《多孔介質內水合物法分離CO2/H2的基礎研究》是依託大連理工大學,由楊明軍擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多孔介質內水合物法分離CO2/H2的基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊明軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CO2高效捕集是實現CO2封存的關鍵環節。水合物法分離CO2/H2是適用於未來IGCC電站的高效、新型CO2捕集技術，在分離機理方面缺乏有效的實驗和模型研究。本項目研究以水合物法進行CO2/H2高效分離機理研究為目的，利用實驗室現有的水合物基礎物性測試系統，研究多孔介質、THF/SDS溶液、孔隙水飽和度等因素對水合物法分離CO2/H2過程熱力學、動力學特性的影響，建立含THF/SDS溶液多孔介質中CO2/H2水合物相平衡預測模型。並結合核磁共振成像(MRI)測試技術對多孔介質內CO2/H2分離過程中的氣、液運移現象進行觀察，分析氣體分離過程中水合物形成速度、水合物飽和度、多孔介質滲透率和氣體分離效率的變化規律。該項目研究為掌握水合物法氣體分離技術提供重要的理論依據，對於未來IGCC電站CO2的高效捕集和氫能的高純利用具有重要的基礎意義。
結題摘要
二氧化碳捕集與封存技術（CCS）是抑制大氣中CO2濃度升高及改善溫室效應的有效方法之一。利用水合物法實現CO2捕集，正在成為人們關注的新型方法。本項目以水合物法分離CO2/H2混合氣體機理研究為目的，利用自主搭建的水合物生成與分解特性實驗測試平台，對不同多孔介質、THF濃度、SDS濃度等條件下水合物的相平衡條件和氣體分離效果進行了研究，並利用具有高解析度的核磁共振成像（MRI）實驗平台，對在氣體流動條件下水合物的生成和分解情況進行實時監測和研究，為IGCC電廠中CO2的高效捕集提供數據支持。 本項目提出了混合添加劑對水合物法CO2/H2分離促進方法，測試得到了不同THF濃度條件下，CO2-H2-THF-SDS-H2O水合物體系的相平衡條件。發現隨著THF濃度的增加，生成水合物的驅動力提高，水合物誘導時間縮短。THF的加入可以大大改善CO2-H2-THF-H2O系統的水合物生成條件，隨著THF濃度的升高，相同壓力條件下相平衡溫度也隨之升高；在THF濃度為1 mol%時相平衡曲線出現了所謂的“偽倒退”現象，這可能是由於系統中存在的結構I型到結構II型晶體結構的轉變導致的。 隨著多孔介質孔隙尺寸的增加，水合物相平衡溫度增加、氣體消耗量增大、CO2回收率增大。多孔矽膠作為氣體分離載體時，水合物體系的相平衡溫度有所降低，但是氣體分離效果有顯著提高。由於結構II型水合物的生成，THF的加入可以改善水合物相平衡條件，3 mol% THF時氣體分離效果最好。SDS濃度對水合物體系相平衡條件和氣體分離效果影響不顯著。隨著初始壓力的增加，水合物體系相平衡壓力增加，體系壓力驅動力增加，氣體的消耗量增加，氣體分離效果降低。 氣體流動過程對水合物生成的實驗表明，加壓後水合物的生成和分解反應迅速發生，水合物的生成會導致明顯的阻塞現象，在大多數過程中，水合物首先在靠近容器軸線處生成，分解時軸線方向的水合物最後分解。由於水合物生成和分解過程在容器內的分布並不均勻，當其消耗或放出大量氣體時會引起容器內殘餘溶液的移動，在MI曲線上表現為突然增加和降低的複雜變化。實驗用的三種玻璃砂中，BZ-01玻璃砂的分離效果最好，隨著壓力的增加，CO2濃度和水合物飽和度同時增加，流速對氣體分離效果的影響不明顯。在所有的水合物分解氣體樣品中，CO2濃度的最高值為73.94%，最低值為55.21%。
