針對(duì)在化學(xué)吸收法脫碳工藝中再生過程能耗較大,在富液分級(jí)流工藝的基礎(chǔ)上,采用納米級(jí)陶瓷膜作為分流的富液和再生氣間的新型換熱器,利用多孔陶瓷膜能夠進(jìn)行熱質(zhì)耦合傳遞的特性,有效回收再生氣中的部分水蒸氣及其所攜帶的熱量,達(dá)到降低系統(tǒng)再生能耗的目的。以熱回收通量和水回收率為指標(biāo),研究了再生氣溫度、流速、水蒸氣摩爾分?jǐn)?shù)以及分流的MEA富液溫度、流速、MEA濃度等參數(shù)對(duì)不同孔徑和長度的陶瓷膜水熱回收效果的影響。結(jié)果表明,陶瓷膜的水熱回收性能隨MEA富液流量的增加而增加,但隨富液溫度的升高而大幅下降。同時(shí),隨著再生氣流速和再生氣中水蒸氣摩爾分?jǐn)?shù)的增大,熱回收通量均會(huì)增大。10 nm陶瓷膜的熱回收性能優(yōu)于20 nm陶瓷膜。 

【文章來源】：能源工程. 2020,(06)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

陶瓷膜管截面SEM圖像

基于陶瓷膜換熱器的再生氣水熱回收系統(tǒng)主要包括陶瓷膜換熱腔室、蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)、氣體預(yù)熱系統(tǒng)以及液相輸送系統(tǒng),其流程圖如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中,模擬再生氣為H2O(g)與CO2的混合氣,根據(jù)H2O/CO2的摩爾比控制純水與CO2的入口流量。入口純水的流量由蠕動(dòng)泵精確控制,進(jìn)入蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生水蒸氣,鋼瓶CO2由質(zhì)量流量計(jì)控制流量,進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)與產(chǎn)生的水蒸氣充分混合均勻,經(jīng)加熱后形成一定溫度的模擬再生氣,然后自上而下進(jìn)入豎直固定的陶瓷膜換熱器管程中。與此同時(shí),MEA富液在水浴鍋中被加熱至所需溫度后由蠕動(dòng)泵(BT600M/YZ1515x)自下而上送入到換熱器殼程,與再生氣形成逆向流動(dòng),氣液相在膜換熱器中進(jìn)行熱質(zhì)傳遞,模擬回收再生氣中水熱的過程。氣相水蒸氣分壓大于液相,在分壓差的作用下再生氣中的水蒸氣和冷凝水會(huì)透過膜孔傳遞至富液側(cè)。實(shí)驗(yàn)選用的陶瓷膜孔徑為10 nm和20 nm。過程中,水蒸氣迅速在膜孔內(nèi)發(fā)生毛細(xì)冷凝[20],氣側(cè)冷凝水在毛細(xì)力的作用下源源不斷被吸入膜孔進(jìn)入富液側(cè)。熱交換后的富液離開膜換熱器被收集至溶液罐內(nèi),再生氣則從陶瓷膜換熱器末端排出。實(shí)驗(yàn)中,保持液相側(cè)壓力為大氣壓力,管程內(nèi)氣體壓力由壓力調(diào)節(jié)閥控制在表壓為50 kPa。氣液進(jìn)出口溫度由K型熱電偶測(cè)量,出口氣體冷凝后經(jīng)天平稱量增重量,計(jì)算得到水的總傳質(zhì)通量。同時(shí),氣體進(jìn)出口濕度由濕度傳感器測(cè)量以驗(yàn)證水的傳質(zhì)通量。

富液流速對(duì)膜換熱器傳熱傳質(zhì)性能的影響規(guī)律如圖3所示。可以看出四種規(guī)格膜換熱器的熱回收通量qrec均隨富液流速的增大有明顯的升高。富液流速增大使得膜換熱器壁面處的熱邊界層變薄,換熱熱阻變小,強(qiáng)化氣液兩相的換熱效果[21]。同時(shí),隨富液流速的增大,水回收率也升高,意味著在相對(duì)較大的流速下,水蒸氣被回收的更多,回收的潛熱也更多。因此,富液流速升高時(shí),顯熱和潛熱回收都更多,造成總熱回收通量的大幅升高。另外,在流速大于40 mL/min后,隨流速的繼續(xù)增大熱回收通量的增長幅度有減小的趨勢(shì),因?yàn)橥ㄟ^陶瓷膜壁面處的熱邊界層變薄強(qiáng)化氣液間的換熱效果是有限的。因此,在較低的富液流速下,提高富液流速能大大增加熱回收通量,但持續(xù)增加富液流速并不能帶來熱回收通量的無限制增大。因此,在實(shí)際工程應(yīng)用中,分流的富液流速不是越大越好,需要綜合確定使總能耗最小的流速。孔徑相同、長度不同時(shí),300 mm膜換熱器的熱回收量大于200 mm膜換熱器。長度增加使得換熱過程的有效接觸面積增加,氣液接觸更充分,帶來更好的熱回收效果。考慮到換熱器的長度不宜過長,可以用其他方式增加接觸面積,理論上可使用多通道或單通道多管束陶瓷膜增加氣液接觸面積提高換熱效果,但需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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