一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法及其系统，本发明专利技术采用甲醇基Fe3O4纳米流体替代传统纯甲醇吸收剂，通过Fe3O4纳米颗粒的加入调控纯甲醇吸收剂的物理特性，并强化气液两相体系的流动与传质性能，以获得在常规温度范围内吸收剂对CO2的高吸收率，从而突破传统甲醇洗工艺的低温操作限制，实现低能耗、低成本的CO2捕集，满足煤气化行业、化工行业等需大幅降低碳捕集能耗的的要求。同时，本发明专利技术通过设置外加磁场，发现Fe3O4磁性纳米流体比非磁性流体(Al2O3和SiO2)具有更强的传质特性，且当施加磁场时，磁性纳米粒子的运动轨迹可以通过改变磁场方向来调节，可以避免纳米颗粒的沉淀。以避免纳米颗粒的沉淀。以避免纳米颗粒的沉淀。

【技术实现步骤摘要】
一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法及其系统


[0001]本专利技术属于原料气CO2捕集领域，具体涉及到一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法及其系统。

技术介绍

[0002]截至目前，碳捕集、封存及转化(CCUS)被认为是最有潜力的工业固碳机制。其中，碳捕集技术作为CCUS的首要环节，一直是CCUS领域的前沿研究热点。常用的碳捕集法有吸附法、吸收法、膜分离法、胺纯化法和低温蒸馏法。其中，吸收法因具有工艺简单、脱碳效率高等优点，而受到工业固碳领域的青睐。
[0003]目前，以有机胺吸收法、离子液体吸收法为代表的化学吸收法虽然已经在燃煤发电等领域获得了成功应用，但其仍存在着高挥发性、高腐蚀性，再生能耗强度高、副产物不易无害化处理等固有缺陷。因此，工业碳捕集开始趋向物理吸收方向发展。
[0004]低温甲醇洗工艺就是一种典型的物理吸收法，该技术的典型工艺是将含有CO2和H2S等酸性气体的混合气体以鼓泡的形式由底部送入灌注有低温甲醇吸收剂的吸收塔进行浮升吸收，而后甲醇贫溶液通过氮气汽提塔或闪蒸等方式再生为富甲醇，如此循环往复。相比于其他CO2捕集技术，低温甲醇洗技术具有吸收剂性质稳定、无腐蚀性、易于再生，以及工艺选择性好、吸收效率高、气体净化度高、过程无副反应等独特优势。
[0005]然而，为了维持CO2在甲醇溶液中的高溶解度以确保高吸收效率，目前该技术的操作温度须维持在
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40℃或以下，从而造成了巨大的冷却能耗且极易导致吸收装置内部结冰、堵塞。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法，包括，
[0010]将甲醇和金属氧化物纳米颗粒混合，混合分散均匀，制得甲醇基纳米流体；
[0011]以甲醇基纳米流体作为吸收剂，在常温常压下吸收CO2，以高效率吸收CO2；
[0012]其中，所述金属氧化物纳米颗粒包括Fe3O4纳米颗粒。
[0013]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述将甲醇和金属氧化物纳米颗粒混合，其中，甲醇浓度>99vol％，金属氧化物纳米颗粒浓度0.001～0.5vol％。
[0014]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：甲醇溶液纯度为99.999％。
[0015]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述Fe3O4纳米颗粒浓度为0.1vol％。
[0016]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述Fe3O4纳米颗粒的粒径大小为20nm。
[0017]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述混合分散均匀，其中，包括采用超声波震荡辅助磁力搅拌的方式分散均匀。
[0018]本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法的系统，包括，
[0019]赫尔
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肖氏薄板装置、方形气泡生长通道、气体流量控制装置、高速摄像仪、CO2储气装置、连通导管、调节器和温度检测器；其中，
[0020]方形气泡生长通道设置在赫尔
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肖氏薄板装置底部；
[0021]气体流量控制装置、调节器设置在连通导管上，CO2储气装置通过连通导管与方形气泡生长通道连通；
[0022]温度检测器设置在赫尔
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肖氏薄板装置上端；
[0023]高速摄像仪设置在赫尔
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肖氏薄板装置侧面，以监测气泡运动速度和气泡表面积的变化。
[0024]作为本专利技术所述系统的一种优选方案，其中：所述赫尔
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肖氏薄板装置包括透明亚克力板1、透明亚克力板2、透明亚克力板3、透明亚克力板4、上下两层粘合的透明亚克力板5和铜线圈；其中，
[0025]透明亚克力板1、透明亚克力板2大小形状相同，相向设置，形成赫尔
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肖氏薄板装置的正面主体；
[0026]透明亚克力板3和透明亚克力板4依次设置在主体的侧面，构成侧面主体；
[0027]上下两层粘合的透明亚克力板5设置在正面主体的底部，与侧面主体配合，构成底部封闭的装置；
[0028]铜线圈设置在赫尔
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肖氏薄板装置外侧中间部分，产生均匀磁场。
[0029]作为本专利技术所述系统的一种优选方案，其中：所述透明亚克力板1、透明亚克力板2的尺寸为200mm
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200mm，两薄板间距为10mm，所述铜线圈连接变压器，缠绕圈数500，采用单线绕法，输入直流电，最大可产生2A的稳定电流。
[0030]作为本专利技术所述系统的一种优选方案，其中：所述上下两层粘合的透明亚克力板5中，上层开设方形孔道用于气泡生长，下层中开设螺纹孔用于连通导管连接，方形孔道和螺纹孔构成方形气泡生长通道。
[0031]本专利技术有益效果：
[0032](1)本专利技术提供了一种常温下可获得高效率CO2捕集的纳米流体吸收剂甲醇/Fe3O4，使得CO2的吸收率最大且能耗最小，同时，通过设置外加磁场，发现Fe3O4磁性纳米流体比非磁性流体(Al2O3和SiO2)具有更强的传质特性，且当施加磁场时，磁性纳米粒子的运动轨迹可以通过改变磁场方向来调节，可以避免纳米颗粒的沉淀；
[0033](2)本专利技术提供了一种基于赫尔
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肖氏原理的方形鼓泡塔反应器，并在反应器外侧紧密缠绕了铜线圈，一方面通过外加磁场来增强气液间传质；另一方面通过改变线圈中的电流方向调节颗粒的运动轨迹，避免颗粒沉淀；同时利用高速摄像系统对该实验装置中气泡的运动过程进行拍摄和记录，得到不同时刻气泡和流体的状态图，从而实现纳米颗粒干
预下CO2吸收过程中气液流态的可视化，并通过监测气泡运动速度和气泡表面积的变化来探测整个吸收过程气液传质系数的演化。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0035]图1为本专利技术实施例中常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的系统示意图。
[0036]图2为本专利技术实施例中赫尔
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肖氏原理的薄板装置的鼓泡塔反应器的结构剖视图(左)和全局图(右)。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术的上述目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法，其特征在于：包括，将甲醇和金属氧化物纳米颗粒混合，混合分散均匀，制得甲醇基纳米流体；以甲醇基纳米流体作为吸收剂，在常温常压下吸收CO2，以高效率吸收CO2；其中，所述金属氧化物纳米颗粒包括Fe3O4纳米颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将甲醇和金属氧化物纳米颗粒混合，其中，甲醇浓度>99vol％，金属氧化物纳米颗粒浓度0.001～0.5vol％。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：甲醇溶液纯度为99.999％。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述Fe3O4纳米颗粒浓度为0.1vol％。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述Fe3O4纳米颗粒的粒径大小为20nm。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合分散均匀，其中，包括采用超声波震荡辅助磁力搅拌的方式分散均匀。7.一种应用于权利要求1～6中任一所述常温型甲醇基纳米流体吸收CO2的方法的系统，其特征在于：包括，赫尔
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肖氏薄板装置(100)、方形气泡生长通道(200)、气体流量控制装置(300)、高速摄像仪(400)、CO2储气装置(500)、连通导管(600)、调节器(700)和温度检测器(800)；其中，方形气泡生长通道(200)设置在赫尔
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肖氏薄板装置(100)底部；气体流量控制装置(300)、调节器(700)设置在连通导管(600)上，CO2储气装置(500)通过连通导管(600)与方形气泡生长通道(200)连通；温度检测器(800)设置在赫尔
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【专利技术属性】
技术研发人员：李丽荣，肖志平，张程宾，陈永平，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：