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独创性声明
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摘 要
随着人类社会工业化进程的不断发展,化石燃料燃烧导致的空气污染和温室 效应已非常严重,并威胁着人类赖以生存的环境,CO2 排放问题已经受到世界各 国的普遍关注。由于燃煤电厂所产生的 CO2 排放量占到 CO2 排放总量的 30%, 是温室气体产生的主要来源,因此目前针对燃煤电厂排放烟气的脱碳技术就成为 研究 CO2 捕集技术的主流。目前,从火电厂烟气中捕获 CO2 的方法包括燃烧前 脱碳、燃烧后脱碳和富氧燃烧技术,其中,以气体净化工业上相当成熟的化学溶 剂吸收法工艺为基础的燃烧后脱碳是当前仅有的已进入工业规模试验的技术路 线,而化学吸收法是目前公认的比较成熟的捕集 CO2 的方法。近年来,氨水作 为一种新的吸收剂与其它吸收剂相比具有一定的优势,因此,正逐渐受到研究者 的广泛关注。
本文在本实验室自行设计的氨水吸收 CO2 的填料塔实验装置基础上,采用 本课题组前期工作中开发的新型开窗导流式规整填料,主要以气相体积传质系数
(KGae)作为表征,对填料塔中氨水吸收 CO2 过程的传质性能进行了研究,探索 了气速、CO2 分压、液速和氨水浓度对 KGae 的影响。实验结果表明,在本文所 列工况条件下,KGae 随液速和氨水浓度的增大而增大,随 CO2 分压的增大有所 减小,而受气速的影响不大。在此基础上,对 KGae 的公式进行了拟合。同时, 在理论层面上,利用两性离子理论对该吸收过程进行了更进一步的分析,得到了 氨水吸收 CO2 过程的 KG 及 ae 的相关表达式,并提出了进一步研究的可行方向。 在实验的基础上,本文应用计算流体力学(CFD)和计算传质学(CMT)的 相关知识及相关的湍流理论和模型,结合部分实验数据,利用商业软件 Fluent 对氨水吸收 CO2 过程中规整填料塔内的流体流动和传质过程进行了模拟,并预 测了塔内 CO2 浓度、湍流传质扩散系数等的分布状况,上述模拟数据与实验测
量及文献报道符合良好。
本文对今后填料塔的设计,特别是氨水吸收 CO2 的规整填料塔的设计工作 的经济性和合理性有一定指导作用。
关键词: 氨水 二氧化碳 吸收 规整填料 计算传质学 计算流体力学
ABSTRACT
With the continuous development of the process of industrialization, the problem of air pollution and greenhouse effect caused by the burning of fossil fuels is becoming more and more serious, and threatening human survival environment, CO2 emissions problem has been widespread concerned many countries of the world. CO2 emissions generated by coal-fired power plants accounted for 30% of the total CO2 emissions is the main source of greenhouse gases, so the study of CO2 capture technology for coal-fired power plant flue gas has become the mainstream. Amongst the CO2 capture techniques, post-combustion decarburization which bases on the mature state of art of chemical solvent absorpti
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