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 ·363· 10 拟合曲线 5 一拟合曲线 8 7 6 4 4 wwwww 2 。空速180000h-4空速60480h- 空速123600h ▲空速38700hl ·空速110400h1 ,空速32400h1 1 ·空速69840h ，空速28440h 5 10152025303540 510152025303540 CO,质量浓度g·m C0,质量浓度八g·m力 12 拟合曲线 210 之 ■空速126000h ▲空速40500h' ·空速72000h1空速30600h 510152025303540 C0,质量浓度g·m 图3三种吸收剂CO,反应速率随C02质量浓度变化曲线.(a)-1:(b)CA-1:(c)NA- Fig.3 Curves of reaction rate to CO,concentration for the three kinds of absorbents:(a)LI:(b)CA:(c)NA- 值下的反应速率均明显高于其他三个空速值，这与 ku-*ncoz (7) 图2中的结论一致. d向 au+bu-'ncoz +cu*ncoz 2.2.2反应速率与C02质量浓度相关性分析 对于CA-1,速率方程为 根据吸收剂与C0,气体反应动力学的相关理 (rco,）cH=kg(nco）ca== 论：在同一反应器一定空速条件下，吸收剂与C02 kc-'nco2 反应的反应速率大小受到反应温度和相对湿度、反 (8) 应物的物理化学属性等因素共同影响.在C0,体积 ac+benw,tccnT 对于NA-1,速率方程为 分数小于12%的范围内，Shih等和Haghnegahdar (Tco,）NaH=kg(nco,）N= 等6一刀通过微分动力学实验定义并修正的C02反 kxA*n.coz 应速率值与C02质量浓度值相关性方程如下： (9) ro,=f(T,RH)g(no,）, (4) +bnam,+cn 依据式(7)~(9)，对图3中三种吸收剂在较优 g(nco,）= (5) 空速条件下的反应速率随CO,质量浓度变化曲线 a+bnco +cncoz 进行数值拟合分析，能够得到三种吸收剂在较优空 式中，f(T,RH)是与反应温度和相对湿度相关的函 速条件下反应速率随CO,质量浓度变化规律的数 数，g(nco,）是与C02质量浓度相关的函数，a、b、c 学描述. 和d均为常数.在本实验中，同一种吸收剂在反应 在反应温度为295K、相对湿度50%和空速 时反应温度和相对湿度均为一个不变的定值，故可 110400h-'条件下，LI-1的反应速率与C02质量浓 令式(4)中f(T,RH)=k=u=、kcA=和k-三个定 度关系式为 值.所以，三种吸收剂与C02反应速率方程可以转 2.2.nco2 化成如下形式： ram,）u=-0.167nn,+0.43n2-0.106 k'ncoz rco2=kg(nco,）= (6) (10) a+b*ncoz +c*ncoz 在反应温度为293K、相对湿度52%和空速 对于L-1,速率方程为 38700h-1条件下，CA-1的反应速率与C0,质量浓 (Tco,）u==k“g(nco2）u-= 度关系式为第 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 图 3 三种吸收剂 CO2 反应速率随 CO2 质量浓度变化曲线． ( a) LI--1; ( b) CA--1; ( c) NA--1 Fig． 3 Curves of reaction rate to CO2 concentration for the three kinds of absorbents: ( a) LI-1; ( b) CA-1; ( c) NA-1 值下的反应速率均明显高于其他三个空速值，这与 图 2 中的结论一致． 2. 2. 2 反应速率与 CO2 质量浓度相关性分析 根据吸收剂与 CO2 气体反应动力学的相关理 论: 在同一反应器一定空速条件下，吸收剂与 CO2 反应的反应速率大小受到反应温度和相对湿度、反 应物的物理化学属性等因素共同影响． 在 CO2 体积 分数小于 12% 的范围内，Shih 等［15］和 Haghnegahdar 等［16--17］通过微分动力学实验定义并修正的 CO2 反 应速率值与 CO2 质量浓度值相关性方程如下: rCO2 = f( T，ＲH)·g( nCO2 ) ， ( 4) g( nCO2 ) = nCO2 a + bnCO2 + cnd CO2 ． ( 5) 式中，f( T，ＲH) 是与反应温度和相对湿度相关的函 数，g( nCO2 ) 是与 CO2 质量浓度相关的函数，a、b、c 和 d 均为常数． 在本实验中，同一种吸收剂在反应 时反应温度和相对湿度均为一个不变的定值，故可 令式( 4) 中 f( T，ＲH) = k = kLI--1、kCA--1和 kNA--1三个定 值． 所以，三种吸收剂与 CO2 反应速率方程可以转 化成如下形式: rCO2 = k·g( nCO2 ) = k·nCO2 a + b·nCO2 + c·nd CO2 . ( 6) 对于 LI--1，速率方程为 ( rCO2 ) LI--1 = k·g ( nCO2 ) LI--1 = kLI--1 ·nCO2 aLI--1 + bLI--1 ·nCO2 + cLI--1 ·n dLI--1 CO2 . ( 7) 对于 CA--1，速率方程为 ( rCO2 ) CA--1 = k·g ( nCO2 ) CA--1 = kCA--1 ·nCO2 aCA--1 + bCA--1 ·nCO2 + cCA--1 ·n dCA--1 CO2 . ( 8) 对于 NA--1，速率方程为 ( rCO2 ) NA--1 = k·g ( nCO2 ) NA--1 = kNA--1 ·nCO2 aNA--1 + bNA--1 ·nCO2 + cNA--1 ·n dNA--1 CO2 . ( 9) 依据式( 7) ～ ( 9) ，对图 3 中三种吸收剂在较优 空速条件下的反应速率随 CO2 质量浓度变化曲线 进行数值拟合分析，能够得到三种吸收剂在较优空 速条件下反应速率随 CO2 质量浓度变化规律的数 学描述． 在反应 温 度 为 295 K、相 对 湿 度 50% 和 空 速 110400 h － 1条件下，LI--1 的反应速率与 CO2 质量浓 度关系式为 ( rCO2 ) LI--1 = 2. 2·nCO2 0. 167·nCO2 + 0. 43·n0. 465 CO2 － 0. 106． ( 10) 在反应温度为 293 K、相对湿度 52% 和 空 速 38700 h － 1条件下，CA--1 的反应速率与 CO2 质量浓 度关系式为 · 363 ·