磁場協同磁性顆粒強化氨水吸收二氧化碳機理研究

《磁場協同磁性顆粒強化氨水吸收二氧化碳機理研究》是依託南京師範大學，由張琦擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁場協同磁性顆粒強化氨水吸收二氧化碳機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張琦
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

氨水作為吸收劑吸收燃煤煙氣中CO2時,具有吸收能力強、不易降級、腐蝕性低、再生能耗低、可實現多污染物聯合脫除等突出優點。項目擬採用磁場和磁性顆粒強化氨水CO2吸收過程，並對該技術進行機理研究。研究磁場特性、磁性顆粒理化特性和運行參數（溫度、氨水濃度、氨水流量、煙氣CO2濃度、煙氣流量和氨水碳化率）對CO2吸收效率、吸收速率、吸收能力和氨逃逸率的影響規律，獲取系統的運行特性。研究磁場強度對反應器內氣液固三相流動狀態、化學反應進程和體積總傳質係數的影響規律，揭示磁場和磁性顆粒協同強化氨水吸收CO2機理。本項目是利用物理場強化化學吸收過程的一次有益嘗試。通過本研究，可望為磁場輔助氨法脫碳技術的開發奠定理論基礎。

結題摘要

項目組採用了一種全新的過程強化手段，即磁場和磁性顆粒協同強化，開發了具有自主智慧財產權的燃煤煙氣CO2捕集方法和系統。完成了預定的研究目標，取得了以下研究成果：（1）通過研究顆粒特性、磁場特性以及操作參數（溫度、氨水濃度、煙氣CO2濃度和煙氣流量）對脫碳效率的影響規律，掌握了磁場條件下氨水對CO2的吸收特性。添加磁場和顆粒後，脫碳效率最高可達99.40%，比不添加磁場和顆粒時高出7%。外加磁場在氨水濃度較低（5%~8%）、煙氣流量較大（3.5 L/min）、吸收溫度較低（22-36°C）時，作用更加明顯。（2）通過研究顆粒特性和磁場特性對化學反應進程和體積總傳質係數的影響規律，揭示磁場和磁性顆粒協同強化氨水吸收CO2機理。外加磁場和納米顆粒，可促進氨基甲酸銨生成反應，延長CO2穩定吸收階段。添加40mT磁場和0.2g/L，20nmFe3O4顆粒可使體積總傳質係數達到5.8×10-5 mol/(m3sPa)，比不添加磁場和顆粒時高出13%。體積總傳質係數隨氨水濃度的上升而上升，隨CO2濃度的上升而下降，隨煙氣流率的增加先增後減。外加磁場和顆粒在氨水濃度較低、煙氣流量較大時，對體積總傳質係數的提升作用更加明顯。（3）通過研究顆粒特性、磁場特性以及操作參數（溫度、碳酸氫銨溶液濃度和CO2擔載程度）對CO2體積流率和解吸比例的影響規律，掌握了磁場條件下碳酸氫銨（脫碳富液）解吸CO2過程特性。添加40mT磁場和0.1g/L，20nmAl2O3顆粒，可以達到最佳CO2解吸效果。項目執行期間，發表SCI論文3篇，EI論文3篇，核心期刊論文1篇，申請發明專利2項，參加學術會議3次，培養碩士研究生4名。