高传热和传质性能复合吸附剂的研发介绍.PDFVIP

2013 年 第 58 卷 第 3 期：280 ~ 285 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 高传热和传质性能复合吸附剂的研发 ①* ①② ①② 卜宪标 , 陆振能 , 王令宝 ① 中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，广州 510640; ② 中国科学院大学，北京 100049 * 联系人, E-mail: buxb@ 2012-11-19 收稿, 2012-12-07 接受 中国科学院院长基金(y007y51001)和广东省外国专家局基金(y006051001)资助 摘要 为解决吸附剂强化传热和强化传质之间的矛盾, 以氯化钙和木屑为原料, 采用炭化活化 关键词 造孔的方法强化传质, 通过加入膨胀石墨强化传热, 考察了炭化活化温度和膨胀石墨加入比例 强化传热 对复合吸附剂性能的影响. 宏观的吸氨性能测试以及微观的参数表征表明炭化活化法制备的吸 强化传质 附剂孔隙发达, 氯化钙含量高而且分布均匀, 强化了吸附氨气过程中的传质速率; 炭化活化温度 炭化活化 对样品的氯化钙含量和结晶度, 吸附量以及吸附速率都有重要的影响. 膨胀石墨的加入强化了 复合吸附剂 膨胀结块 吸附剂的传热, 提高了吸附速率. 实验结果表明, 500℃温度下制备的吸附剂, 在膨胀石墨含量为 30% 时, 其在0.5 h 内的吸附速率较快, 在吸附时间分别为10, 20 和30 min 时, 其吸附量达到0.37, 0.47 和0.53 g/g, 而且解决了氯化钙吸氨过程中的膨胀结块问题. 吸附式制冷不使用氟里昂工质, 结构简单, 具有 解决强化传质和强化传热之间的矛盾是吸附制冷/制 节能减排的优点 , 成为近几年的研究热点 [1~4], 可是 冰行业的一个最核心课题. 缺乏高性能的吸附剂限制了其大规模的推广应用 . 为研发出高性能的吸附剂并解决强化传热和强 物理吸附剂存在吸附量小, 吸附速率慢的缺点, 而化 化传质之间的矛盾 , 本文以氯化钙和木屑为制备吸 学吸附剂 , 例如氯化钙 , 氯化钡和氯化锶等 , 对氨气 附剂的原料, 采用炭化活化造孔的方法强化传质, 通 的吸附量大, 但是在使用过程中容易出现膨胀结块、 过加入膨胀石墨强化传热 , 实验测试了吸附剂的吸 传质阻力增大等问题 [5]. 为解决化学吸附剂的膨胀结 氨性能以及导热系数和氯化钙结晶度等参数 , 考察 块以及提高传热传质性能 , 国内外的研究者多是采 了炭化活化温度和膨胀石墨加入比例对复合吸附剂 用硅胶 . 活性炭或者膨胀石墨等多孔介质与化学吸 性能的影响 . 附剂进行复合或者混合, 将化学吸附剂嵌入多孔介 质的孔隙内提高传质[6~12], 利用压块或者固化提高传 1 实验 热 [13~16]. 这种将化学吸附剂分散在多孔介质载体孔 1.1 吸附剂制备 隙内的复合方法, 有效地解决了化学吸附剂的膨胀 结块 . 通过固化或者压块的方式虽然提高了传热, 但 原材料为杉木木屑和分析纯氯化钙 . 首先将杉 是这种措施破坏或者堵塞了部分传质通道 , 影响了 木木屑粉碎成 20~30 目的颗粒, 在 120℃干燥箱内干 传质 . 因此, 强化传质和强化传热存在矛盾 . 同时, 燥 24 h. 将杉木木屑浸入 50%质量浓度的氯化钙溶液 由于受多孔介质载体本身的限制,