[发明专利]一种超重力协同纳米流体技术强化捕集酸性气体的方法

说明书

本发明属环境保护技术领域，为克服传统吸收气体技术气液传质效率低、吸收效率低的缺点，提供一种超重力协同纳米流体技术强化捕集酸性气体的方法。将纳米胺功能化介孔结构颗粒、表面活性剂与吸收剂溶液配制成纳米流体，含酸气体混合物由进气口进入，纳米流体经离心泵由进液口进入，二者在超重力旋转填料床内逆流接触脱除酸性气体，净化后的气体和纳米流体分别由气相出口和液相出口排出；增大吸收剂对酸性气体的吸收量，降低溶剂使用量，缩短脱除时间；可处理高粘度液体及含固体颗粒体系。装置简单、高效、占地面积小、符合环保要求，可用于火电厂酸性气体捕集、化工行业酸性气体脱除、天然气中分离酸性气体等领域。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种超重力协同纳米流体技术强化捕集酸性气体的方法。

背景技术

世界卫生组织于2018年5月2日发布的最新数据显示，全球多地空气污染状况依然严重。每年全球据估计有多达700万人死于室外环境和室内空气污染；世界上每10个人中就有9个正在呼吸含有高浓度污染物的空气。空气污染物问题的罪魁祸首就是煤炭的大量使用，纵观全球能源分布，煤炭仍是主要能源，在使用过程中释放大量气体，如CO₂、H₂S、SO₂等酸性气体。某些酸性气体如SO₂在下雨天与氧气等发生化学反应，生成具有强腐蚀作用的硫酸，也就是酸雨，对地面建筑及植被造成严重腐蚀，严重影响人类生存环境。众所周知，温室气体会直接造成全球变暖，全球变暖可能会导致海平面升高、海洋酸化、气候变化剧烈以及生态系统混乱等严重后果。其中CO₂是最主要的温室气体，贡献率达到63%，占到了一半以上。因此，对酸性气体的捕集已经迫在眉睫。

目前，对CO₂的捕集主要有液相吸收法、固相吸附法、低温蒸馏法、膜分离法等。膜分离法虽然能耗低、操作简便，但前期处理过程繁琐且获得的CO₂纯度不高；低温蒸馏法虽然能产生高纯液态CO₂，便于储存和运输，但存在能耗高、设备庞大等缺点，只适用于特定场合。相较而言，吸收法和吸附法对大规模和高效率脱碳具有较大适用性。目前，工业上大规模分离CO₂主要是基于液胺吸收技术，该技术采用醇胺类溶液作为吸收剂在吸收塔内与CO₂反应，再利用逆反应再生。工业上常采用湿法烟气脱硫技术进行脱硫，如钙法、海水法、氨法和双碱法。钙法虽然脱硫效率高，但该方法投入成本大；海水法虽然成本低、工艺相对简单但是此方法有一定的地域性限制，比较适用于沿海地区；氨法产生的废液、废气、废渣具有一定价值，但存在氨气严重流失的问题；双碱法避免了吸收塔结垢的问题，但是吸附过程中有副产物的生成。综上所述，不同方法在各种方面均有一定的缺陷，但整体而言，在酸性气体的脱除过程中，气液传质速率是影响酸性气体捕吸收效率的关键因素之一。

将纳米颗粒分散到吸收剂中制成纳米流体，通过掠过效应、流体力学作用和阻止气泡聚并机理可有效降低传质阻力、提高气液传质速率，强化吸收过程，是近年来出现的新型强化气液传质技术。向其中添加适量的表面活性剂，在降低溶液表面张力的同时引起Marangoni对流，加强界面处的湍流运动，不仅解决了大颗粒的非均质固液混合物中的沉积、粘聚和腐蚀等问题，还进一步增强了传热和传质过程。应用纳米流体技术能够降低能耗、减小设备尺寸、降低工业生产成本。

介孔纳米结构材料尤其是介孔硅材料具有孔径均一可调、比表面积大、富含羟基易于氨基改性等特点，作为固相吸附剂不仅具有降低成本和能耗的潜力，更是集合了物理吸附剂和化学吸附剂的优势，能够实现酸性气体的高效捕集。

传统的气液传质设备是依靠重力作用实现气液逆流传质，由于重力场较弱，液膜流动缓慢，传质系数小，故这类设备通常体积庞大，空间利用率和生产强度低，如板式塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔等。