超重力技術(shù)脫除二氧化碳課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、超重力技術(shù)脫除二氧化碳課程設(shè)計(jì)報(bào)告張容正 20101095一 背景知識(shí)全球工業(yè)化進(jìn)程的加快使二氧化碳的排放量越來越大,并帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染 ,隨著 2012年/后京都時(shí)代 0的到來 ,溫室氣體排放將隨著經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展而急劇上升。 20世紀(jì)全球平均溫度升高了0.6e ,近30a來溫度升高速度明顯加快,全球變暖給人類帶來的危害是多方面的,嚴(yán)酷的天氣類型、海平面上升造成的陸地減少、影響自然生態(tài)系統(tǒng)、破壞生物多樣性、物種滅絕等等。全球變暖的現(xiàn)實(shí)正不斷的向人類敲響警鐘 , 二氧化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)已經(jīng)成為全球最為熱點(diǎn)的問題之一。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署指出 , 如果不對(duì)二氧化碳及其它溫室氣體排放采取限制措施 ,

2、那么氣候變暖每年將給全球帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。 為此 , 國(guó)際社會(huì)就控制溫室氣體排放量采取了多次政治和技術(shù)方面的合作。 1997 年 12月, 在日本京都召開的 5聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約 6締約方第三次會(huì)議通過了旨在限制發(fā)達(dá)國(guó)家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的 5京都議定書。 2005年2月16日 , 5 京都議定書 6正式生效 , 規(guī)定到 2010年, 所有發(fā)達(dá)國(guó)家二氧化碳等 6種溫室氣體的排放量 , 要比 1990年減少 5. 2%, 這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。 5京都議定書 6的生效說明二氧化碳的排放問題已經(jīng)受到全世界的廣泛關(guān)注。1 二氧化碳的來源數(shù)百萬年以來 , 二氧

3、化碳通過多種形式進(jìn)入到大氣中 , 其中一種來源工業(yè)革命時(shí)期開始的人類燃燒礦物燃料 , 現(xiàn)在已經(jīng)成為二氧化碳的主要來源 , 并對(duì)碳循環(huán)的平衡起著重要的作用。二氧化碳的來源如下所述 :1呼吸作用 : 動(dòng)物通過呼吸空氣來吸收氧氣。氧氣和糖份相結(jié)合產(chǎn)生能量、二氧化碳和水。 魚和其他水下生物從生活的水中吸取溶解的氧氣。 植物也要進(jìn)行呼吸作用 , 它們需要能量才能生長(zhǎng)。 綠色植物的呼吸作用也是二氧化碳的產(chǎn)生源 ,同時(shí)由于光合作用的存在, 也在進(jìn)行著二氧化碳的吸收。o退化 : 動(dòng)植物死后體內(nèi)開始發(fā)生降解有機(jī)物的化學(xué)過程 , 有機(jī)物被分解為更簡(jiǎn)單的化合物 , 包括二氧化碳。?火山活動(dòng) : 火山噴發(fā)產(chǎn)生固體和含

4、有二氧化碳的氣體。 ?燃燒礦物燃料 : 煤基本上由碳組成 , 石油和天然氣 ( 碳?xì)浠衔?) 的主要成分也是碳。這些燃料在空氣中燃燒時(shí) , 會(huì)產(chǎn)生熱能、光能和排放二氧化碳。 目前 , 每年燃燒的礦物燃料會(huì)將大約 260 億 t 的二氧化碳排放到大氣中。 ?水泥生產(chǎn) : 與人類活動(dòng)有關(guān)的二氧化碳大氣排放量中大約有 5% 來自水泥生產(chǎn)過程。 該過程包括爆破和燃燒石灰石和白堊板巖等碳酸巖 , 這些巖石也用在鋼鐵生產(chǎn)和其他工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中。?森林采伐 : 幾個(gè)世紀(jì)以來 , 人們?nèi)紵謥慝@得農(nóng)業(yè)用地。這會(huì)在兩個(gè)方面影響二氧化碳?xì)怏w的平衡。首先 , 燃燒會(huì)將產(chǎn)生的二氧化碳釋放到大氣中 ; 其次 , 通過

5、光合作用吸收二氧化碳?xì)怏w的樹木減少了。 誠(chéng)然 , 農(nóng)業(yè)用地也是二氧化碳?xì)怏w的吸收源 , 但其吸收效果遠(yuǎn)不如森林。作為全球變暖的主要貢獻(xiàn)者的溫室氣體二氧化碳 , 主要產(chǎn)生于礦物燃料的燃燒過程 ( 占全球排放總量的 80% 以上 ), 而以礦物燃料為主要能源的電力生產(chǎn)中排放的二氧化碳占全球總排量的 40%左右 , 電力生產(chǎn)是二氧化碳的一個(gè)集中排放源 , 控制和減緩電力生產(chǎn)中二氧化碳排放對(duì)于解決全球氣候變暖及溫室效應(yīng)問題具有重要意義。2 二氧化碳分離回收技術(shù)大氣中蘊(yùn)藏著豐富的碳資源 , 若從資源綜合利用的角度考慮 , 分離回收碳資源并使之變廢為寶不失為一種好辦法。 在自然界中 , 通過綠色植物的光合

6、作用固定二氧化碳是合成有機(jī)物質(zhì)的起始點(diǎn) , 也是迄今為止回收和凈化的主要手段。當(dāng)前矛盾的基本點(diǎn)是人類對(duì)化石燃料的過度依賴而導(dǎo)致二氧化碳的排放速度超過了其自然凈化能力。 因此 , 隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 , 各國(guó) ( 尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家 )均已投入大量資金進(jìn)行二氧化碳回收與利用技術(shù)的研發(fā)。 目前工業(yè)上分離回收二氧化碳的方法主要有吸收分離法、吸附分離法、膜分離法。2. 1 吸收分離法。吸收分離法是利用吸收劑對(duì)混合氣體進(jìn)行洗滌來分離二氧化碳的方法。按照吸收劑的不同 ,可以分為物理吸收法和化學(xué)吸收法。2. 1. 1 物理吸收法。物理吸收法是在低溫高壓條件下,以水、甲醇、聚酯類等作為吸收劑 ,利用二氧化碳在

7、這些溶劑中溶解度隨壓力變化而改變的原理 , 對(duì)二氧化碳進(jìn)行吸收以達(dá)到分離脫除的目的 , 分離過程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 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)二氧化碳的溶解度大、 選擇性好、沸點(diǎn)高、無腐蝕、無毒性以及性能穩(wěn)定。典型的物理吸收法有環(huán)丁砜法、 n- 甲基吡咯烷酮法、聚乙二醇二甲醚法 ( selexol 法) 、低溫甲醇法 ( rectisol 法) 、碳酸丙烯酯法 ( f lour 法 ) 等。. 環(huán)丁砜法 : 由環(huán)丁砜一、二異丙醇胺 ) 水組成的溶液作為吸收劑 , 溶液的吸收壓力從稍高于大氣壓至 7mpa, 凈化氣中二氧化碳含量可降低至 50mg/m3 以下 , 可用于

8、脫除變換氣中的二氧化碳。.n-甲基吡咯烷酮法 :用 n- 2 - 甲基吡咯烷酮作為溶劑,吸收壓力一般為3. 6 7mpa, 該法可選擇脫除硫化氫 , 用于從高壓天然氣或合成氣中除去大量二氧化碳。.se lexol 法: 用聚乙烯乙二醇二甲酯 (depg)為吸收劑 , 操作溫度為 261k。.rectisol 法: 以冷甲醇為吸收溶劑 , 操作溫度 211 272k, 壓力 214 810mpa, 該工藝氣體凈化度高、 選擇性好 , 氣體的脫硫和脫碳可在同一塔內(nèi)分段、 選擇性進(jìn)行 , 被廣泛應(yīng)用于合成氨、 合成甲醇和其他羰基合成和天然氣脫硫等氣體凈化裝置中。.f lour 法: 用碳酸丙烯酯為吸

9、收劑 , 吸收壓力一般在 1. 3mpa 以上 , 凈化氣中二氧化碳含量小于 1% , 該法可同時(shí)脫除硫化氫 , 可用于脫除天然氣及變換氣的二氧化碳。物理吸收法的優(yōu)點(diǎn)是吸收能力強(qiáng) , 吸收劑用量少 , 吸收劑的再生不需要加熱 , 通過降壓即可實(shí)現(xiàn) , 因此所需再生能量相當(dāng)少 , 溶劑不起泡 , 不易腐蝕設(shè)備 ; 但由于二氧化碳在溶劑中的溶解服從亨利定律 , 因此這種方法只適用于二氧化碳分壓較高的條件 , 而且二氧化碳的去除程度不高 , 成本相對(duì)也較高。2. 1. 2 化學(xué) ( 溶劑 ) 吸收法。化學(xué)吸收法是使原料氣和化學(xué)溶劑在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 二氧化碳被吸收至溶劑中成為富液,富液進(jìn)入解析

10、塔加熱分解出二氧化碳從而達(dá)到分離回收二氧化碳的目的。 該法的關(guān)鍵是控制好吸收塔和解析塔的壓力與溫度?；瘜W(xué)吸收法所選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)二氧化碳具有選擇性 , 且吸收劑不易揮發(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、不易燃等特點(diǎn)。常用的化學(xué)溶劑一般是碳酸鉀水溶液或乙醇胺類的水溶液。1 熱鉀堿法。使用 25% 30% 的熱碳酸鉀溶液吸收氣體中的二氧化碳 , 可用于脫除合成氨變換氣中二氧化碳?？偡磻?yīng)為 : k2 co3 + co2 + h2oy 2khco3, 吸收二氧化碳后的熱鉀堿溶液 , 通過減壓及加熱進(jìn)行再生 , 溶液放出吸收的二氧化碳。為了加快吸收二氧化碳的速度 , 向

11、碳酸鉀溶液中加入各種催化劑 ( 活化劑 ), 稱為催化熱鉀堿法。o 有機(jī)胺作為吸收溶劑 , 如: 含有烷基哌的甲基二乙醇胺、 含水碳酸鉀的三丁基磷酸酯、乙醇胺 (mea)、二乙醇胺 (dea)、正丙醇胺等烷醇胺。機(jī)理 : co2 + 2rnh2 y rnhcoo- + rnh3( 烷醇胺 )rnh2 + co2 +h2oy rnh3 + hco3( 側(cè)基團(tuán)大的位阻胺 )較常用的乙醇胺法腐蝕性強(qiáng),現(xiàn)階段研制開發(fā)的低分壓二氧化碳回收技術(shù),以醇胺水溶液為主體 ,添加了活性胺、抗氧劑和防腐劑 ,組成適于回收低分壓二氧化碳的優(yōu)良復(fù)合吸收劑 , 擁有吸收速度快、 吸收能力大、 再生能耗低、 胺氧化降解損耗

12、小、無腐蝕、復(fù)合吸收劑無毒、無污染的特點(diǎn)。2. 2 吸附分離法。吸附分離法是利用固態(tài)吸附劑對(duì)原料混合氣中的二氧化碳的選擇性可逆吸附作用來分離回收二氧化碳的新技術(shù) , 工業(yè)生產(chǎn)所選用的吸附劑都是具有較大表面積的固體顆粒 , 主要有活性炭、天然沸石、分子篩、活性氧化鋁和硅膠等 , 另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的特殊吸附材料 , 如二氧化碳專用吸附劑和碳分子篩等。吸附劑在吸附中應(yīng)具備兩個(gè)基本性質(zhì) : 一是對(duì)不同組分的吸附能力不同 , 以達(dá)到對(duì)混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附而使其它組分得以提純的目的 ; 二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加 , 隨吸附溫度的上升而減少 , 實(shí)現(xiàn)吸

13、附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解析再生 , 從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán) , 連續(xù)分離氣體。采用吸附分離法時(shí) , 一般需要多座吸附塔并聯(lián)使用 , 以保證整個(gè)過程中能連續(xù)地輸入原料氣 , 連續(xù)地取出二氧化碳及未吸附氣體 , 其關(guān)鍵是吸附劑的載荷能力 , 其主要決定因素是溫差 ( 或壓差 ) 。固體吸附劑吸附二氧化碳的能力視溫度及壓力而定。通常二氧化碳分壓越高以及氣體溫度越低 , 所能吸附的二氧化碳量越多。 在實(shí)際應(yīng)用中一般依據(jù)氣源的組成、壓力及產(chǎn)品要求的不同來選擇變壓吸附 ( psa ) 、變溫吸附 ( tsa) 或變壓 + 變溫吸附 ( psa + tsa) 工藝。 psa的循環(huán)周期

14、短 , 吸附劑利用率高 , 吸附劑用量相對(duì)較少 , 不需要外加換熱設(shè)備 , 被廣泛用于大量多組分氣體的分離與純化。 tsa法的循環(huán)周期長(zhǎng) , 投資較大 , 但再生徹底 , 通常用于微量雜質(zhì)或難解吸雜質(zhì)的脫除。2. 3 膜分離法。膜分離法是利用某些聚合材料制成的薄膜 , 對(duì)不同氣體的滲透率不同來分離氣體的。膜是一種起分子級(jí)分離過濾作用的介質(zhì) , 驅(qū)動(dòng)力是壓差 , 當(dāng)混合氣體與膜接觸 , 膜兩邊存在壓力時(shí) , 滲透率高的氣體組分以很高的速率透過薄膜 , 形成滲透氣流 , 滲透率低的氣體則被選擇性的攔截 , 絕大部分在薄膜進(jìn)氣一側(cè)形成殘留氣流 , 兩股氣流分別引出 , 從而使混合氣體的不同組分被分離

15、 , 這種分離是分子級(jí)的分離。 膜分離技術(shù)受到世界各技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的高度重視 , 近三十年來 , 美國(guó)、加拿大、日本和歐洲國(guó)家 , 一直把膜技術(shù)定位為高新技術(shù) , 投入大量資金和人力 , 促進(jìn)膜技術(shù)迅速發(fā)展 , 使用范圍日益擴(kuò)大 , 為許多行業(yè)高質(zhì)量地解決了分離、 濃縮和純化的問題 , 為循環(huán)經(jīng)濟(jì)、 清潔生產(chǎn)提供依托技術(shù)。 使用薄膜法處理含大量二氧化碳廢氣時(shí) , 無論使用哪類薄膜 , 除要對(duì)二氧化碳具有高選擇性外 , 二氧化碳透過率亦需越高越好 , 只是排放氣中主要成分氮?dú)夂投趸嫉姆肿哟笮∈纸咏?, 高選擇性和高滲透率不易同時(shí)實(shí)現(xiàn)。工業(yè)上用于二氧化碳分離的膜材質(zhì)主要有 : 醋酸纖維、乙基纖

16、維素、聚苯醚及聚砜等 , 近年來一些性能優(yōu)異的新型膜材質(zhì)正不斷涌現(xiàn) , 如聚酰亞胺膜、聚苯氧改性膜、 二胺基聚砜復(fù)合膜、含二胺的聚碳酸酯復(fù)合膜、 丙烯酸酯的低分子含浸膜等 , 均表現(xiàn)出優(yōu)異的二氧化碳滲透性。無機(jī)膜的研發(fā)上也有很大的突破 , 如日本 yamaguch i 大學(xué)的研究小組制備的一種沸石膜 , 在 200e 時(shí) co2/n2 選擇性大于 100, 可初步用于分離電廠尾氣中的二氧化碳。 膜分離法具有一次性投資較少、 設(shè)備緊湊、占地面積小、能耗低、工藝簡(jiǎn)單操作方便等優(yōu)點(diǎn) , 是應(yīng)用前景良好的二氧化碳?xì)怏w分離方法 , 但膜分離法的缺點(diǎn)是需要前級(jí)處理、 脫水和過濾 , 且難以得到高純度的二氧

17、化碳。2. 4 幾種分離回收方法的比較。上述幾種二氧化碳的分離回收方法各有特點(diǎn) , 視原料氣的不同和二氧化碳產(chǎn)品氣的純度要求的不同 , 可以選用一種方法 , 也可以兩種方法聯(lián)合使用。 物理吸收法和化學(xué)吸收法對(duì)二氧化碳的吸收效果好 , 分離回收的二氧化碳的純度高達(dá) 99. 9% 以上 , 而且可有效脫除硫化氫 ( 脫除率高達(dá) 100% ), 其缺點(diǎn)是成本較高。psa法生產(chǎn)能力大 , 自動(dòng)化程度高 , 分離程度高、效果好 , 可以生產(chǎn)高質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w , 但設(shè)備要求相應(yīng)較高 , 投資大 , 其成本也較高。膜分離法裝置簡(jiǎn)單 , 操作方便 , 投資費(fèi)用低 ( 成本比吸收法低 25% 左右 ), 是

18、當(dāng)今世界上發(fā)展迅速的一項(xiàng)節(jié)能型二氧化碳分離回收技術(shù) , 但是膜分離法難以得到高純度的二氧化碳 , 因此美國(guó)田納西州的 mallet 礦區(qū)將膜法和吸收法結(jié)合起來 , 前者做粗分離 , 后者做精分離 , 結(jié)果表明 : 該法取得了二者單獨(dú)操作時(shí)所得不到的最佳效果。3 二氧化碳的綜合利用二氧化碳在常溫常壓下是無色無臭氣體 , 在常溫下加壓即可液化或固化 , 安全無毒 , 使用方便 , 加上其含量非常豐富 , 因此隨著地球能源的日益緊張 , 現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展 , 二氧化碳的利用越來越受到人們的重視 , 許多國(guó)家都在研究把二氧化碳作為 / 潛在碳資源 0 加以綜合利用 , 早在 19 世紀(jì) 30 年代

19、, 我國(guó)就開始將二氧化碳用于合成有機(jī)化合物、滅火、致冷、金屬保護(hù)焊接、制造充氣飲料、滅菌等方面。3. 1 二氧化碳在化工合成上的應(yīng)用。二氧化碳除了成熟的化工利用 ( 例如合成尿素、生產(chǎn)碳酸鹽、阿司匹林、制取脂肪酸和水楊酸及其衍生物等 ) 以外 , 現(xiàn)在又研究成功了許多新的工藝方法 , 例如合成甲酸及其衍生物 , 合成天然氣、 乙烯、丙烯等低級(jí)烴類 , 合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、 丙酯及芳烴的烷基化合成高分子單體及進(jìn)行二元或三元共聚 , 制成了一系列高分子材料等。1二氧化碳與甲烷反應(yīng)制合成氣 : 二氧化碳與甲烷反應(yīng)生成富含一氧化碳的合成氣 , co2 + ch4 y 2co+ 2h2, 既

20、可解決常用的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制合成氣在許多場(chǎng)合下的氫過剩問題 , 又可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的減排。o二氧化碳與甲醇反應(yīng)合成碳酸二甲酯 : 隨著全世界環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng) , / 綠色產(chǎn)品 0 日益受到人們的青睞。碳酸二甲酯 (dmc) 作為非毒性和 / 綠色 0 新型化工原料已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外引起重視。二氧化碳與甲醇直接合成碳酸二甲酯在合成化學(xué)、碳資源利用和環(huán)境保護(hù)方面都有重大意義。 研究人員經(jīng)過近十年的研究開發(fā)工作 , 突破了光催化法二氧化碳和甲醇直接合成 dmc過程中的光催化劑、 光催化反應(yīng)器和反應(yīng)產(chǎn)物分離工藝難題 , 形成了反應(yīng)物原子接近 100% 利用的環(huán)境友好生產(chǎn)技術(shù) , 為發(fā)展 dmc生產(chǎn)提供了一條經(jīng)

21、濟(jì)、高效的新方法。3. 2 二氧化碳在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。作為一種廉價(jià)的原料,二氧化碳可用于蔬菜、瓜果的保鮮貯藏和糧食的貯藏。在現(xiàn)代化倉(cāng)庫(kù)里常充入二氧化碳 , 可防止糧食蟲蛀和蔬菜腐爛 , 延長(zhǎng)保存期。用二氧化碳貯藏的食品 , 由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用 , 可有效地防止食品中細(xì)菌、霉菌和蟲子生長(zhǎng) , 避免變質(zhì)和有害健康的過氧化物產(chǎn)生 , 并能保鮮和維持食品原有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分 , 二氧化碳不會(huì)造成谷物中藥物殘留和大氣污染 , 將二氧化碳通入大米倉(cāng)庫(kù) 24h, 能使 99% 的蟲子死亡。溫室里直接施用二氧化碳作肥料 , 利用植物根部吸收二氧化碳 , 可以增進(jìn)植物的光合作用 , 增加蔬菜的生長(zhǎng)速

22、度 , 縮短其生長(zhǎng)周期 , 增加產(chǎn)量 , 提高溫室的經(jīng)濟(jì)效益。 另外 , 二氧化碳作為人工降雨劑 , 能解決久旱無雨 , 莊稼失收的問題 , 用飛機(jī)在高空噴灑固態(tài)的二氧化碳 , 可以使空氣中水蒸氣冷凝 , 形成人工降雨。在自然界 , 二氧化碳保證了綠色植物進(jìn)行光合作用和海洋浮游植物呼吸的需要。3. 3 二氧化碳在一般工業(yè)上的應(yīng)用。固態(tài)二氧化碳即干冰是很好的致冷劑 , 它不僅冷卻速度快 , 操作性能好 , 不浸濕產(chǎn)品 , 不會(huì)造成二次污染 , 而且投資少、省人力。在實(shí)驗(yàn)室里 , 干冰與乙醚等易揮發(fā)液體混合 , 可以提供 - 77e 左右的低溫浴。 利用二氧化碳保護(hù)電弧焊接 , 既可避免金屬表面氧

23、化 , 又可使焊接速度提高 9倍。二氧化碳在石油工業(yè)上的應(yīng)用已較成熟 : 二氧化碳作為油田注入劑 , 可有效地驅(qū)油和提高石油的采油率 , 用作油田洗井用劑 , 效果也十分理想。另外 , 還可將二氧化碳注入地下難于開采的煤層 , 使煤層氣化 , 從而獲得化工所需的合成氣體和居間物。3. 4 二氧化碳在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。二氧化碳作為人體呼吸的有效刺激因素 , 通過對(duì)人體外化學(xué)感受器的刺激 , 可興奮呼吸中樞。如果一個(gè)人長(zhǎng)時(shí)間呼入純氧 , 體內(nèi)二氧化碳濃度過低 , 可導(dǎo)致呼吸停止。因此 , 臨床上把 5% 二氧化碳與 95% 氧氣的混合氣體應(yīng)用于一氧化碳中毒、溺水、休克、堿中毒的治療液態(tài)二氧化碳在低溫手

24、術(shù)中的應(yīng)用也較廣泛。3. 5 二氧化碳用于超臨界萃取。超臨界二氧化碳流體 , 由于具有與液體相近的密度 , 而粘度只有液體的 1%, 擴(kuò)散系數(shù)是液體的 100倍, 所以它的萃取能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有機(jī)溶劑。更為理想的是控制條件就可定向分離選定的組分 , 可在常溫和較低壓力下工作 , 沒有毒性和發(fā)生爆炸的危險(xiǎn) , 使用時(shí)不但有很好的工作性能 , 而且可有效地浸出高沸點(diǎn)、 高粘度、熱敏性物質(zhì)。超臨界二氧化碳萃取目前已在大規(guī)模生產(chǎn)裝置中獲得應(yīng)用的有 : 從香料和水果中提取香精 , 從咖啡中提取堿 , 從石油殘?jiān)椭谢厥崭鞣N油品 , 從油料種子中萃取油脂等。4 二氧化碳的處置封存二氧化碳在化工、 飲料、消防和

25、洗滌液等有著較為廣泛的用途 , 但用于這些方面的二氧化碳過不了多久即進(jìn)入大氣 , 無助于大氣中二氧化碳的減少。因此 ,將二氧化碳以特定的地質(zhì)環(huán)境為儲(chǔ)存空間 , 使之在 100a以致更長(zhǎng)的時(shí)間里不至于返回大氣中 , 控制和減少排放的同時(shí) , 研究對(duì)二氧化碳采取可行的處置方法具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。 為此 , 全球科技界進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究 , 對(duì)于收集下來的二氧化碳 , 當(dāng)前可行的儲(chǔ)存方式有 3種: 即地下儲(chǔ)存、海洋儲(chǔ)存、森林和陸地生態(tài)儲(chǔ)存。4. 1 地下儲(chǔ)存方法。地下儲(chǔ)存包括不可采煤層儲(chǔ)存、 采空的油氣層儲(chǔ)存、 強(qiáng)化采油回注儲(chǔ)存、 深部鹽水層儲(chǔ)存等多種方式。 總體而言 , 這些利用然儲(chǔ)層

26、的儲(chǔ)存方式比較安全可靠 , 不僅應(yīng)用上較靈活 , 而且也有較充裕的儲(chǔ)存能力 , 故這是當(dāng)前 ( 石油、天然氣生產(chǎn)企業(yè) ) 最主要的開發(fā)方向。4. 2 海洋儲(chǔ)存方法。海洋在地球生態(tài)中具有巨大的綠肺功能,為此 ,有人提出讓二氧化碳循環(huán)短路 , 即將燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳收集后直接導(dǎo)入海洋中。 這樣 , 在很大程度上可以避免二氧化碳產(chǎn)生的溫室氣體效應(yīng)。 海洋儲(chǔ)存尤其是深海儲(chǔ)存是有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模長(zhǎng)期儲(chǔ)存二氧化碳的理想方式 , 但涉及技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響等一系列復(fù)雜的問題有待解決 , 故目前尚處于探索階段。4. 3 森林和陸地生態(tài)儲(chǔ)存方法。森林和陸地生態(tài)儲(chǔ)存肯定是最理想的廉價(jià)儲(chǔ)存方式 , 但一個(gè)功率為 5

27、00mw的燃煤電站約需 2000km2的森林來捕集其所排放的二氧化碳 , 故此方式不可能作為主要儲(chǔ)存方式。5 結(jié)論二氧化碳作為化石燃料燃燒的副產(chǎn)物,對(duì)其進(jìn)行回收和綜合利用,不僅可以提高原料總利用率,降低生產(chǎn)成本 ,提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,而且可以改善工廠生產(chǎn)環(huán)境 ,為社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)而豐富的二氧化碳產(chǎn)品,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。大型電廠 ,尤其是燃煤電廠是收集二氧化碳的首選。如果所考慮的電廠臨近即將枯竭的油田或氣田,二氧化碳可以用來回收石油和天然氣,既能回收資源又完成了二氧化碳的處置,況且油氣田具備安全儲(chǔ)存二氧化碳的水文地質(zhì)條件。這一方案的關(guān)鍵是如何將發(fā)電、二氧化碳收集和油氣回收協(xié)同優(yōu)化,以產(chǎn)生

28、最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。二 超重力技術(shù)介紹1 簡(jiǎn)介超重力技術(shù)是強(qiáng)化多相流傳遞及反應(yīng)過程的新技術(shù) , 上個(gè)世紀(jì)問世以來 , 在國(guó)內(nèi)外受到廣泛的重視 , 由于它的廣泛適用性以及具有傳統(tǒng)設(shè)備所不具有的體積小、重量輕、能耗低、易運(yùn)轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應(yīng)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) , 使得超重力技術(shù)在環(huán)保和材料生物化工等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景。超重力機(jī)2 原理超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力條件下多相流體系的獨(dú)特流動(dòng)行為 , 強(qiáng)化相與相之間的相對(duì)速度和相互接觸 , 從而實(shí)現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過程和化學(xué)反應(yīng)過程。獲取超重力的方式主要是通過轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備整體或部件形成離心力場(chǎng),涉及的多相流體系主要包括氣

29、- 固體系和氣 - 液體系。3 發(fā)展歷史離心力場(chǎng) ( 超重力場(chǎng) ) 被用于相間分離 , 無論在日常生活還是在工業(yè)應(yīng)用上,都已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。但為一項(xiàng)特定的手段用于傳質(zhì)過程的強(qiáng)化 , 引起工業(yè)界的重視是 70 年代末出現(xiàn)的“ higee ”, 這是英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司的 colinramshaw 教授領(lǐng)導(dǎo)的新科學(xué)小組提出的專利技術(shù)。 它的誕生最初是由設(shè)想用精餾分離去應(yīng)征美國(guó)太空署關(guān)于微重力條件下太空實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引起的。 理論分析表明 , 在微重力條件下 , 由于 g 0 , 兩相接觸過程的動(dòng)力因素即浮力因子 ( g ) 0 , 兩相不會(huì)因?yàn)槊芏炔疃a(chǎn)生相間流動(dòng)。而分子間力 , 如表面張力 , 將會(huì)起主導(dǎo)

30、作用 , 液體團(tuán)聚 , 不得伸展 , 相間傳遞失去兩相充分接觸的前提條件 , 從而導(dǎo)致相間質(zhì)量傳遞效果很差 , 分離無法進(jìn)行。 反之 , “ g”越大 , ( g) 越大 , 流體相對(duì)滑動(dòng)速度也越大。巨大的剪切應(yīng)力克服了表面張力, 可使液體伸展出巨大的相際接觸界面,從而極大地強(qiáng)化傳質(zhì)過程。這一結(jié)論導(dǎo)致了“higee” (high “g”) 的誕生。70 年代末至 80 年代初 , 英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司( ici)連續(xù)提出被稱之為“ higee”的多項(xiàng)專利。利用旋轉(zhuǎn)填料床中產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力超重力 , 使氣、液的流速及填料的比表面積大大提高而不液泛。 液體在高分散、 高湍動(dòng)、強(qiáng)混合以及界面急速更新

31、的情況下與氣體以極大的相對(duì)速度在彎曲孔道中逆向接觸 , 極大地強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。傳質(zhì)單元高度降低了 1 2 個(gè)數(shù)量級(jí) , 并且顯示出許多傳統(tǒng)設(shè)備所完全不具備的優(yōu)點(diǎn)。從而使巨大的塔器變?yōu)楦叨炔坏? m 的超重機(jī)。因此。超重力技術(shù)被認(rèn)為是強(qiáng)化傳遞和多相反應(yīng)過程的一項(xiàng)突破性技術(shù), 被譽(yù)為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”和“跨世紀(jì)的技術(shù)” 。4 工作原理氣相經(jīng)氣體進(jìn)口管由切向引入轉(zhuǎn)子外腔 , 在氣體壓力的作用下由轉(zhuǎn)子外緣處進(jìn)入填料。液體由液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔 , 經(jīng)噴頭淋灑在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上。進(jìn)入轉(zhuǎn)子的液體受到轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用 , 周向速度增加 , 所產(chǎn)生的離心力將其推向轉(zhuǎn)子外緣。在此過程中 , 液體被填料分散、 破碎

32、形成極大的、 不斷更新的表面積 , 曲折的流道加劇了液體表面的更新。 這樣 , 在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成了極好的傳質(zhì)與反應(yīng)條件。液體被轉(zhuǎn)子拋到外殼匯集后經(jīng)液體出口管離開超重機(jī)。 氣體自轉(zhuǎn)子中心離開轉(zhuǎn)子 , 由氣體出口管引出 , 完成傳質(zhì)與反應(yīng)過程。5 超重力工程技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用超重力工程技術(shù)是一項(xiàng)突破性地強(qiáng)化 “三傳一反” 過程的新技術(shù)， 是適用于能源、材料、石油、化工、環(huán)境、生物等多個(gè)部門并可帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的新技術(shù)。 由于它具有體積小、 重量輕、能耗 低、易運(yùn)轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活等優(yōu)點(diǎn)，它一旦在某個(gè)行業(yè)部門工業(yè)示范成功后， 就能較快得到推廣。由于這項(xiàng)技術(shù)設(shè)備還具有不怕震動(dòng)， 可以任意方位安裝， 物料在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間短，適合于快速反 應(yīng)和選擇性吸收等特點(diǎn)， 因此還可用于一些傳統(tǒng)術(shù)所不能勝任的場(chǎng)合，使這項(xiàng)新技術(shù)有著較傳統(tǒng)的 分離反應(yīng)技術(shù)更為廣闊的應(yīng)用范圍。 它被喻為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”和“跨世紀(jì)的技術(shù)”是恰當(dāng)?shù)?。它在?guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的效益難以估量， 其地位及影響將由此技術(shù)的逐漸普及而日益提高和加強(qiáng)。 可以預(yù)期，在2l 世紀(jì)