發(fā)表二氧化碳技術(shù)論文
發(fā)表二氧化碳技術(shù)論文
二氧化碳主要來自人們釋放的化石能源。學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的二氧化碳技術(shù)論文，希望你們喜歡。
二氧化碳技術(shù)論文篇一
二氧化碳分離技術(shù)的發(fā)展
中圖分類號：TQ116.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
一、概述
現(xiàn)在地球上氣溫越來越高，海平面升高，都是因為二氧化碳增多造成的。因為二氧化碳具有保溫的作用，近100年，全球氣溫升高0.6℃，海平面上升14厘米。
空氣中含有約0.03%二氧化碳，現(xiàn)在這一群體的成員越來越多，泥炭,煤,石油等化石能源的燃燒,廠房的廢氣是近年來二氧化碳含量猛增的主要原因,
二氧化碳主要來自人們釋放的化石能源。如我們熟知的煤炭，石油，天然氣。這些能源是經(jīng)過數(shù)億年積累下來的太陽能的儲存體。而我們瞬間就將這些能源釋放出來。而二氧化碳是化學(xué)放熱后最穩(wěn)定的形式。
目前，國際上減排二氧化碳主要有兩種方式：一種是利用可再生能源和提高能源利用效率。這是減排二氧化碳的最佳途徑，但是這些技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展收到了諸多現(xiàn)實因素的制約，無法再短時間內(nèi)滿足經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的需要。另一種是對二氧化碳進(jìn)行分離和儲存。對于化石燃燒產(chǎn)生的二氧化碳這種方式是最適合的。中國要實現(xiàn)在2050年二氧化碳排放量增幅控制在5.5%以內(nèi)的目標(biāo)，因此，低碳技術(shù)是未來國家最重要的競爭力之一。[1]因此，研究工業(yè)生產(chǎn)中二氧化碳回收的技術(shù)和方法對改善環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益具有積極的社會意義。
二、二氧化碳的分離技術(shù)
目前世界上二氧化碳的分離技術(shù)主要有精餾法、物理吸附法、膜分離法、吸收法(物理吸收法、化學(xué)吸收法)四大類。
2.1精餾法
利用吸附劑吸附雜質(zhì)，利用二氧化碳的沸點與其他氣體不同進(jìn)行分割，比二氧化碳沸點高的重組分用不同吸附劑脫除，比二氧化碳沸點低的輕組分用精餾方法提出，可得到高純液態(tài)產(chǎn)品。
2.2物理吸附法
吸附法是一種利用固態(tài)吸附劑對原料氣中的CO進(jìn)行有選擇性的可逆吸附作用來分離回收CO�新技術(shù)。吸附劑在高壓及低溫條件下吸附CO，在低壓及高溫條件下將CO解析，通過周期性的溫度變化實現(xiàn)CO與其它氣體的分離。
常用的吸附劑有天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠和活性炭等[2]。
采用吸附法時，一般需要多臺吸附器并聯(lián)使用，以保證整個過程能連續(xù)地輸入
原料混合氣，連續(xù)取出CO2產(chǎn)品氣和未吸附氣體。無論變溫吸附法還是變壓吸附法都要在吸附和再生狀態(tài)之間循環(huán)進(jìn)行，前者循環(huán)的時間通常以小時計，而后者則只需幾分鐘。目前工業(yè)上應(yīng)用較多的是變壓吸附工藝，它屬于干法工藝，無腐蝕，整個過程由吸附、漂洗、降壓、抽真空和加壓五步組成，其運行系統(tǒng)壓力在1.26 MPa～6.66kPa之間變化。
2.3膜分離法
膜分離法是利用一些聚合材料制成薄膜，利用薄膜對不同氣體組分的不同滲透率來使混合氣中的CO2通過薄膜從而得以分離。這種方法只適用于氣源比較干凈、且全部是大分子的混合氣，生產(chǎn)的二氧化碳產(chǎn)品濃度不高于90%，并且有機膜很容易被雜質(zhì)或油水污染而報廢，壽命最多不過兩年，能耗非常高，目前還沒有工業(yè)化使用的成功實例。
2.4吸收法
利用在各組分在溶劑中的溶解度隨著壓力、溫度變化的原理來進(jìn)行分離。
常用吸收劑有丙烯酸酯、N-甲基吡咯烷酮法、甲醇、二甲醚乙醇、聚乙二醇以及噻吩烷等高沸點溶劑。
2.4.1. 物理吸收法
物理吸收法是在加壓下用有機溶劑對酸性氣體進(jìn)行吸收來分離脫除酸氣成
分，并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶劑的再生通過降壓實現(xiàn)，因此所需再生能量相當(dāng)少。該法關(guān)鍵是確定優(yōu)良的吸收劑。所選的吸收劑必須對CO2的溶解度大、選擇性好、沸點高、無腐蝕、無毒性、性能穩(wěn)定。
常用吸收劑有丙烯酸酯、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、聚乙二醇二甲醚等高沸點溶劑。典型的物理吸收法有加壓水洗法、N-甲基吡咯烷酮法、低溫甲醇法、碳酸丙烯酯法等。
該法選擇性差、回收率低。其消耗熱能比化學(xué)吸收法小，不易腐蝕，但吸收劑會因硫化物劣化而減少再生次數(shù)。但是該方法經(jīng)濟(jì)性不佳，運行成本和能耗都比較高，在工業(yè)中很少應(yīng)用。
2.4.2化學(xué)吸收法
使原料氣和化學(xué)溶劑在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，CO2被吸收至溶劑中成為富液，富液進(jìn)入脫析塔加熱分解出CO2，從而達(dá)到分離回收CO2的目的。所選用的吸收劑應(yīng)具有對溶質(zhì)CO2有選擇性、吸收劑不易揮發(fā)，并避免在氣體中引進(jìn)新的雜質(zhì)，腐蝕性小、粘度低、毒性小、不易燃。
常用的吸收劑有K2CO3水溶液或乙醇胺類的水溶液。
三、不同氣源分離二氧化碳的工藝選擇
3.1氣源中低濃度CO2的回收工藝的選擇
在氣源中CO2濃度低于20%時適用物理吸收和化學(xué)吸收，該法處理的氣體CO2含量達(dá)到10-6級，且可得到高達(dá)99.99%的高純CO2，且技術(shù)簡單，易于操作。但是工藝設(shè)備投資大，運行費用高。
吸收劑的選擇也很關(guān)鍵，道化學(xué)公司研發(fā)成功的吸收劑可將天然氣中的二氧化碳含量由百分之幾降到百萬分之幾。石油煉制廠、制氫廠和合成氨廠分離CO2也適用。
氣源中CO2濃度低于50%時，適用(變溫、變壓)吸附法，該法工藝簡單、設(shè)備投資少、能耗低、適應(yīng)能力強、無設(shè)備腐蝕問題。[3]
3.2氣源中高濃度CO2的回收工藝的選擇
石油開采時隨著采油次數(shù)的增加，伴生氣中CO2的含量可能增加到90%以上。為了降低采油成本，提高采油量，必須從伴生氣中把CO2分離出來，再注入油井中。低溫蒸餾法主要用于分離回收油田伴生氣中的CO2，比較典型的工藝是美國Koch����攀��(KPS)公司的RyanHolmes三塔和四塔工藝，整個流程包括乙烷回收、甲烷脫除、添加劑回收和CO2回收。但是設(shè)備龐大、能耗較高，一般很少使用，只適用于油田開采現(xiàn)場，提高采油率。[4]
根據(jù)實際情況，不同的氣源不同的要求，工藝還可以搭配組合使用。
例如：膜分離-化學(xué)吸收法，它是將膜分離法與化學(xué)吸收法合并使用，前者作為預(yù)分離、后者作為精分離。吸附-精餾法，可以前吸附后精餾，也可以前精餾后吸附。
參考文獻(xiàn)
[1]黃漢生 溫室效應(yīng)氣體二氧化碳的回收與利用[期刊論文]-現(xiàn)代化工2001(9)
[2]房昕 溫室氣體二氧化碳的分離回收與綜合利用[期刊論文]-青海環(huán)境 2009(1)
[3] 陳道遠(yuǎn) 變壓吸附法脫除二氧化碳的研究[D]. 南京:南京工業(yè)大學(xué)，2003.
[4]周艷欣 吸附精餾法回收二氧化碳工藝[碩士論文]天津：天津大學(xué)，2004(06)
二氧化碳技術(shù)論文篇二
二氧化碳汽車空調(diào)技術(shù)探究
摘要：針對R134a的GWP值為1300，遠(yuǎn)高于歐盟“GDP值不得高于150”的規(guī)定，本文分析了CO2作為制冷劑的特性，筆者提出了用CO2替代R134a的可行性，并詳細(xì)闡述了二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)的主要組成器件。
關(guān)鍵詞：CO2;相關(guān)特性;系統(tǒng)原理;主要器件
一、前言
2014年，中國汽車產(chǎn)量達(dá)到3400萬輛，其中乘用車2100萬輛，幾乎所有乘用車都安裝有空調(diào)器。汽車空調(diào)制冷劑的泄漏，造成環(huán)境大氣中CO2含量增大，引起溫室效應(yīng)，使全球氣侯變暖。根據(jù)“蒙特利爾協(xié)定”，制冷劑R12成為首批受禁的制冷工質(zhì)。目前，R134a廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)。該制冷劑ODP值為零，但GWP(即全球變暖潛能值)數(shù)值為1300，遠(yuǎn)高于歐盟提出的“GWP不得超過150”的限值。隨著對環(huán)境的日益重視及可持續(xù)發(fā)展考慮，其替代的任務(wù)更為迫切，天然制冷劑替代合成工質(zhì)成為了必然。近年來，有人提出采用CO2作為汽車空調(diào)制冷劑，徹底解決大氣溫室效應(yīng)的問題。
二、二氧化碳的相關(guān)特性
CO2是我們熟悉的天然制冷劑，臨界溫度31.1℃，臨界壓力7.38 MPa。ODP值為零，不燃燒、不爆炸，無毒，無已知的致癌、致突變或其他有毒的危害影響，對環(huán)境產(chǎn)生的溫室效應(yīng)很小，GWP只有1，即只有R134a的1300分之一。
三、二氧化碳空調(diào)系統(tǒng)原理
CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機、氣體冷卻器、膨脹閥、蒸發(fā)器、儲液器、回?zé)崞鞯冉M成，如圖1所示。CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷循環(huán)原理與普通蒸汽壓縮制冷循環(huán)基本相同，主要利用相變即氣體液化放熱，液體蒸發(fā)吸熱的原理實現(xiàn)制冷的目。如p-h圖的B-A過程，在壓縮機中氣體工質(zhì)升壓至超臨界壓力狀態(tài)，進(jìn)入到氣體冷卻器中，氣體工質(zhì)被冷卻介質(zhì)所冷卻。如p-h圖F-E過程，為了系統(tǒng)性能系數(shù)COP的提高，利用壓縮機回氣管前面的低溫低壓蒸汽過熱原理，從氣體冷卻器出來的高壓氣體在內(nèi)部熱交換器中進(jìn)一步冷卻，接著用節(jié)流閥減壓，經(jīng)節(jié)流減壓后的氣體被冷卻，而且有部分氣體被液化，濕蒸汽進(jìn)入到蒸發(fā)器內(nèi)汽化，周圍介質(zhì)的熱量被吸收。為了蒸發(fā)器傳熱效率的提高而設(shè)計成有少量液體盈余，所以，蒸發(fā)器中的液體并不完全汽化。正因為如此，以防止壓縮機液擊和便于壓縮機回油(回油管道見圖1)，故在蒸發(fā)器出口配置了儲液器。低壓飽和蒸汽從儲液器出來后進(jìn)入內(nèi)部熱交換器的低壓側(cè)通道，吸收高溫高壓的超臨界氣體的熱量后成為過熱蒸汽，進(jìn)而進(jìn)入壓縮機升壓，進(jìn)行下一循環(huán)。
四、二氧化碳空調(diào)系統(tǒng)主要部件
(一)壓縮機
汽車空調(diào)壓縮機是制冷系統(tǒng)的心臟，壓縮機對整個制冷系統(tǒng)工作性能的影響最大，容積效率和指示效率是衡量壓縮機工作性能的主要指標(biāo)，壓縮過程的容積效率和指示效率主要與汽缸泄露、氣體與汽缸傳熱、氣閥和氣腔的壓力損失等因素有關(guān)。由于CO2跨臨界系統(tǒng)的高低壓差大，不易密封，所以，CO2汽車空調(diào)的壓縮機主要有開啟活塞式壓縮機、渦旋式壓縮機和變排量式壓縮機。壓縮機容積效率較大，因為CO2壓縮機壓比小以及氣缸內(nèi)余隙容積的再膨脹行程較短，閥打開較早。活塞間隙的泄露是影響壓縮過程中最大的因素，泄漏損失對指示效率影響最大，必須減小泄漏間隙的長度，減少間隙大小可以使CO2壓縮機具有與R134a壓縮機相同的效率，用油潤滑的活塞環(huán)密封，為了控制泄漏，可將一定量的潤滑油混進(jìn)吸入氣體中。與常用系統(tǒng)相比，吸排氣閥損失對指示效率的影響很小，因為CO2壓縮機吸排氣壓差很大，克服流動阻力需要的壓差相對很小。
(二)換熱器
汽車空調(diào)對結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕有嚴(yán)格的要求。因為它的安裝空間小，同時它的重量直接關(guān)系到汽車行駛時的油耗量。結(jié)構(gòu)緊湊性的指標(biāo)是每單位換熱器體積的空氣側(cè)換熱表面積(m2/m3)。通常汽車空調(diào)換熱器的特征如表1所示。因此要求采用強化傳熱的高效、輕型換熱器，通常用鋁和鋁合金作材料，而不使用銅。二氧化碳的熱物性具有低粘度、高導(dǎo)熱性、高蒸氣密度的優(yōu)點。這些優(yōu)良的性能使蒸發(fā)器，回?zé)崞鳎瑲怏w冷卻器中傳熱效果好。為了使CO2在管內(nèi)流動時有一定的流速，要求使用小管徑的換熱管。因此，微通道換熱器很適合在CO2汽車空調(diào)中使用。
(三)氣體冷卻器
在CO2超臨界循環(huán)系統(tǒng)中，高壓側(cè)是從氣體直接冷卻成為液體，主要的傳熱部分是氣體的冷卻，采用氣體冷卻器，其作用相當(dāng)于傳統(tǒng)制冷循環(huán)中的冷凝器。在氣體冷卻器中CO2的溫度變化較大，使得氣體冷卻器進(jìn)口空氣溫度和出口制冷劑溫度非常接近，這自然可減少高壓側(cè)不可逆?zhèn)鳠嵋鸬膿p失。同時為了減輕重量、縮小尺寸及增加安全性，所以，氣體冷卻器是在傳統(tǒng)制冷循環(huán)中冷凝器的進(jìn)一步優(yōu)化。
(四)膨脹閥
CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)對膨脹閥的要求較高，因為汽車空調(diào)系統(tǒng)是在動態(tài)環(huán)境條件下工作的。一般情況下，CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)的膨脹閥由高壓調(diào)節(jié)閥和手動節(jié)流閥或背壓閥兩個閥組成，高壓調(diào)節(jié)閥是可以進(jìn)行高壓側(cè)壓力控制。膨脹閥跨臨界制冷循環(huán)節(jié)流前的高壓制冷劑不是冷凝液體，環(huán)境溫度對系統(tǒng)性能的影響較小，正是由于CO2流體節(jié)流前是處于超臨界狀態(tài)，壓力高，節(jié)流后流體處于兩相區(qū)，壓力低，節(jié)流前后壓差大，因此，系統(tǒng)性能基本上由高壓側(cè)壓力所決定，為了達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)制冷量的目的，可以通過控制膨脹閥的大小調(diào)節(jié)高壓側(cè)壓力。系統(tǒng)中一般采用電子膨脹閥，因為系統(tǒng)壓力較高，傳統(tǒng)的熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)很難適應(yīng)。
(五)蒸發(fā)器
蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)與氣體冷卻器類似，其結(jié)構(gòu)由管片式發(fā)展為平行流微通道式。CO2蒸發(fā)器的工作壓力在3.4-7.2MPa左右，是傳統(tǒng)制冷劑壓力的10倍左右。
(六)回?zé)崞?/p>
系統(tǒng)中的回?zé)崞鞔蠖嗖捎煤唵螣崃黧w在管內(nèi)流動，冷流體在管外流動的套管式結(jié)構(gòu)，回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)比較簡單，但系統(tǒng)性能可以得到有效提高。有關(guān)的試驗研究表明，增設(shè)回?zé)崞骱?，系統(tǒng)的COP值最大可以提高15%-20%，制冷量將改善10%，回?zé)崞鞯墓荛L和管徑尺寸由換熱量和設(shè)計工況確定。
(七)儲液器
儲液器的作用是防止壓縮機液擊和便于壓縮機回油。為了滿足不同工況要求，儲液器容量的設(shè)計比較大。在儲液器中設(shè)置干燥器，以防止水與CO2反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕。
五、結(jié)論
CO2汽車空調(diào)由于環(huán)境方面的優(yōu)越性和優(yōu)良的熱物理特性，越來越被人們重視，CO2汽車空調(diào)替代現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)比較樂觀。CO2汽車空調(diào)技術(shù)具有重要的意義和廣闊的發(fā)展前景。
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