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摘 要

沼气是一种来源广泛的可再生能源，它不仅减轻了国家能源负担，还可以减少CO₂的释放，从而减轻温室效应，还能高效的利用各种有机废弃物，前景非常可观。脱除CO₂是沼气生产中的重要组成部分，使用石灰浆与CO₂发生反应净化沼气联产碳酸钙是一种经济实用的做法。而使用气液混合泵使气液两相接触反应则是一片全新的研究领域。气液混合泵是有气体、液体两个入口的旋涡泵，可以使气体高效分散。它的优势主要有：扬程高、气体溶解效率高（80%以上）、有自吸能力、可克服传统装置运行不稳大气泡翻腾的问题、可释放头堵塞的问题，工艺简单、投资较少。本研究拟设计了一种使用气液混合泵实现沼气与氢氧化钙悬浊液接触、反应的工艺。可同时实现CO₂的脱除和纳米碳酸钙的生产。并研究了不同的气液总流量、不同的气液流量对该工艺脱除CO₂效率的影响。这项研究可为气体吸收、生物燃气提纯和气液混合泵的研究等方面提供有益的参考。

关键词 气液混合泵 纳米碳酸钙 生物燃气提纯 气体吸收

Application of gas - liquid mixing pump in carbon dioxide removal from methane and CO production of nanometer calcium carbonate

Abstract

Biogas is a kind of renewable energy sources, it can not only reduce the national energy burden, but also reduce the CO₂ release, so as to reduce the greenhouse effect. Can also use a variety of organic waste. Considerable development prospects. CO₂ removal is an important part of biogas production, using lime slurry and CO₂ reaction to purify methane and CO production of calcium carbonate is an economical and practical method. It is a new research field to use gas-liquid mixing pump for gas-liquid two phase contact reaction. Gas - liquid mixing pump is a kind of vortex pump with two entrances of gas and liquid. Its advantages are: high lift, self-priming ability, high efficiency of the dissolved gas (80%), can overcome the traditional device operation instability and large bubbly to churn, releasing head blockage, simple process, saving investment. This study intends to design a process using gas-liquid contact, and methane reaction of calcium hydroxide suspension mixing pump. The removal of CO₂ and the production of nano calcium carbonate can be realized simultaneously. The effects of different gas and liquid flow rate and gas liquid flow rate on the removal of CO₂ efficiency were studied. The study provides a useful reference for the study of gas absorption, bio gas purification and gas liquid mixing pump.

Key Words: Gas liquid mixing pump；nanometer calcium carbonate ； biological gas purification ；gas absorption

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 CO₂脱除技术 2

1.2.1.化学吸收法 2

1.2.2.水洗法 2

1.2.3.膜分离法 3

1.2.4.变压吸附 3

1.3 纳米碳酸钙 3

1.3.1 纳米碳酸钙的应用 4

1.3.2 合成纳米碳酸钙的方法 5

1.4 气液混合泵 7

1.4.1气液混合泵的用途 8

第二章 实验 10

2.1 实验方法 10

2.2 实验仪器与材料 10

2.3实验工艺流程及步骤 11

2.4 相关计算 12

2.4.1 固定气体流量下气液混合泵的特性曲线 12

2.4.2不同气体流量下气液混合泵的特性曲线和CO₂脱除效果 15

2.5 碳酸钙样品的性质 19

2.6 实验小结 20

结语 21

参考文献 22

致谢 25

第一章 绪论

1.1引言

能源是人类赖以生存和发展的物质基础。由于能源短缺和环境污染的问题，需要开发绿色可再生能源。沼气是目前应用最广泛的生物质能源之一。生物燃气可通过净化提纯沼气得到，可作为汽车燃料使用代替汽油或天然气，城市能源紧张的局面可以得到缓解，城市污染也必减少，因此成为我国发展新型能源的一条重要途径。

沼气生产中生物燃气的净化提纯是关键的技术之一，甲烷的纯度对于生物燃气的应用具有重要的意义，其中，脱除CO₂可以提高燃气的热值，使得它达到压缩天然气（CNG）的标准，对于生物燃气的推广具有重要的意义。由于甲烷含量低，所以沼气热值只有23.9MJ /m³(甲烷含量60%计)，而纯甲烷的热值高，达到39.78MJ /m³。车用燃料或者管道天然气燃料要求的高位发热值需要大于31.4MJ /m³，即要脱除多余的CO₂，使得沼气中甲烷浓度至少要提高到88%以上，。

目前，沼气中CO₂的吸收技术方法主要有水洗法、化学吸收法、变压吸附、膜分离法等方法。最常用的吸收技术是变压吸附工艺与水洗工艺。根据欧洲国家2008年的沼气生产资料，生产过程之中采用变压吸附工艺的气体处理厂有33%，采用水洗工艺的则占32%，采用有机溶剂物理吸收和化学吸收的分别占7%和9%，采用低温分离的占1%，膜分离的占4%。而从净化沼气处理能力，水洗吸收是最强大的，其次是变压吸附。

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