吸收剂气液传质的纳米流体的制备方法及应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及0)2化学吸收领域，尤其涉及一种强化0)2吸收剂气液传质的纳米流体的制备方法及应用。
【背景技术】
[0002]能源广泛应用于工业、交通、建筑以及居民生活等各个领域，随着世界经济的急速增长，人类对能源的需求量大大增加。全球经济在迅速发展的同时也造成了 0)2的大量排放，其中，化石燃料利用过程中的0)2排放是最主要的0)2排放源，占到总排放量的90%以上，而电力生产所排放的CO2占所有源头排放量的80%左右，因此，控制CO2的排放，必须从电力行业做起。我国的能源储量一直有“多煤、少油、贫气”的特点，导致我国一直长期依赖煤炭资源。因此，对燃煤电厂这类CO2主要排放源实施减排措施，能够有效地控制我国的CO2排放量，对我国低碳发展的道路具有深远的意义。
[0003]目前燃煤电厂烟气CO2的分离回收主要有三条技术路线，分别为:燃烧前脱碳，燃烧中脱碳和燃烧后脱碳。其中，燃烧后脱碳中的化学吸收法是目前研宄最为成熟并且已经广泛利用于酸性气体吸收的一项技术。
[0004]方梦祥，晏水平、王金莲等在“烟气中CO2化学吸收法脱除技术分析与进展”一文中介绍常用的吸收剂为醇胺溶液、强碱溶液和热苛性钾溶液等，其中，有机胺吸收剂是目前研宄最多且技术最为成熟的吸收剂。制约化学吸收法脱除燃煤电厂CO2的主要因素之一是其较高的投资和能耗。强化吸收剂与CO2的气液传质能够缩小吸收塔的体积，从而降低设备和材料成本及占地面积，因而受到了广泛的关注。
[0005]强化气液传质的方法中，加入细小颗粒是重要的方式之一。1995年，美国的Argonne国家实验室首次提出了纳米流体的概念，即以一定比例和方式在液体中添加金属或非金属纳米颗粒而形成一类悬浮稳定的固液悬浮液。国内外许多研宄人员对鼓泡反应器中纳米粒强化氨气的吸收做了大量研宄，结果表明，纳米颗粒能够有效的促进吸收剂对氨气的吸收，其强化效果最佳达到了无纳米颗粒添加时的5.32倍。但是，目前将纳米颗粒应用于CO2吸收的实例较少。
[0006]唐忠利、彭林明和张树杨在“纳米流体强化0)2鼓泡吸收实验”中介绍以无水乙醇为基液，加入纳米粒子，混合搅拌，超声分散得到了 Al2O3-C2H5OH纳米流体、MgO-C2H5OH纳米流体、S12-C2H5OH纳米流体和T12-C2H5OH纳米流体。纳米粒子的加入对气液吸收过程具有强化作用。但是该法仅仅以无水乙醇作为吸收剂，吸收效果较弱，且制得的纳米流体中纳米颗粒粒径分布不均匀，容易自聚，长时间放置后聚合的纳米颗粒从基液中析出，稳定时间较短，不利于吸收剂的循环吸收。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种强化CO2吸收剂气液传质的纳米流体的制备方法。本发明制备方法所用吸收剂与0)2发生化学反应，吸收CO 2较快，加入纳米颗粒提高CO 2的化学吸收，采用高压微射流匀质机处理提高纳米流体的分散度，延长纳米流体稳定时间，增强CO2吸收效果O
[0008]一种强化CO2吸收剂气液传质的纳米流体的制备方法，包括以下步骤:
[0009](I)将吸收剂溶于溶剂中配制CO2吸收剂溶液，吸收剂的浓度为lmol/L-7mol/L，所述吸收剂为乙醇胺(MEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)或哌嗪(PZ)；
[0010](2)将无机纳米颗粒分散于0)2吸收剂溶液中，机械搅拌，制得流体，流体中无机纳米颗粒的质量分数为0.02% -0.12% ;
[0011]所述无机纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氧化铜、纳米铜粉和纳米石墨中的至少一种，无机纳米颗粒粒径为15nm-50nm ；
[0012](3)将得到的流体超声震荡，超声频率为40Hz-80Hz，超声温度为30°C_70°C，超声时间为1.5h-2.5h，超声时每20min-40min间歇3min-10min，为防止流体过热；
[0013](4)超声震荡后的流体采用高压微射流均质机处理1-5次制得强化CO2吸收剂气液传质的纳米流体，处理的压力为40MPa-100MPa，流量为150mL/min-400mL/min，温度为30°C?70°C。
[0014]步骤(I)中加入的吸收剂与CO2接触后发生化学反应，一定范围内提高吸收剂浓度会增加对CO2的吸收效果，但考虑到成本问题，吸收剂的浓度不超过7mol/L。
[0015]优选地，步骤(I)乙醇胺浓度为3m0l/L-7m0l/L，N-甲基二乙醇胺浓度为Imol/L_5mol/L，呢嘆浓度为 lmol/L_5mol/L0
[0016]步骤(2)中无机纳米颗粒在吸收剂溶液中的布朗运动以及由布朗运动引起流体间的微对流促进CO2及吸收剂在液相中的扩散，增强CO2吸收效果。
[0017]优选地，步骤(2)所述无机纳米颗粒为纳米二氧化硅和纳米三氧化二铝中的至少一种。
[0018]优选地，步骤(2)所述无机纳米颗粒的质量分数为0.02% -0.08%。
[0019]优选地，步骤(2)所述机械搅拌时间为0.5h-2h，搅拌速度为300rpm-600rpm，搅拌温度为30°C _70°C。该步骤能够将纳米颗粒初步分散在基液中，所得溶液中纳米颗粒团聚体粒径在10 μ m-20 μ m。
[0020]优选地，步骤(3)超声过程每30min间歇5min，防止流体过热而造成纳米颗粒自聚。
[0021]步骤(3)超声震荡后得到的流体颗粒粒径范围为I μ??-5 μ??，稳定时间为24h左右。
[0022]步骤(3)得到的流体分别与不添加无机纳米颗粒的吸收剂溶液以及不添加吸收剂的流体相比，CO2的吸收效果均有很大提高。
[0023]步骤(4)采用高压微射流均质机处理提高纳米流体的分散度，延长纳米流体稳定时间，增强CO2吸收效果。
[0024]优选地，步骤(4)高压微射流均质机循环处理压力为40MPa_80MPa。
[0025]优选地，步骤(4)高压微射流均质机相邻两次处理间隔为3min-10min，为防止纳米流体过热。
[0026]高压微射流均质机处理后纳米流体粒径范围100nm-300nm，稳定时间超过48h，与超声震荡后的流体相比，纳米流体粒径分布更加均匀，稳定时间更长，更有利于0)2的吸收。
[0027]本发明还提供了所述制备方法制得的强化0)2吸收剂气液传质的纳米流体。
[0028]本发明还提供了所述制备方法制得的强化0)2吸收剂气液传质的纳米流体在CO 2化学吸收中的应用。
[0029]所述应用包括火电厂CO2捕集、化工行业CO 2气体分离、天然气中分离CO 2气体等领域。
[0030]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0031](I)本发明制备方法所用吸收剂与0)2发生化学反应，吸收CO2较快，且加入纳米颗粒增强吸收剂对CO2的化学吸收。
[0032](2)本发明采用高压微射流匀质机处理提高了纳米流体的分散度，延长纳米流体稳定时间，得到的纳米流体粒径分布更加均匀，更加有利于0)2的吸收。
[0033](3)本发明方法制备的纳米流体有效促进CO2吸收过程中CO 2和吸收剂之间的气液传质，达到提高吸收剂吸收速率的效果，这种效果在CO2的化学吸收方面具有十分广阔的应用价值。
【附图说明】
[0034]图1为本发明纳米流体中颗粒平均粒径随时间的变化图。
【具体实施方式】
[0035]实施例1
[0036](I)配制吸收剂基液:将305.4g乙醇胺(MEA)与去离子水配制成5mol/L的溶液1000g，静置备用；
[0037](2)流体制备:称量15nm的二氧化硅纳米颗粒0.6g，加入步骤⑴中配置好的吸收剂基液中，机械搅拌lh，搅拌速度为300rpm，温度控制在40°C ；
[0038](3)超声波震荡处理:将步骤(2)中搅拌充分的5mol/L的MEA流体置入40Hz的超声波震荡仪中，温度控制在40 °C，超声波震荡30min，共震荡4次，每次间隔5min，以防止纳米流体过热；
[0039](