《微反應器內CO2吸收/解吸過程的調控和強化機理研究》是依託煙臺大學，由趙玉潮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微反應器內CO2吸收/解吸過程的調控和強化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙玉潮
- 依託單位：煙臺大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CO2脫除系統的微（小）型化是天然氣、合成氣等淨化過程節能降耗的有效途徑，亦是海上浮動平台等特殊場合天然氣、油田伴生氣資源綜合開發利用的關鍵。申請者前期研究發現，高壓下微反應器內的氣-液兩相傳質及反應過程受流型轉換影響極大，但其內在原因尚不明確，有待深入研究。鑒於此，本項目擬主要通過實驗手段，結合理論分析和數值模擬，對微反應器內CO2吸收/解吸過程涉及的傳質與反應耦合規律進行研究，力求解決以下問題：（1）揭示兩相界面動態變化過程中氣-液兩相流體傳遞與反應的協同作用機理；（2）建立高壓下微反應器內的氣-液兩相流體傳質模型；（3）通過微反應器內CO2吸收/解吸過程表觀動力學特性與通道構型的最佳化匹配，形成從系統層次調控和強化微觀層次反應過程的方法，實現CO2吸收/解吸過程的有效調控和強化。本項目的實施將為開發基於微化工技術的天然氣及合成氣淨化新技術提供理論依據，並可拓展至其它酸性氣體脫除領域。
結題摘要
CO2脫除系統的微（小）型化是天然氣、合成氣等淨化過程節能降耗的有效途徑，亦是海上平台等特殊場合天然氣、油田伴生氣等資源綜合開發利用的關鍵。而高壓下微反應器內的氣-液兩相傳質及反應過程受流型轉換影響極大，但其內在原因尚不明確，有待深入研究。 本項目針對微反應器內CO2吸收/解吸過程涉及的傳質與反應耦合規律進行研究，利用雙光路照明法觀察示蹤粒子在液膜中的運動軌跡，通過2-D流動照片對泄漏流進行定量研究，證實了矩形/方形通道內泄漏流的存在，通過氣-液界面運動規律估算泄漏流；提出了單元傳質模型和線上測量方法，成功描述了CO2溶解行為，在無需排除端效應的情況下，實現了傳質係數的快速測量，提出了獲取彈狀流傳質係數的方法；研究了0.1~3.0Mpa 系統壓力下彈狀流傳質特徵，表明系統壓力越高，初始氣泡長度和初始單元長度之比越小，氣泡在通道中的溶解速率也隨壓力增加而增大，即傳質係數增加，基於實驗數據擬合的經驗關聯式很好地預測了不同壓力下的傳質係數。 以負荷有CO2的MDEA溶液為工作介質，發現CO2解吸率對解吸溫度最敏感。 當溶液停留時間約為7s時，CO2解吸幾乎達到平衡，說明使用微通道反應器進行快速CO2解吸的優勢，實驗中kLa的值在0.36~2.68s-1範圍內，與微通道的吸收值相當，比常規設備大1~2個量級，提出了經驗關聯式預測解吸情況下的傳質係數。研究了MDEA溶液解吸過程的傳熱性能和能量消耗，發現沸騰傳熱占主導，傳熱係數與熱通量強相關，液相流體流量、解吸溫度、MDEA濃度、CO2負荷量是影響熱通量的重要因素，提出了預測傳熱係數的經驗關聯式。 依據Taylor流傳質過程的傳質係數動態變化特性，採用線上高速攝影方法和傳質單元模型，研究了氣-液流量，微通道尺寸對Taylor氣泡長度，速度和傳質性能的影響，發現與液膜中的泄漏流相比，臨界點之前液彈中的循環對液相傳質係數的貢獻占主導地位，為了解微通道內氣液泰勒流動傳質的動態變化提供了重要信息，為未來設計和最佳化氣-液多相微反應器奠定了良好基礎。
