多孔液体含湿CO2混合气体吸/脱附特性及传递强化

基本信息
批准号:51876013
项目类别:面上项目
资助金额:61.00
负责人:丁玉栋
学科分类:
依托单位:重庆大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘汉周,张瑜,郭李恒,李晓强,刘波,赵星星,杨小强,杨家佳
关键词:
吸收/解吸传递强化多孔液体膜式反应器传热传质特性
结项摘要

Porous liquids as one of new porous materials, have promising application in gas separation for it possess the features of porous solids such as permanent porosity and molecular sieving with the fluidity and fast mass transfer of liquids. This project focuses on the absorption/desorption characteristics and transport enhancement of wet mixed gases in porous liquids. And it aims at a deep understanding of the mechanism and behavior of the unsteady flow, transport, absorption/desorption of wet mixed gases in liquid film of porous liquids under the interaction of heat and mass transfer, absorption and desorption and nonhomogeneous physical quantity field. This project will launch the study as follow: Synthesizing of the porous liquid; The kinetic and thermodynamic characteristics during the process of wet mixed gases absorbed /desorbed in porous liquids; The unsteady flow of porous liquid film; The characteristics of interfacial transportation and transport enhancement under the condition of absorption/desorption; The features of absorption/desorption and interphase transfers of wet mixed gases in porous liquids film-type reactor. We expect to discover the competitive adsorption mechanism and the features of absorption/desorption kinetics and thermodynamics of wet mixed gas. And then we hope to obtain the influence rule of porous hosts on interfacial turbulence and transfer enhancement, offer a new interfacial transfer theoretic calculation which reflects the effects of interfacial turbulence. Finally, we try to build a multiscale transport and absorption/desorption theoretical mode of wet mixed gases in porous liquid film-type reactor and the multilevel optimization method of high efficient reactor. This project will greatly facilitate the development of CO2 capture and separation technology.

多孔液体是一类兼具固、液特性的新型多孔材料,在CO2等气体分离中具有重要应用价值。本项目以多孔液体液含湿CO2混合气体吸/脱附特性及传递强化为研究对象,以重点解决含湿混合气体在多孔液体液膜流动吸/脱附、热质传递及强化等过程相互耦合的共性流动及传递的关键热物理问题为目标,分别开展多孔液体合成及其对含湿CO2混合气体的吸/脱附热力学和动力学特性;多孔液体液膜流动及吸/脱附过程界面传递特性及强化;含湿CO2混合气体在多孔液体膜式反应器内流动传递及吸/脱附特性等研究。揭示含湿CO2混合气体在多孔液体内的吸/脱附热力学和动力学特性、竞争/促进吸附机理和规律;获得主体分子或框架材料对气液界面微细对流的影响规律及强化传递特性;提出反映界面微细流动影响的多孔液体气液界面传质理论计算方法;建立反应器尺度多孔液体液膜吸/脱附CO2过程气液两相多场耦合热质传递理论模型和高效反应器构建方法。推动CO2捕获分离技术的发展。

项目摘要

多孔液体具有固体发达的孔道结构,同时兼顾液体的流动性,因而具备高的CO2吸附容量和再生效率,在气体分离领域极具应用前景。本项目以含湿CO2混合气体在多孔液体内吸脱附特性及传递强化为研究对象,开展了多孔液体制备;含湿混合气体CO2吸/脱附特性;CO2吸/脱附过程界面强化和膜式反应器内多孔液体降膜流动等不同层次且相互关联的工作。以MOF类材料或硅基微球为主体单元,成功制备了兼具固液特性的第三类多孔液体吸收剂,提出了该类吸收剂吸收CO2反应机理,揭示了主体单元微观形貌、胺负载种类、位阻溶剂种类的影响规律,获得了其对含湿CO2混合气体的吸脱附特性和温度、压力、气体成分等条件变化对CO2吸/脱附热力学和动力学特性的影响规律,建立了吸收-吸附模型预测多孔液体的吸收特性。针对燃烧后捕集CO2关键设备内降膜流动及吸脱附过程界面传递特性,系统研究了自然降膜流动中波动发展规律,揭示了降膜反应器内气液逆流、壁面结构及特性等对液膜铺展及CO2吸收特性的影响;借助纹影法对CO2吸收过程中气液界面对流形态进行了可视化研究,提出了纹影定量化分析方法。利用格子-Boltzmann方法模拟研究并揭示了CO2吸收过程中气液界面对流传质特性。针对火力发电等能源动力系统,提出了基于汽轮机排汽余热回收的CO2捕集分离过程调控和优化的新途径和新策略。. 项目成果将有助于推动CO2捕获分离技术的发展。目前已在国内外权威学术刊物和国际学术会议发表相关的高水平论文18篇,其中SCI收录论文8篇,EI收录论文13篇,国际会议文章5篇。公开国家发明专利2项,授权1项。目前培养博士研究生4名,硕士研究生5名。课题组多次派出课题组成员参加国际和国内学术交流,国际学术会议口头报告5次,国内学术会议口头及展报报告5次,邀请报告1次,完成了项目研究内容和指标要求。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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