利用高碱含钙废弃物吸收矿化CO2直接制备碳酸钙粉体技术及装备报告

1、利用高碱含钙废弃物吸收矿化利用高碱含钙废弃物吸收矿化CO2直接直接制备碳酸钙粉体技术及装备制备碳酸钙粉体技术及装备自强不息 知行合一钢焖渣循环水吸收矿化二氧化碳钢焖渣循环水吸收矿化二氧化碳电石渣吸收矿化铝电解烟气中的二氧化碳电石渣吸收矿化铝电解烟气中的二氧化碳 总排放量200亿吨以上；2007年以后，中国超越美国占世界首位。CO2产生的温室效应占六种温室气体总和的56%；图1.1 世界各主要CO2气体排放国排放量世界世界CO2气体排放情况气体排放情况 燃煤大国，CO2排放量居世界首位，年排放量近百亿吨；冶金工业尾气排放量占总体20%以上，其中铝电解排放量相当于全国二氧化碳排放总量的4.6%（2

2、010年）；CO2气体减排与矿化利用已成为我国发展规划的重要方向。199619982000200220042006200820102012200030004000500060007000800090001000011000 CO2排放量 GDP年份百万吨0100002000030000400005000060000十亿RMB图1.2 我国CO2排放量与GDP对比图 我国我国CO2气体排放现状气体排放现状“中长期发展规划”提出“开发高效、清开发高效、清洁和二氧化碳近零排洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利放的化石能源开发利用技术用技术”“十二五”发展规划提出“发展二氧化碳发展二氧化碳捕集利用与封

3、存等技捕集利用与封存等技术术”。 物理吸收法 膜吸收技术 化学吸收法气体分离膜气体吸收膜热钾碱法 苯菲尔法 有机胺吸收法 多存在价格昂贵，投资成多存在价格昂贵，投资成本高，技术制约等问题。本高，技术制约等问题。廉价的廉价的CO2捕收剂和分离工捕收剂和分离工艺的研发是艺的研发是CO2捕集分离技捕集分离技术实现大规模工业化的决术实现大规模工业化的决定性条件。定性条件。 CO2 气体利用技术气体利用技术 钢铁行业碱性废水钢铁行业废水排放30亿吨以上，占工业废水总排放的10%以上，多为碱性废水高碱含钙废弃物高碱含钙废弃物 PVC行业电石废渣 主要成分为Ca(OH)2；年排放量2000万吨以上；目前用于

4、建筑、废水处理、以及化工行业，但多属于粗放式利用。2004200620082010201280010001200140016001800200022002400 电石废 渣年产量（ 万吨）年份1. 高炉水淬渣中，吨渣用水量为7-10吨， pH值7.78.8；2. 钢渣热焖处理中吨钢渣用水量约7吨，pH值1114；“高水温、高硬度、高碱度” ，循环过程易结垢。图1.3 我国电石废渣排放量“利用高碱含钙废弃物吸收矿化利用高碱含钙废弃物吸收矿化CO2直接制备碳酸钙粉体技术直接制备碳酸钙粉体技术”钢铁工业含碱废水（钢焖渣循环水）PVC行业高碱电石废渣矿化冶金工业温室气体CO2碳酸钙实现“以废治废，变废

5、为宝”的高值化利用技术原理 针对碱性洗水中含有过饱和Ca2+的碱性洗水的水质特点，项目研究形成了利用二氧化碳废气，采用气泡微细化高效喷气强化去除洗水中Ca2+，防止管路结垢形成，同时直接高值矿化碳酸钙的专利技术。矿化过程反应如下： Ca(OH)2 (l) Ca2+2OH CO2 (g) CO2 (l) Ca2+CO2+2OHCaCO3+ H2O （碱过量）CaCO3 (s)+CO2 (l) + H2O Ca(HCO3)2 （CO2过量）6789101112050100150200250300350 Ca2+/ppmpH图图2.1 不同洗水处理终止不同洗水处理终止pH与溶液中钙离子浓度关系与溶液

6、中钙离子浓度关系 造纸工业 塑料工业 橡胶工业 涂料工业 油墨油漆 密封胶粘材料 化学建材 其他行业全国碳酸钙年消耗近全国碳酸钙年消耗近20亿吨，其中特种碳酸钙亿吨，其中特种碳酸钙生产企业生产企业700余家，产余家，产能近千万吨。能近千万吨。碳酸钙产品的市场及应用碳酸钙产品的市场及应用钢焖渣循环水吸收矿化二氧化碳钢焖渣循环水吸收矿化二氧化碳 2012年我国钢渣产量1.2亿t，钢渣是一种高钙、高铁资源渣，其中铁品位20%30%，钙品位35%50%，如何实现钢渣中铁、钙资源的综合利用，已成为我国钢渣“零排放”以及钢铁工业走循环经济和可持续发展的关键所在。 中冶建筑研究总院和中国京冶工程技术有限公司

7、研发出的第三代钢渣余热自解热焖处理工艺技术和设备，成功解决了钢渣不稳定的现象，实现了钢渣的“零”排放，该技术入选2009年国家先进污染防治示范技术名录。 该技术2008年在鞍钢鲅鱼圈新炼钢投建第一条生产线，目前已在新余中冶环保资源开发有限公司、九江中冶环保资源开发有限公司、本溪钢铁（集团）有限责任公司、唐山国丰钢铁有限公司、首钢京唐钢铁公司（曹妃甸）、日照钢铁公司、包钢集团、马钢集团等企业投建30余条生产线，钢渣处理量占全国年钢渣产量的25.47%，直接经济效益已接近40亿元。图2 热焖系统生产现场实景（鞍钢鲅鱼圈100万吨钢焖渣生产线）热焖池热焖过程热焖池热焖过程回水井回水管路回水管路 在实

8、际生产过程中系统循环供水极不稳在实际生产过程中系统循环供水极不稳定，管路结垢现象非常严重，现在已投产定，管路结垢现象非常严重，现在已投产的的3030余条生产线均存在严重结垢问题。严余条生产线均存在严重结垢问题。严重时会导致生产线无法运行，重时会导致生产线无法运行，但目前只能但目前只能靠添加备用管路，人工机械清理来维持生靠添加备用管路，人工机械清理来维持生产运行产运行。 针对钢渣热焖循环洗水管路中的结垢严重的现状，我们对鞍钢鲅鱼圈、新余等南北方典型生产线及管路结垢进行系统调研分析发现： 结垢物为CaCO3，而热焖过程中热焖洗水循环造成钙离子浓度过高（过饱和）、pH值过高（高于12）是形成结疤的直

9、接原因。如图3所示 图3 循环管路结垢物的XRD图 020406080100-50000500010000150002000025000300003500040000 Intensity2theta, -CaCO3钢渣热焖处理中吨钢渣用水量约7吨，pH值1114；图3.3 九钢钢渣热焖循环水管路结垢情况 图3.2 新钢钢渣热焖循环水管路结垢情况 该技术的关键工艺包括：液态钢渣直接热焖系统图3.1 钢渣余热自解热焖处理工艺流程示意图 具体工艺步骤：自转炉来的液态钢渣倒入热焖系统热焖水循环系统 然后由泵房直接向液态钢渣喷水，利用钢渣余热自解热焖使铁渣分离。由于液态钢渣热焖是在由于液态钢渣热焖是在1

10、6001600左右的高温下进行，热焖过程中左右的高温下进行，热焖过程中形成形成 “高蒸发、高水温高蒸发、高水温”工作状态工作状态, ,喷淋的热焖循环水会被渣中喷淋的热焖循环水会被渣中自由钙离子饱和自由钙离子饱和, ,形成形成 “高硬度、高碱度高硬度、高碱度” 的高钙循环水的高钙循环水, ,长期长期循环使用导致循环洗水管路严重结垢循环使用导致循环洗水管路严重结垢, ,如图如图2 2所示。所示。图2 热焖系统生产现场实景回水井热焖池热焖过程热焖池热焖过程回水管路回水管路 现有含钙废水管路药剂法防结垢技术存在的问题： 一、在废水中添加阻垢剂，阻垢剂与钙、镁离子形成络合物，防止结疤的形成，为了防止管路

11、的腐蚀还要添加防腐剂。二、在含钙废水中添加絮凝剂，使钙离子在絮凝剂作用下吸附作用下团聚，而沉淀除去。现有药剂法都是在常温或低温条件使用，假如直接使用在钢焖渣高温系统，会存在如下安全隐患和技术难题。（1）药剂法存在极大的安全隐患药剂法存在极大的安全隐患 经过闭路循环，可溶性有机药剂进入到钢焖渣池，高温下会分解燃烧，存在极大的爆炸危险。（2）药剂法存在明显的环保问题）药剂法存在明显的环保问题 阻垢剂大多含有N、S、P等元素，经过焖渣池高温环境中会燃烧形成大气污染。（3）药剂法不能彻底解决管路结疤问题，反而存在更大的安全隐患。）药剂法不能彻底解决管路结疤问题，反而存在更大的安全隐患。 阻垢剂只延缓了

12、结疤，但钢焖渣循环洗水属于闭路系统，随时间积累钙离子浓度会越来大，一旦钙离子浓度饱和，一样会结晶析出形成结疤，严重时造成管路堵塞。（4）药剂法存在管路腐蚀问题）药剂法存在管路腐蚀问题 添加阻垢剂往往会造成管路的腐蚀加剧，为了阻止其腐蚀，往往要添加缓蚀剂，这样就会造成运行成本增加。（5）药剂法（絮凝剂）沉淀物难处理，污染环境问题）药剂法（絮凝剂）沉淀物难处理，污染环境问题 添加絮凝剂使钙离子沉淀出来，是絮凝剂结合钙离子然后团聚形成沉淀，存在过滤处理困难，以及在有机物絮凝剂渣理无法直接使用，存在环境污染。 一一 项目背景及意义项目背景及意义 针对钢渣余热自解热焖工艺特点以及循环洗水水质和管路结垢的

13、物化性质，尤其是现有循环洗水管路药剂法防结垢存在的安全隐患。东北大学开发出“高钙循环水喷吹CO2软化及直接矿化成碳酸钙专利技术，并研制出其核心装备”。 采用该技术不但实现了热焖洗水循环管路防结垢的目的，而且实现了将CO2高效高值矿化和废水高值化利用的目的。其核心技术及装备已获得国家发明专利。 其核心技术及装备示意图如图4所示，主要包括 高效气液反应系统 钙离子浓度、溶液pH值在线监测系统 自动控制系统 导流筒CO2气体污水搅拌电机Ca2+Mg2+检测仪pH检测仪控制柜CO2气体入口气体缓冲罐出渣口出渣口出渣口出渣口出渣口Ca2+，Mg2+检测仪pH检测仪高钙热焖洗水入口处理后洗水出口 其中，高

14、钙洗水入口连接在热焖线回水井与循环泵房管路入口相连；处理后洗水出口与高效分离系统连接，将高钙洗水矿化后获得的含碳矿物分离后，清液洗水进入到沉淀池，循环使用。 建立了国内首套钢渣余热自解热焖用“钢渣热焖含钙循环水喷吹CO2软化及直接矿化成纳米碳酸钙技术”示范装置系统，已在新余中冶环保资源开发有限公司完成了工业放大试验。工业试验结果表明：该技术不但具有高效软化钢渣热焖含钙循环水效果，有效解决了管路结垢问题；更重要的是该技术实现了废水中钙和CO2直接矿物化高值利用，得到纳米碳酸钙，如图5所示。图图5 含钙循环水喷吹CO2软化及直接矿化示范装备回水井洗水入口处理后清液出口固液分离系统直接喷吹直接喷吹C

15、O2除钙防循环管路结疤技术特点除钙防循环管路结疤技术特点 （1）无安全隐患、无环保问题）无安全隐患、无环保问题 喷吹的喷吹的CO2与循环洗水中的钙离子反应形成碳酸钙沉淀，过滤后，滤液和新补充的与循环洗水中的钙离子反应形成碳酸钙沉淀，过滤后，滤液和新补充的新鲜溶液一样，因此不存在药剂法所存在的安全隐患。新鲜溶液一样，因此不存在药剂法所存在的安全隐患。（2）不存在管路腐蚀问题）不存在管路腐蚀问题 该工艺及装置安装有钙离子浓度检测电极，只有在钙离子超过溶液要求时才喷吹该工艺及装置安装有钙离子浓度检测电极，只有在钙离子超过溶液要求时才喷吹CO2进行除钙，当钙离子浓度低于一定值，停止喷吹，从而使其浓度及

16、溶液的进行除钙，当钙离子浓度低于一定值，停止喷吹，从而使其浓度及溶液的pH值调值调控在合理的范围内，达到防结疤和防管路腐蚀的双重目的。控在合理的范围内，达到防结疤和防管路腐蚀的双重目的。（3）运行成本低）运行成本低 该工艺是通过喷吹该工艺是通过喷吹CO2尾气与洗水中的钙离子反应生成沉淀而去除，溶液中的钙离尾气与洗水中的钙离子反应生成沉淀而去除，溶液中的钙离子浓度不会积累增加。子浓度不会积累增加。表2 不同防结疤工艺的优缺点比较直接经济效益分析直接经济效益分析 该技术有效解决了液态钢渣热焖循环洗水管路结垢无法解决的技术难题，同时实现了CO2尾气和循环洗水中钙离子的高值化利用。直接成本直接成本以处

17、理100万t/a钢渣的生产线为例，要解决循环洗水管路结垢问题，需要配套处理能力150m3/h的该装置系统，一台套设备直接运行成本RMB0.51.0万/月直接经济效益直接经济效益以处理100万t/a钢渣的生产线为例，每年可获得纳米碳酸钙4000t左右，直接经济附加值5001000万元。CO2尾气减排的间接效益15万元 目前，工业放大装置试验数据：处理吨钢渣循环洗水可消纳CO2尾气1.52kg，获得纳米碳酸钙3.4kg4.5kg。 应用前景分析应用前景分析该技术不但有效解决了液态钢渣热焖循环洗水管路结垢无法解决的技术难题，直该技术不但有效解决了液态钢渣热焖循环洗水管路结垢无法解决的技术难题，直接与

18、钢渣余热直接自解热闷处理工艺技术形成集成创新，同时实现接与钢渣余热直接自解热闷处理工艺技术形成集成创新，同时实现CO2尾气和循环尾气和循环洗水中钙离子的高值化利用。新建热焖生产线可直接取消原系统中高压泵房系统，洗水中钙离子的高值化利用。新建热焖生产线可直接取消原系统中高压泵房系统，优化了其工艺。优化了其工艺。 保守估计，以我国目前每年保守估计，以我国目前每年1.2亿亿t钢渣产量计，应用该技术处理循环洗水管路结钢渣产量计，应用该技术处理循环洗水管路结垢每年直接经济效益垢每年直接经济效益4.510亿元以上，亿元以上，CO2减排费用减排费用1500万元以上。万元以上。 该技术及装备可应用于铝电解等工

19、业该技术及装备可应用于铝电解等工业CO2尾气清洁高值化封存。如果将尾气清洁高值化封存。如果将CO2尾气清尾气清洁封存和废电石渣综合利用结合在一起，可同时实现铝电解洁封存和废电石渣综合利用结合在一起，可同时实现铝电解CO2尾气清洁高值化封尾气清洁高值化封存以及废电石渣绿色高值化利用。存以及废电石渣绿色高值化利用。 目前，我国铝电解目前，我国铝电解CO2尾气排放量为尾气排放量为3000万万t/a左右，废电石渣排放量在左右，废电石渣排放量在3000万万t/a以上。采用该技术同时处理以上。采用该技术同时处理CO2尾气和废电石渣，每年可获得纳米碳酸钙尾气和废电石渣，每年可获得纳米碳酸钙6000万万t左左

20、右，直接经济效益在千亿元以上，右，直接经济效益在千亿元以上， CO2尾气减排费用尾气减排费用2亿元以上。亿元以上。 图图7 含钙循环水喷吹CO2软化及直接矿化示范装备现场放大试验固液分离系统获得的现场放大试验固液分离系统获得的CaCO3碳酸钙纯度大于碳酸钙纯度大于99%，粒度粒度技术原理 针对碱性洗水中含有过饱和Ca2+的碱性洗水的水质特点，项目研究形成了利用二氧化碳废气，采用气泡微细化高效喷气强化去除洗水中Ca2+，防止管路结垢形成，同时直接高值矿化碳酸钙的专利技术。矿化过程反应如下： Ca(OH)2 (l) Ca2+2OHCO2 (g) CO2 (l)Ca2+CO2+2OHCaCO3+ H

21、2O （碱过量）CaCO3 (s)+CO2 (l) + H2O Ca(HCO3)2 （CO2过量）6789101112050100150200250300350 Ca2+/ppmpH图3.5 不同洗水处理终止pH与溶液中钙离子浓度关系 技术特点 提出了以了工业高碱含钙废弃物捕集CO2废气的新思路； 通过采用钢焖渣循环洗液捕集矿化CO2，可大幅度降低温室气体排放，实现行业内以废治废； CO2经矿化吸收后，可制备高附加值的碳酸钙制品。2. 技术原理及特点3.射流和机械搅拌作用下CO2吸收过程气泡行为的基础研究图3.6 气泡微细化实验装置示意图1-CO2气瓶，2-CO2减压器，3-控制阀，4-抽水泵

22、， 5-水池，6-流量计，7-控制阀，8-电动机，9-变频控制箱，10-微机，11-酸度计，12-复合电极， 13-钢包模型，14-水管，15-搅拌桨， 16DT-6型桨，17-导流筒 3.1 机械搅拌作用下CO2吸收过程气泡行为研究3.1.1实验设备3.1.1实验设备DT-6桨 CBY桨图3.7 两种桨型外观图实验用搅拌桨型 导流筒：在搅拌容器内，流体可沿各个方向流向搅拌器，流体的行程长短不一，在需要控制回流的速度和方向，用于确定某一流况时可使用导流筒。导流筒是上下开口的圆筒，安装在容器内，在搅拌混合中起导流作用，既可提高容器内流体的搅拌程度，加强搅拌器对流体的直接剪切作用，又造成一定的循环

23、流，使容器内流体均可通过导流筒内强烈混合区，提高混合效率。安装导流筒后，限定了循环路径，减少了流体短路的机会。导流筒主要用于推进式、螺旋杆式、以及涡轮式搅拌器的导流 搅拌模式对体系气泡细化程度的影响3.1.2 基于图像处理的气泡微细化分析中心搅拌 偏心搅拌 图3.8 中心搅拌与偏心搅拌下的高速摄像图中心搅拌与偏心搅拌下的直方图和微分分布图搅拌模式对CO2体系气体分散特性的影响012345670100200300400500600700 Number of bubblesDiameter(mean)(mm)有导流筒CBY在下无导流筒CBY在下3.1.2 基于图像处理的气泡微细化分析图3.9 不同

24、搅拌模式下的气泡微细化图及气泡直径直方图012345670100200300400500600700 Number of bubblesDiameber(mean)(mm)无导流筒CBY在上图3.10 导流筒对均混时间的影响0102030405016000170001800019000200002100022000 Conductivity change rate(uS/cm)time(s) 1 0m3/h 2 1.0m3/h 3 1.5 m3/h 4 2.5 m3/h1234图3.11 不同气体流量下均混时间的比较图3.1.3 气泡微细化过程的均混时间研究导流筒和气体流量对均混时间的影响图3

25、.12 不同搅拌模式下pH值随时间变化的关系3.1.4 气泡微细化过程的气体吸收速率研究搅拌模式和气体流量对气体吸收速率的影响05010015020025030035040045089101112 PHtime(s)有导流筒CBY在下无导流筒CBY在下无导流筒CBY在上13205010015020025030035089101112 PHtime(s)1 3.5 (m3/h)2 2.5 (m3/h)3 1.5 (m3/h)123图3.13 不同气体流量时pH值随时间变化的关系2022-5-3吸收实验原理吸收实验原理)(/(d/d-CtCeVAKtCtVAKCCeCtCe)/()/()ln(0)

26、(2)()()()(121212122HKKKHHKKKHKXHCOHCO/ )(222MQtCCVCOCOCO32用用NaOH吸收吸收CO2的吸收速率研究气泡微细化效果的吸收速率研究气泡微细化效果CO2的吸收速率：的吸收速率：CO2的气体利用率：的气体利用率：图图2.1 pH从从12变为变为8的过程中的过程中ln(Ce-Ct)/(Ce-C0)与与 t 的关系图的关系图2022-5-3tVAKCCeCtCe)/()/()ln(0OHCONaNaOH2CO232232322NaHCOCOCONa第一阶段，第一阶段，NaOH 过量过量第二阶段，第二阶段，CO2 过量过量Northeastern U

27、niversity34实验装置设计实验装置设计D N 5 01防飞溅隔板，2反应槽，3射流器，4止回阀，5转子流量计，6电磁流量计，7电机水泵组，8放液、排污阀，9返流搅动水枪，10储液罐，11溢流管图2.1 实验装置设计图Fig.2.1 Design of the experimental equipment气气 体体 吸吸 入入水水射射流流Northeastern University36实验装置图Picture of the experimental 3.2.2 基于图像处理的气泡微细化分析图3.15不同表观气速下气液混合高速摄像图UG=3.54ms-1 UG=17.68ms-1 UG=

28、10.61ms-1 UG=24.76ms-1图3.16 高速摄像选取位置 0123456789 10 11 12 13 14 15050100150200250300 Number of bubblesDiameter(mean) / mm02468101214160.000.050.100.150.20Percentage / %Diameter(mean) / mm 图图3.13 表观液速为表观液速为1.33ms-1时的气泡直方图和微分分布图时的气泡直方图和微分分布图0123456789 10 11 12 13 14 15050100150200250300 Number of bubbl

29、esDiameter(mean) / mm024681012140.000.050.100.150.200.25 Percentage / %Diameter(mean) / mm图图3.14 表观液速为表观液速为1.77ms-1时的气泡直方图和微分分布图时的气泡直方图和微分分布图气液固三相混合静态图气液固三相混合静态图3.2.2 基于图像处理的气泡微细化分析图3.17 不同表观液速下气泡平均直径 图3.18 不同表观液速下气泡平均直径 3.547.0710.61 14.15 17.68 21.22 24.765678910 A B Volume-surface mean diameter /

30、 mmUG/ ms-1气速、液速对CO2体系气体分散特性的影响1.21.41.61.82.02.22.42.62.83.05.05.56.06.57.07.58.08.5AB Volume-surface mean diameter / mmUL/ ms-3.2.3 气泡微细化过程的均混时间研究图3.19 不同表观液速下的均混时间 图3.20 不同表观液速下的均混时间气速、液速对CO2体系均混时间的影响681012141618202230323436384042444648 Mixing time/sUG / ms-10.81.01.21.41.61.830323436384042444648

31、 Mixing time/sUL / ms-3.2.4 气泡微细化过程的气体吸收速率研究图3.19 不同表观液速下pH值随时间变化的关系 图3.20 不同表观液速下pH值随时间变化的关系 气速、液速对CO2体系气体吸收速率的影响-1001020304050607080901001108910111213544321 pHt/s 0.885 ms-1 1.106 ms-1 1.327 ms-1 1.548 ms-1 1.769 ms-2022-5-3 吸收实验原理吸收实验原理)(/(d/d-CtCeVAKtCtVAKCCeCtCe)/()/()ln(0)(2)()()()(121212122HK

32、KKHHKKKHKXHCOHCO/ )(222MQtCCVCOCOCO43用用NaOH吸收吸收CO2的吸收速率研究气泡微细化效果的吸收速率研究气泡微细化效果CO2的吸收速率：的吸收速率：CO2的气体利用率：的气体利用率：（2-5）（2-6）（2-4）（2-3）Northeastern University44表观气速对气泡微细化的影响表观气速对气泡微细化的影响 7.077 ms-1 10.6 2ms-1 14.15 ms-1图3.1 不同表观气速下的实验现象Fig3.1 Experiment phenomena under different superficial gas velocity1

33、7.69ms-1 21.23 ms-1空气-水体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1表观气速：7.07721.23ms-1，反应器下部Northeastern University45 表观气速对气泡微细化的影响表观气速对气泡微细化的影响 0.51.01.52.02.53.03.54.0020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.0020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.00204

34、06080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.0020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.04.5020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm图3.2 不同表观气速下气泡直方图Fig3.2 Distribution histograms of bubbles under different superficial gas velocity

35、7.077 ms-1 10.62 ms-1 14.15 ms-1 17.69 ms-1 21.23 ms-1空气-水体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.07721.23ms-1，反应器下部Northeastern University46表观气速对气泡微细化的影响表观气速对气泡微细化的影响 图3.3 不同表观气速下的体积表面积平均直径Fig. 3.3 Volume-surface mean diameter under different superficial gas velocity68101214161820221.82.02.22.42.62.83.0 V

36、olume-surface mean diameter / mmUG/ ms-1空气-水体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.07721.23ms-1，反应器下部Northeastern University47表观液速对气泡微细化的影响表观液速对气泡微细化的影响 0.885 ms-1 1.105 ms-1 1.327 ms-11.548 ms-1 1.769 ms-1图3.4 不同表观液速下的实验现象Fig3.4 Experiment phenomena under different superficial liquid velocity空气-水体系，高径比：4

37、:1，表观气速：10.62ms-1，表观液速：0.8851.769ms-1，反应器下部Northeastern University48表观液速对气泡微细化的影响表观液速对气泡微细化的影响 1.52.02.53.03.54.04.55.0020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.04.5020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.0020406080100120140 Number of bub

38、blesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.04.5020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.0020406080100120140 Number of bubblesDiameter(mean) / mm 0.885 ms-1 1.105 ms-1 1.327 ms-11.548 ms-1 1.769 ms-1图3.5 不同表观液速下气泡直方图Fig3.5 Distribution histograms of bubbles under different

39、 superficial liquid velocity空气-水体系，高径比：4:1，表观气速：10.62ms-1，表观液速：0.8851.769ms-1，反应器下部Northeastern University49表观液速对气泡微细化的影响表观液速对气泡微细化的影响 0.81.01.21.41.61.82.002.052.102.152.202.252.302.352.402.452.502.552.60 Volume-surface mean diameter / mmUL/ ms-1图3.6 不同表观液速下的体积表面积平均直径Fig. 3.6 Volume-surface mean di

40、ameter under different superficial liquid velocity空气-水体系，高径比：4:1，表观气速：10.62ms-1，表观液速：0.8851.769ms-1，反应器下部Northeastern University50高径比对气泡微细化的影响高径比对气泡微细化的影响 空气-水体系，高径比：3:15:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：10.62ms-1，反应器下部3 4 5图3.7 不同高径比下的实验现象Fig3.7 Experiment phenomena under different ratio of height-diameter No

41、rtheastern University51 高径比高径比对气泡微细化的影响对气泡微细化的影响 2.02.53.03.54.04.5020406080100120 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.54.04.5020406080100120 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.52.02.53.03.5020406080100120 Number of bubblesDiameter(mean) / mm 3 4 5图3.8 不同高径比下气泡直方图Fig3.8 Distribution

42、 histograms of bubbles under different ratio of height-diameter空气-水体系，高径比：3:15:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：10.62ms-1，反应器下部Northeastern University52 高径比对气泡微细化的影响高径比对气泡微细化的影响 3.03.54.04.55.02.22.42.62.83.03.23.4 UG 7.077 ms-1 UG 10.616 ms-1 UG 14.154 ms-1 UG 17.693 ms-1 UG 21.231 ms-1Volume-surface mean dia

43、meter / mmHeight-diameter图3.9 不同高径比下的体积表面积平均直径Fig. 3.9 Volume-surface mean diameter under different ratio of height-diameter空气-水体系，高径比：3:15:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.07721.23ms-1，反应器下部Northeastern University53反应器不同高度对气泡微细化的影响反应器不同高度对气泡微细化的影响 图3.10 不同高度下的实验现象Fig3.10 Experiment phenomena under different

44、 ratio of height-diameter下部 中部 上部空气-水体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：10.62ms-Northeastern University54反应器不同高度下气泡微细化的影响反应器不同高度下气泡微细化的影响 图3.11 不同高度下的气泡直方图Fig3.11 Distribution histograms under different height of the reactor下部 中部 上部0.51.01.52.02.53.0020406080100120 Number of bubblesDiameter(mean) / mm1.

45、52.02.53.03.54.04.5020406080100120 Number of bubblesDiameter(mean) / mm2.02.53.03.54.04.55.0020406080100120 Number of bubblesDiameter(mean) / mm空气-水体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：10.62ms-Northeastern University55 反应器不同高度下气泡微细化的影响反应器不同高度下气泡微细化的影响 68101214161820221.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6 Volu

46、me-surface mean diameter / mmUG/ms-1 上部 中部 下部图3.12不同高度下的体积表面积平均直径Fig. 3.12 Volume-surface mean diameter under different height of the reactor空气-水体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：10.62ms-Northeastern University56表观气速对均混时间的影响表观气速对均混时间的影响图4.1 不同表观气速下的均混时间Fig4.1 mixing time under different superficial gas

47、 velocity681012141618202230323436384042444648 Mixing time/sUG / ms-1空气-水体系，表观液速：1.327ms-1，高径比4:1，表观气速：7.07723.21 ms-Northeastern University57表观液速对均混时间的影响表观液速对均混时间的影响图4.2 不同表观液速下的均混时间Fig4.2 mixing time under different superficial liquid velocity0.81.01.21.41.61.830323436384042444648 Mixing time/sUL /

48、 ms-1空气-水体系，表观气速：10.62ms-1，高径比4:1，表观液速：0.8851.769 ms-Northeastern University583.03.54.04.55.02830323436384042444648505254 UG 7.077 ms-1 UG 10.616 ms-1 UG 14.154 ms-1 UG 17.693 ms-1 UG 21.231 ms-1Mixing time/sHeight-diameter图4.3 不同高径比下的均混时间Fig4.3 mixing time under different different ratio of height-

49、diameter 不同高径比对均混时间的影响不同高径比对均混时间的影响空气-水体系，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-1，高径比3:15: 静压差法测量气含率静压差法测量气含率反应器内充气液层密度为反应器内充气液层密度为: （2-1）由压力公式：由压力公式： （2-2）气含率公式：气含率公式： （2-3）)1 (GLGGmixghVpmixghVpLG1图图2.6 YH3051型电容式型电容式 压差变送器压差变送器Northeastern University60图5.1 不同表观气速下的气含率Fig5.1 Gas Hold-Up under differen

50、t superficial gas velocity表观气速对气含率的影响表观气速对气含率的影响68101214161820220.060.080.100.120.140.160.180.200.220.24 Gas hold-upUG / ms-1空气-水-玻璃珠体系，高径比：4:1，液固比：10:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-Northeastern University61图5.2 不同表观液速下的气含率Fig5.2 Gas Hold-Up under different superficial liquid velocity表观液速对气含率的影

51、响表观液速对气含率的影响0.81.01.21.41.61.80.100.110.120.130.140.15 Gas hold-upUL / ms-1空气-水-玻璃珠体系，高径比：4:1，液固比： 10:1，表观气速：10.62ms-1，表观液速：0.885 1.769ms-Northeastern University62 液固比对气含率的影响液固比对气含率的影响1012141618200.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.300.320.34 UG 7.077 ms-1 UG 10.616 ms-1 UG 14.154 ms-1 UG 17.6

52、93 ms-1 UG 21.231 ms-1 Gas hold-upRatio of liquid to solid图5.3不同表观气速下气含率随液固比的变化关系Fig. 5.3 the relationship of Changes in gas holdup with different ratio of liquid to solid under different superficial gas velocity空气-水-玻璃珠体系，高径比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-1，液固比： 10:120:Northeastern Universi

53、ty63高径比对气含率的影响高径比对气含率的影响3.03.54.04.55.00.050.100.150.200.250.300.35 UG 7.077 ms-1 UG 10.616 ms-1 UG 14.154 ms-1 UG 17.693 ms-1 UG 21.231 ms-1Gas hold-upRate of height to diameter图5.4 不同表观气速下的气含率随高径比的变化关系Fig5.4 the relationship of Changes in gas holdup with ratio of height-diameter under different su

54、perficial gas velocity空气-水-玻璃珠体系，液固比：10:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-1，高径比： 3:15:Northeastern University64),(ll21g、ggLgHDddmnUUf(5-1)0),(2121gDHDdDddUdUmnfllLggG(5-2),(2121gDHDdDddUdUmnfllLggG(5-3)4321)()(21g0GallLaggaadUdUmna(5-4)气含率准数方程关系式气含率准数方程关系式Northeastern University65164. 02996. 01g86

55、74. 0550. 07)()(97. 3llLggGdUdUmne(5-5)68101214161820220.060.080.100.120.140.160.180.200.220.24 GUG / ms-1 计算值 实验值图5.5 气含率计算值与实验值的比较Fig.5.5 Compare between calculated value and experimental value气含率准数方程关系式气含率准数方程关系式Northeastern University66表观气速对表观气速对CO2吸收速率的影响吸收速率的影响0204060801001208910111213 pHt/s 7

56、.077 ms-1 10.616 ms-1 14.154 ms-1 17.693 ms-1 21.231 ms-1图6.1 不同表观气速下pH值随时间变化关系图Fig6.1 Curves of pH time under different superficial gas velocityCO2-NaOH水溶液体系，高径比比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-Northeastern University67 表观气速对表观气速对CO2吸收速率的影响吸收速率的影响68101214161820220.0000.0050.0100.0150.0200.02

57、50.0300.0350.0400.0450.050 (Ak/V)/s-1UG/ ms-1 前 期 中 期 后 期图6.2 不同时间段容积传质系数与表观气速的关系Fig6.2 Relation between volumetric transfer coefficient and superficial gas velocityunder different time periodsCO2-NaOH水溶液体系，高径比比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-Northeastern University68表观气速对表观气速对CO2吸收速率的影响吸收速率的

58、影响68101214161820220.450.500.550.600.650.700.75 UG/ms-1 UL 0.885ms-1 UL 1.106ms-1 UL 1.327ms-1图6.3 不同表观气速下的CO2利用率Fig6.3 The efficiency of CO2 under different superficial gas velocityCO2-NaOH水溶液体系，高径比比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-Northeastern University69表观液速对表观液速对CO2吸收速率的影响吸收速率的影响-100102030

59、4050607080901001108910111213 pHt/s 0.885 ms-1 1.106 ms-1 1.327 ms-1 1.548 ms-1 1.769 ms-101020304050608910111213 0.885 ms-1 1.106 ms-1 1.327 ms-1 1.548 ms-1 1.769 ms-1pHt/s（10.62ms-1） （21.23 ms-1）图6.4 不同表观液速下pH随时间变化关系图Fig6.4 Curves of pH time under different superficial liquid velocityCO2-NaOH水溶液体系，高径比比：4:1，表观液速：1.327ms-1，表观气速：7.077 21.23ms-Northeastern University700.81.01.21.41.61.80.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0550.060 (Ak/V)/s-1UL/ ms-1 前 期 中 期 后 期0.81.01.21.41.61.80.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0550.060 前 期 中 期 后 期 (Ak/V)/s-1UL/ ms-1（10