第3期 刘应书等：密闭环境内固体吸收剂循环净化C02反应特性 ·361· 表2实验内容及基本条件 Table 2 Experimental contents and basic conditions L- CA-1 NA-1 床层高度， 温度， 相对湿度，气体流速，床层高度，温度，相对湿度，气体流速，床层高度，温度， 相对湿度，气体流速， h/mm T/K RH/%/(m-s-1)h/mm T/K RH/%r/(ms-l）h/mm T/K RH/%/(m-s-1) 20 295 50 30 293 52 1.03 30 296 47 1.05 30 295 50 0.95 50 293 52 0.92 50 296 47 1 50 295 50 0.88 80 293 52 0.85 80 296 47 0.9 80 295 50 0.78 100 293 52 0.79 100 296 47 0.85 度随反应时间变化曲线 2 实验结果及分析 2.1C02质量浓度变化规律 GHsv-号-8=oh (1) 为了使得到的C02质量浓度随反应时间变化 式中，GHSV是气体体积空速，h-';Q是气体流量， 曲线更具普遍性，实验对反应塔内的气体流速进行 m3h-1:V是反应床层体积，m3:S是反应塔截面积， 了测定，结果如表2所示.通过式(1)可以计算出不 m2;是气体流速，ms1;h是反应床层高度，m.将 同床层高度下反应塔内的最大空速，结合实验数据 表2中的相关数据经过式(1)计算后得到结果如表 可以得到三种吸收剂在不同空速下的CO,质量浓 3所示. 表3三种吸收剂在不同床层高度下的空速值 Table 3 Space velocity values of absorbents at different bed heights LI-1 CA-1 NA-1 床层高度， 气体流速， 空速/ 床层高度， 气体流速， 空速/ 床层高度， 气体流速， 空速/ h/mm /(m's-1) h-1 h/mm /(ms) h-1 h/mm /(m's-1) h-1 20 1.00 180000 30 1.03 123600 30 1.05 126000 30 0.92 110400 50 0.97 69840 50 1.00 72000 50 0.84 60480 吃 0.86 38700 80 0.90 40500 晚 0.72 32400 100 0.79 28440 100 0.85 30600 在本实验条件下，可以假设CO2为理想气体. 条件需要的反应时间均不相同，但总体趋势一致 通过理想气体状态方程可将实验测得的C0,体积 实验结果表明三种吸收剂均有吸收C02的作用. 分数转化成质量浓度，如下式所示： (1)反应进行前期，CO2质量浓度下降较快，但 P.M 是随着反应的进行，CO2质量浓度逐渐降低，到了反 noo=R-T'Pcoz (2) 应的中后期CO2质量浓度下降的速度变慢，最后趋 式中：nco,为C02质量浓度，g·m-3;P为大气压力 于平缓.因为在本实验C02质量浓度范围内，反应 101325,Pa:R为摩尔气体常量，8.3145J·mol-1· 速率主要与反应温度、相对湿度和CO,质量浓度有 K-1:T为环境温度，K;M为C02摩尔质量，44g· 关，反应温度和相对湿度一定时，反应速率取决于 moll;pco,为C02体积分数. CO2质量浓度的变化.所以，反应前期CO2质量浓 以山-1实验为例，实验温度为22℃，某时刻装 度高，C02质量浓度下降速度快，反应中后期随着 置内C02体积分数为2%，经计算该时刻C02质量 CO2质量浓度的降低，CO,质量浓度下降速度逐渐 浓度为36.353gm-3.综合空速及C0,质量浓度计 减慢. 算值，可以得到不同空速条件下三种吸收剂一1、 (2)每种吸收剂在吸收C02时均存在一个较优 CA-1和NA-1吸收CO2质量浓度随反应时间变化 空速值，在该空速条件下的反应时间最短.原因在 曲线，如图2所示. 于：空速过大时，CO2气体在反应塔内流速过大，造 如图2所示，随着反应的进行，C02质量浓度从 成CO2与吸收剂的接触时间过短，反应还未进行完 36g·m-3(体积分数2%)左右逐渐降低至0.5g· 全气体就己经流出反应塔，促使需要更多的循环次 m3(体积分数0.03%)附近：不同的吸收剂和空速 数才能达到理想的净化效果，导致总反应时间的延第 3 期 刘应书等: 密闭环境内固体吸收剂循环净化 CO2 反应特性 表 2 实验内容及基本条件 Table 2 Experimental contents and basic conditions LI--1 CA--1 NA--1 床层高度， h /mm 温度， T /K 相对湿度， ＲH /% 气体流速， v/( m·s － 1 ) 床层高度， h /mm 温度， T /K 相对湿度， ＲH /% 气体流速， v/( m·s － 1 ) 床层高度， h /mm 温度， T /K 相对湿度， ＲH /% 气体流速， v/( m·s － 1 ) 20 295 50 1 30 293 52 1. 03 30 296 47 1. 05 30 295 50 0. 95 50 293 52 0. 92 50 296 47 1 50 295 50 0. 88 80 293 52 0. 85 80 296 47 0. 9 80 295 50 0. 78 100 293 52 0. 79 100 296 47 0. 85 2 实验结果及分析 2. 1 CO2 质量浓度变化规律 为了使得到的 CO2 质量浓度随反应时间变化 曲线更具普遍性，实验对反应塔内的气体流速进行 了测定，结果如表 2 所示． 通过式( 1) 可以计算出不 同床层高度下反应塔内的最大空速，结合实验数据 可以得到三种吸收剂在不同空速下的 CO2 质量浓 度随反应时间变化曲线． GHSV = Q V = S·v S·h = v / h． ( 1) 式中，GHSV 是气体体积空速，h － 1 ; Q 是气体流量， m3 ·h － 1 ; V 是反应床层体积，m3 ; S 是反应塔截面积， m2 ; v 是气体流速，m·s － 1 ; h 是反应床层高度，m． 将 表 2 中的相关数据经过式( 1) 计算后得到结果如表 3 所示． 表 3 三种吸收剂在不同床层高度下的空速值 Table 3 Space velocity values of absorbents at different bed heights LI--1 CA--1 NA--1 床层高度， h /mm 气体流速， v/( m·s － 1 ) 空速/ h － 1 床层高度， h /mm 气体流速， v/( m·s － 1 ) 空速/ h － 1 床层高度， h /mm 气体流速， v/( m·s － 1 ) 空速/ h － 1 20 1. 00 180000 30 1. 03 123600 30 1. 05 126000 30 0. 92 110400 50 0. 97 69840 50 1. 00 72000 50 0. 84 60480 80 0. 86 38700 80 0. 90 40500 80 0. 72 32400 100 0. 79 28440 100 0. 85 30600 在本实验条件下，可以假设 CO2 为理想气体． 通过理想气体状态方程可将实验测得的 CO2 体积 分数转化成质量浓度，如下式所示: nCO2 = P·M Ｒ·T ·φCO2 ． ( 2) 式中: nCO2 为 CO2 质量浓度，g·m － 3 ; P 为大气压力 101325，Pa; Ｒ 为 摩 尔 气 体 常 量，8. 3145 J·mol － 1· K － 1 ; T 为环境温度，K; M 为 CO2 摩尔质量，44 g· mol － 1 ; φCO2为 CO2 体积分数． 以 LI--1 实验为例，实验温度为 22 ℃，某时刻装 置内 CO2 体积分数为 2% ，经计算该时刻 CO2 质量 浓度为 36. 353 g·m － 3 ． 综合空速及 CO2 质量浓度计 算值，可以得到不同空速条件下三种吸收剂 LI--1、 CA--1 和 NA--1 吸收 CO2 质量浓度随反应时间变化 曲线，如图 2 所示． 如图 2 所示，随着反应的进行，CO2 质量浓度从 36 g·m － 3 ( 体积分数 2% ) 左右逐渐降低至 0. 5 g· m － 3 ( 体积分数 0. 03% ) 附近; 不同的吸收剂和空速 条件需要的反应时间均不相同，但总体趋势一致． 实验结果表明三种吸收剂均有吸收 CO2 的作用． ( 1) 反应进行前期，CO2 质量浓度下降较快，但 是随着反应的进行，CO2 质量浓度逐渐降低，到了反 应的中后期 CO2 质量浓度下降的速度变慢，最后趋 于平缓． 因为在本实验 CO2 质量浓度范围内，反应 速率主要与反应温度、相对湿度和 CO2 质量浓度有 关，反应温度和相对湿度一定时，反应速率取决于 CO2 质量浓度的变化． 所以，反应前期 CO2 质量浓 度高，CO2 质量浓度下降速度快，反应中后期随着 CO2 质量浓度的降低，CO2 质量浓度下降速度逐渐 减慢． ( 2) 每种吸收剂在吸收 CO2 时均存在一个较优 空速值，在该空速条件下的反应时间最短． 原因在 于: 空速过大时，CO2 气体在反应塔内流速过大，造 成 CO2 与吸收剂的接触时间过短，反应还未进行完 全气体就已经流出反应塔，促使需要更多的循环次 数才能达到理想的净化效果，导致总反应时间的延 · 163 ·