伴有化学反应的气液两相间多组分输运特性研究
发布时间：2021-04-25 15:19
以CO2为主的温室气体的过度排放导致温室效应加剧,引起气候变暖,给全球生态环境造成了严重影响。我国是世界CO2排放量大的国家之一,毎年的CO2排放总量在90亿吨以上,而国内电力企业所排放的CO2占到了全国总排放量的50%左右,因此如何降低大型燃煤电站CO2的排放量成为电力企业亟需解决的主要问题。大型燃煤电站实现低碳排放最有效的手段是碳捕集与封存技术CCS（Carbon Capture and Storage）,主要分为燃烧前、富氧燃烧和燃烧后捕集三类。作为最有可能实现商业化应用的燃烧后捕集技术,面临着氨逃逸造成大气环境污染和系统能耗过高等问题。C02吸收过程为伴有化学反应的多相、多尺度、多物理场耦合输运过程,本文采用数值模拟并辅以验证性实验的方法对反应器内部CO2吸收特性、氨逃逸传质机理和碳捕集系统能耗等进行了探究。首先,鉴于填料塔内部气液两相流动的复杂性和边界条件的不确定性,本文基于表征体元法和拟单相模型建立了填料塔内部CO2吸收过程的数值计算模型,可以实现填料塔内气液两相流动、CO2化学吸收过程、氨逃逸传质过程以及气液两相热量输运的耦合计算。此外,提出鼓泡塔内部气液接触界面的追踪方...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 温室气体和温室效应
1.1.2 碳捕集与封存技术
1.2 国内外研究现状
1.2.1 气液两相间热质输运过程的研究
1.2.2 计算流体力学在热质输运过程的应用
1.2.3 氨逃逸问题的研究现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 气液两相流动及多组分输运的研究方法
2.1 引言
2.2 气液两相组分输运机理
2.2.1 气体吸收理论
2.2.2 氨逃逸传质理论
2.2.3 氨水吸收二氧化碳的化学反应机理
2.2.4 乙醇胺溶液吸收二氧化碳的化学反应机理
2.3 气液两相间“三传一反”耦合模型
2.3.1 鼓泡塔中气液两相“三传一反”耦合模型
2.3.2 表征体元法
2.3.3 拟单相模型
2.3.4 填料塔中气液两相“三传一反”耦合模型
2.3.5 边界条件和收敛标准
2.4 小结
第3章 氨水吸收二氧化碳的鼓泡塔内部多组分输运过程研究
3.1 引言
3.2 模型介绍
3.2.1 鼓泡塔能耗方程
3.2.2 模型设置
3.2.3 模型封闭
3.2.4 边界条件
3.2.5 其他相关参数
3.2.6 实验验证
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 孔径对鼓泡塔内传质过程的影响
3.3.2 孔数对鼓泡塔内传质过程的影响
3.3.3 高径比对鼓泡塔内传质过程的影响
3.3.4 运行工况对鼓泡塔内传质过程的影响
3.4 本章小结
第4章 氨水吸收二氧化碳的填料塔内部多组分输运过程研究
4.1 引言
4.2 数值计算模型
4.2.1 假设
4.2.2 控制方程
4.2.3 表征体元法中模型封闭
4.2.4 边界条件的设定
4.2.5 二氧化碳脱除效率和整体传质系数
4.2.6 模型验证
4.3 结果与讨论
4.3.1 入口二氧化碳体积分数的影响
4.3.2 气相流速的影响
4.3.3 氨水溶液流速和浓度的影响
4.3.4 氨水溶液温度的影响
4.4 填料塔内部氨逃逸与对流传热过程
4.4.1 模型修正
4.4.2 相关参数
4.4.3 模型验证
4.4.4 结果与讨论
4.5 本章小结
第5章 填料塔内以乙醇胺作为吸收剂捕集二氧化碳的能耗研究
5.1 引言
5.2 模型介绍
5.2.1 二氧化碳捕集系统能耗模型
5.2.2 模拟方法和假设
5.2.3 控制方程
5.2.4 模型的封闭
5.2.5 边界条件的设定
5.2.6 模型验证
5.3 结果与讨论
5.3.1 吸收塔高度对吸收过程及系统能耗的影响
5.3.2 操作压力对吸收过程及系统能耗的影响
5.3.3 填料类型对吸收塔内部传质特性及系统能耗的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 本文主要研究成果
6.2 本文主要创新点
6.3 后续工作展望
主要符号对照表
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
在学期间所获奖励（校级以上）
【参考文献】：
期刊论文
[1]京津冀地区雾霾影响因素实证分析[J]. 李晓燕. 生态经济. 2016(03)
[2]中国电力工业CO2减排战略分析[J]. 徐钢,田龙虎,刘彤,黄其励. 中国电机工程学报. 2011(17)
[3]聚乙二醇二甲醚抑制脱碳吸收剂中氨逃逸的实验及原理分析[J]. 马双忱,孙云雪,崔基伟,赵毅. 化工学报. 2011(05)
[4]CO2水合分离研究进展[J]. 李士凤,樊栓狮,王金渠,郎雪梅. 化工进展. 2009(05)
[5]氨法脱除燃煤烟气中CO2的实验研究[J]. 张茂,赛俊聪,吴少华,李振中. 热能动力工程. 2008(02)
[6]超重场强化氨水吸收烟道气中CO2的研究[J]. 张君,公茂利,荚江霞,陈明功. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2006(01)
[7]温室气体CO2的捕集和分离——分离技术面临的挑战与机遇[J]. 费维扬,艾宁,陈健. 化工进展. 2005(01)
[8]电站烟气中CO2减排新技术双重效益的研究[J]. 张昀,李振中,李成之,张经武,Jim Zhou,李欣,张志明,陈冠雄. 现代电力. 2002(03)
[9]火电厂排放CO2的分离回收和固定技术的研究开发现状[J]. 周泽兴. 环境科学进展. 1993(01)
博士论文
[1]大气中氨气、铵盐和有机胺盐的研究[D]. 胡清静.中国海洋大学 2015
[2]规整填料局部流动与传质的计算流体力学研究[D]. 谷芳.天津大学 2004
[3]加压下规整填料塔内流体流动和传质特性的研究及其计算流体力学模拟[D]. 张鹏.天津大学 2002
硕士论文
[1]SNCR-SCR脱硝技术在500t/d垃圾焚烧炉的应用研究[D]. 方熙娟.清华大学 2015
[2]通气结构对鼓泡容器内气液两相分布的影响[D]. 雷建勇.西北大学 2014
[3]单塔氨法脱硫“氨逃逸”控制研究[D]. 张英.武汉科技大学 2014
[4]焦化厂蒸氨工艺的实验研究及节能工艺的探索[D]. 姚晓琰.天津大学 2014
[5]氨法捕集CO2过程中氨逃逸规律研究[D]. 孙龙.哈尔滨工业大学 2012
[6]氨法吸收二氧化碳的实验研究[D]. 曾庆.清华大学 2011
[7]乙醇胺（MEA）溶液吸收CO2的试验研究[D]. 司南.哈尔滨工业大学 2009
[8]燃煤电厂烟气二氧化碳捕获系统的仿真研究[D]. 周响球.重庆大学 2008
[9]氨法脱除燃煤烟气中二氧化碳的实验研究[D]. 张茂.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3159617
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 温室气体和温室效应
1.1.2 碳捕集与封存技术
1.2 国内外研究现状
1.2.1 气液两相间热质输运过程的研究
1.2.2 计算流体力学在热质输运过程的应用
1.2.3 氨逃逸问题的研究现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 气液两相流动及多组分输运的研究方法
2.1 引言
2.2 气液两相组分输运机理
2.2.1 气体吸收理论
2.2.2 氨逃逸传质理论
2.2.3 氨水吸收二氧化碳的化学反应机理
2.2.4 乙醇胺溶液吸收二氧化碳的化学反应机理
2.3 气液两相间“三传一反”耦合模型
2.3.1 鼓泡塔中气液两相“三传一反”耦合模型
2.3.2 表征体元法
2.3.3 拟单相模型
2.3.4 填料塔中气液两相“三传一反”耦合模型
2.3.5 边界条件和收敛标准
2.4 小结
第3章 氨水吸收二氧化碳的鼓泡塔内部多组分输运过程研究
3.1 引言
3.2 模型介绍
3.2.1 鼓泡塔能耗方程
3.2.2 模型设置
3.2.3 模型封闭
3.2.4 边界条件
3.2.5 其他相关参数
3.2.6 实验验证
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 孔径对鼓泡塔内传质过程的影响
3.3.2 孔数对鼓泡塔内传质过程的影响
3.3.3 高径比对鼓泡塔内传质过程的影响
3.3.4 运行工况对鼓泡塔内传质过程的影响
3.4 本章小结
第4章 氨水吸收二氧化碳的填料塔内部多组分输运过程研究
4.1 引言
4.2 数值计算模型
4.2.1 假设
4.2.2 控制方程
4.2.3 表征体元法中模型封闭
4.2.4 边界条件的设定
4.2.5 二氧化碳脱除效率和整体传质系数
4.2.6 模型验证
4.3 结果与讨论
4.3.1 入口二氧化碳体积分数的影响
4.3.2 气相流速的影响
4.3.3 氨水溶液流速和浓度的影响
4.3.4 氨水溶液温度的影响
4.4 填料塔内部氨逃逸与对流传热过程
4.4.1 模型修正
4.4.2 相关参数
4.4.3 模型验证
4.4.4 结果与讨论
4.5 本章小结
第5章 填料塔内以乙醇胺作为吸收剂捕集二氧化碳的能耗研究
5.1 引言
5.2 模型介绍
5.2.1 二氧化碳捕集系统能耗模型
5.2.2 模拟方法和假设
5.2.3 控制方程
5.2.4 模型的封闭
5.2.5 边界条件的设定
5.2.6 模型验证
5.3 结果与讨论
5.3.1 吸收塔高度对吸收过程及系统能耗的影响
5.3.2 操作压力对吸收过程及系统能耗的影响
5.3.3 填料类型对吸收塔内部传质特性及系统能耗的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 本文主要研究成果
6.2 本文主要创新点
6.3 后续工作展望
主要符号对照表
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
在学期间所获奖励（校级以上）
【参考文献】：
期刊论文
[1]京津冀地区雾霾影响因素实证分析[J]. 李晓燕. 生态经济. 2016(03)
[2]中国电力工业CO2减排战略分析[J]. 徐钢,田龙虎,刘彤,黄其励. 中国电机工程学报. 2011(17)
[3]聚乙二醇二甲醚抑制脱碳吸收剂中氨逃逸的实验及原理分析[J]. 马双忱,孙云雪,崔基伟,赵毅. 化工学报. 2011(05)
[4]CO2水合分离研究进展[J]. 李士凤,樊栓狮,王金渠,郎雪梅. 化工进展. 2009(05)
[5]氨法脱除燃煤烟气中CO2的实验研究[J]. 张茂,赛俊聪,吴少华,李振中. 热能动力工程. 2008(02)
[6]超重场强化氨水吸收烟道气中CO2的研究[J]. 张君,公茂利,荚江霞,陈明功. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2006(01)
[7]温室气体CO2的捕集和分离——分离技术面临的挑战与机遇[J]. 费维扬,艾宁,陈健. 化工进展. 2005(01)
[8]电站烟气中CO2减排新技术双重效益的研究[J]. 张昀,李振中,李成之,张经武,Jim Zhou,李欣,张志明,陈冠雄. 现代电力. 2002(03)
[9]火电厂排放CO2的分离回收和固定技术的研究开发现状[J]. 周泽兴. 环境科学进展. 1993(01)
博士论文
[1]大气中氨气、铵盐和有机胺盐的研究[D]. 胡清静.中国海洋大学 2015
[2]规整填料局部流动与传质的计算流体力学研究[D]. 谷芳.天津大学 2004
[3]加压下规整填料塔内流体流动和传质特性的研究及其计算流体力学模拟[D]. 张鹏.天津大学 2002
硕士论文
[1]SNCR-SCR脱硝技术在500t/d垃圾焚烧炉的应用研究[D]. 方熙娟.清华大学 2015
[2]通气结构对鼓泡容器内气液两相分布的影响[D]. 雷建勇.西北大学 2014
[3]单塔氨法脱硫“氨逃逸”控制研究[D]. 张英.武汉科技大学 2014
[4]焦化厂蒸氨工艺的实验研究及节能工艺的探索[D]. 姚晓琰.天津大学 2014
[5]氨法捕集CO2过程中氨逃逸规律研究[D]. 孙龙.哈尔滨工业大学 2012
[6]氨法吸收二氧化碳的实验研究[D]. 曾庆.清华大学 2011
[7]乙醇胺（MEA）溶液吸收CO2的试验研究[D]. 司南.哈尔滨工业大学 2009
[8]燃煤电厂烟气二氧化碳捕获系统的仿真研究[D]. 周响球.重庆大学 2008
[9]氨法脱除燃煤烟气中二氧化碳的实验研究[D]. 张茂.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3159617
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