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(lái)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(lèi)號(hào)：TQ116.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
一、概述
現(xiàn)在地球上氣溫越來(lái)越高，海平面升高，都是因?yàn)槎趸荚龆嘣斐傻摹Ｒ驗(yàn)槎趸季哂斜氐淖饔?，?00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(lái)越多，泥炭,煤,石油等化石能源的燃燒,廠(chǎng)房的廢氣是近年來(lái)二氧化碳含量猛增的主要原因,
二氧化碳主要來(lái)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(guò)數(shù)億年積累下來(lái)的太陽(yáng)能的儲(chǔ)存體。而我們瞬間就將這些能源釋放出來(lái)。而二氧化碳是化學(xué)放熱后最穩(wěn)定的形式。
目前，國(guó)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(shí)因素的制約，無(wú)法再短時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的需要。另一種是對(duì)二氧化碳進(jìn)行分離和儲(chǔ)存。對(duì)于化石燃燒產(chǎn)生的二氧化碳這種方式是最適合的。中國(guó)要實(shí)現(xiàn)在2050年二氧化碳排放量增幅控制在5.5%以?xún)?nèi)的目標(biāo)，因此，低碳技術(shù)是未來(lái)國(guó)家最重要的競(jìng)爭(zhēng)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(duì)改善環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益具有積極的社會(huì)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(lèi)。
2.1精餾法
利用吸附劑吸附雜質(zhì)，利用二氧化碳的沸點(diǎn)與其他氣體不同進(jìn)行分割，比二氧化碳沸點(diǎn)高的重組分用不同吸附劑脫除，比二氧化碳沸點(diǎn)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(duì)原料氣中的CO進(jìn)行有選擇性的可逆吸附作用來(lái)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(guò)周期性的溫度變化實(shí)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(shí)，一般需要多臺(tái)吸附器并聯(lián)使用，以保證整個(gè)過(guò)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(wú)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(shí)間通常以小時(shí)計(jì)，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(wú)腐蝕，整個(gè)過(guò)程由吸附、漂洗、降壓、抽真空和加壓五步組成，其運(yùn)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(duì)不同氣體組分的不同滲透率來(lái)使混合氣中的CO2通過(guò)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(jī)膜很容易被雜質(zhì)或油水污染而報(bào)廢，壽命最多不過(guò)兩年，能耗非常高，目前還沒(méi)有工業(yè)化使用的成功實(shí)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(lái)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(diǎn)溶劑。
2.4.1. 物理吸收法
物理吸收法是在加壓下用有機(jī)溶劑對(duì)酸性氣體進(jìn)行吸收來(lái)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(guò)降壓實(shí)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(duì)CO2的溶解度大、選擇性好、沸點(diǎn)高、無(wú)腐蝕、無(wú)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(diǎn)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(huì)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(yùn)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(duì)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(lèi)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(shí)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(jí)，且可得到高達(dá)99.99%的高純CO2，且技術(shù)簡(jiǎn)單，易于操作。但是工藝設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)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(wàn)分之幾。石油煉制廠(chǎng)、制氫廠(chǎng)和合成氨廠(chǎng)分離CO2也適用。
氣源中CO2濃度低于50%時(shí)，適用(變溫、變壓)吸附法，該法工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、能耗低、適應(yīng)能力強(qiáng)、無(wú)設(shè)備腐蝕問(wèn)題。[3]
3.2氣源中高濃度CO2的回收工藝的選擇
石油開(kāi)采時(shí)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(lái)，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(guó)Koch����攀��(KPS)公司的RyanHolmes三塔和四塔工藝，整個(gè)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(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)，提高采油率。[4]
根據(jù)實(shí)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(chē)空調(diào)技術(shù)探究
摘要：針對(duì)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(chē)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(guó)汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)到3400萬(wàn)輛，其中乘用車(chē)2100萬(wàn)輛，幾乎所有乘用車(chē)都安裝有空調(diào)器。汽車(chē)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(chē)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(guò)150”的限值。隨著對(duì)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(lái)，有人提出采用CO2作為汽車(chē)空調(diào)制冷劑，徹底解決大氣溫室效應(yīng)的問(wèn)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(wú)毒，無(wú)已知的致癌、致突變或其他有毒的危害影響，對(duì)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(chē)空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、氣體冷卻器、膨脹閥、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液器、回?zé)崞鞯冉M成，如圖1所示。CO2汽車(chē)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(shí)現(xiàn)制冷的目。如p-h圖的B-A過(guò)程，在壓縮機(jī)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(guò)程，為了系統(tǒng)性能系數(shù)COP的提高，利用壓縮機(jī)回氣管前面的低溫低壓蒸汽過(guò)熱原理，從氣體冷卻器出來(lái)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?chē)橘|(zhì)的熱量被吸收。為了蒸發(fā)器傳熱效率的提高而設(shè)計(jì)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?yàn)槿绱?，以防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油(回油管道見(jiàn)圖1)，故在蒸發(fā)器出口配置了儲(chǔ)液器。低壓飽和蒸汽從儲(chǔ)液器出來(lái)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(guò)熱蒸汽，進(jìn)而進(jìn)入壓縮機(jī)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(jī)
汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，壓縮機(jī)對(duì)整個(gè)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(jī)工作性能的主要指標(biāo)，壓縮過(guò)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(chē)空調(diào)的壓縮機(jī)主要有開(kāi)啟活塞式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)和變排量式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)容積效率較大，因?yàn)镃O2壓縮機(jī)壓比小以及氣缸內(nèi)余隙容積的再膨脹行程較短，閥打開(kāi)較早?；钊g隙的泄露是影響壓縮過(guò)程中最大的因素，泄漏損失對(duì)指示效率影響最大，必須減小泄漏間隙的長(zhǎng)度，減少間隙大小可以使CO2壓縮機(jī)具有與R134a壓縮機(jī)相同的效率，用油潤(rùn)滑的活塞環(huán)密封，為了控制泄漏，可將一定量的潤(rùn)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(duì)指示效率的影響很小，因?yàn)镃O2壓縮機(jī)吸排氣壓差很大，克服流動(dòng)阻力需要的壓差相對(duì)很小。
(二)換熱器
汽車(chē)空調(diào)對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕有嚴(yán)格的要求。因?yàn)樗陌惭b空間小，同時(shí)它的重量直接關(guān)系到汽車(chē)行駛時(shí)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(chē)空調(diào)換熱器的特征如表1所示。因此要求采用強(qiáng)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(diǎn)。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(dòng)時(shí)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(chē)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(shí)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(chē)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)膨脹閥的要求較高，因?yàn)槠?chē)空調(diào)系統(tǒng)是在動(dòng)態(tài)環(huán)境條件下工作的。一般情況下，CO2汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的膨脹閥由高壓調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)節(jié)流閥或背壓閥兩個(gè)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(duì)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(guò)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?yàn)橄到y(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(lèi)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?jiǎn)單熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷流體在管外流動(dòng)的套管式結(jié)構(gòu)，回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)性能可以得到有效提高。有關(guān)的試驗(yàn)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(zhǎng)和管徑尺寸由換熱量和設(shè)計(jì)工況確定。
(七)儲(chǔ)液器
儲(chǔ)液器的作用是防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油。為了滿(mǎn)足不同工況要求，儲(chǔ)液器容量的設(shè)計(jì)比較大。在儲(chǔ)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(chē)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(lái)越被人們重視，CO2汽車(chē)空調(diào)替代現(xiàn)有的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)比較樂(lè)觀。CO2汽車(chē)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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