均吸收速率提高了23.3%,其强化传质机制是流体力学作用与传输作用的协同作用结果;分散体系经3个循环的吸收解吸后,吸收效率仍可达到93.4%。选择煤油作为油相,Ca（OH）2溶液作为内水相,制成水包油包水（W/O/W）型乳化液膜,利用该分散体系强化CO2吸收,并考察在乳化液膜內水相中微细CaCO3颗粒的生成情况。实验表明乳化液膜对CO2的平均吸收速率比纯水提高了36.7%,有少量微细CaCO3颗粒生成。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-26
  1.1 CO_2回收的意义  11
  1.2 CO_2的捕集方法  11-16
    1.2.1 吸附法  11-12
    1.2.2 膜分离法  12
    1.2.3 吸收法  12-16
  1.3 强化气体吸收的意义  16-22
    1.3.1 分散固体颗粒强化传质  17-20
    1.3.2 分散液滴强化传质  20-22
  1.4 离子液体简介  22-23
  1.5 乳化液膜体系的组成及其分离机理  23-25
  1.6 课题的研究目的及研究内容  25-26
第二章 离子液体乳化液强化物理吸收CO_2  26-44
  2.1 引言  26
  2.2 咪唑类离子液体吸收CO_2的机理  26-27
  2.3 实验试剂与设备  27-28
    2.3.1 实验试剂  27-28
    2.3.2 实验设备  28
  2.4 实验流程图及流程介绍  28-29
  2.5 实验方法  29-30
    2.5.1 CO_2浓度的计算方法  29
    2.5.2 乳化液的制备方法  29-30
    2.5.3 乳化液粒径的测量  30
  2.6 实验结果与分析  30-39
    2.6.1 离子液体乳化液与水吸收CO_2效果的比较  30-31
    2.6.2 表面活性剂对吸收速率的影响  31-32
    2.6.3 不同油相对吸收速率的影响  32-33
    2.6.4 不同种类的离子液体对吸收速率的影响  33-34
    2.6.5 离子液体的加入量对吸收速率的影响  34-35
    2.6.6 乳化液粒径对吸收速率的影响  35-37
    2.6.7 操作温度对吸收速率的影响  37-38
    2.6.8 乳化液的再生效率  38-39
  2.7 模型  39-43
    2.7.1 吸收剂主体中CO_2浓度的数学模型  39
    2.7.2 局部传质系数k_la的数学模型  39-40
    2.7.3 吸收剂主体中CO_2浓度的计算  40-41
    2.7.4 局部传质系数k_la的计算  41-43
  2.8 本章小结  43-44
第三章 离子液体乳化液强化化学吸收CO_2  44-57
  3.1 引言  44-45
  3.2 胺溶液与CO_2反应机理  45
  3.3 实验试剂与设备  45
    3.3.1 实验试剂  45
    3.3.2 实验设备  45
  3.4 实验流程图及流程介绍  45-46
  3.5 实验方法  46-47
    3.5.1 CO_2浓度的计算方法  46
    3.5.2 乳化液的制备方法  46-47
    3.5.3 乳化液粒径的测量  47
  3.6 实验结果与分析  47-56
    3.6.1 离子液体的强化效果图  47-48
    3.6.2 吸收器搅拌转数对吸收速率的影响  48-49
    3.6.3 离子液体加入量对吸收速率的影响  49-50
    3.6.4 操作温度对吸收速率的影响  50-51
    3.6.5 不同粒径对吸收速率的影响  51-53
    3.6.6 离子液体的种类对吸收速率的影响  53
    3.6.7 型离子液体乳化液的回收效率  53-55
    3.6.8 离子液体分散相的加入对三乙醇胺使用量的影响  55-56
  3.7 本章小结  56-57
第四章 乳化液膜吸收CO_2研究  57-76
  4.1 引言  57
  4.2 实验试剂与设备  57-58
    4.2.1 实验试剂  57-58
    4.2.2 实验设备  58
  4.3 实验流程图及流程介绍  58
  4.4 实验方法  58-61
    4.4.1 W/O乳化液的制备  58
    4.4.2 W/O/W乳化液膜的制备  58-59
    4.4.3 电导率仪的校正及测量  59
    4.4.4 乳化液膜粒径的测量  59-60
    4.4.5 标准曲线的确定  60-61
  4.5 实验结果与分析  61-74
    4.5.1 乳化液膜稳定性的研究  61-65
    4.5.2 乳化液膜分散体系对传质速率的影响  65-67
    4.5.3 内水相Ca(OH)_2浓度对传质速率的影响  67-68
    4.5.4 内水相体积分率对传质速率的影响  68-69
    4.5.5 乳化液膜的粒径尺寸对传质速率的影响  69-71
    4.5.6 操作温度对传质速率的影响  71-72
    4.5.7 不同乳水比对传质速率的影响  72-73
    4.5.8 吸收器搅拌转数对传质速率的影响  73-74
  4.6 碳酸钙颗粒的形貌  74-75
  4.7 本章小结  75-76
第五章 结论  76-77
参考文献  77-83
在学研究成果  83-84
致谢  84

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废气的处理与利用
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