NOX吸收过程中微观流动行为与传递特性研究

针对氮氧化物吸收反应过程中液相浓度和温度变化，展开静止和流动溶剂（水、稀硝酸等体系）吸收氮氧化物的传递（微观流体流动、传质、传热）过程与微观流动现象的研究，考察传质传热引起的表面张力梯度对氮氧化物气体吸收传质过程的影响特征，测定吸收塔内部气液相组成和温度分布，并测量局部液膜振荡和迁移所造成传质面积的变化和传递界面的更新程度，以及界面湍动对吸收传质过程的增强效果，建立能够准确计算水和稀硝酸吸收氮氧化物的数学模型，进而完善氮氧化物吸收治理过程的优化设计流程，最终形成成熟可靠、低成本、低能耗的氮氧化物废气治理和资源化绿色工艺，为我国工业过程的节能环保、社会和经济的可持续发展提供强有力的科学技术基础。

氮氧化物（主要指NO和NO2，通称NOx）是目前造成大气污染的重要污染源之一。当前对氮氧化物废气的脱除主要采用催化剂和还原剂消除NOx，存在治理成本高、能耗物耗大的问题。本项目立足于NOx废气的资源化治理，采用水或硝酸吸收的方法，将废气中有用的NOx成分转化为硝酸系列产品。本项目在双釜吸收装置中用恒定容积法研究了水和稀硝酸对二氧化氮的吸收性能，开发功能离子液体体系用于酸性气体的吸收，通过降膜吸收实验获得NOx吸收过程中的流动特性和传质特征；在前述研究的基础上，通过工业实践获得塔器吸收NOx的过程参数和相关工艺。具体工作包括以下几个方面：..（1）氮氧化物吸收的平衡热力学数据测定和反应动力学研究.在双釜平衡吸收系统中研究了水和稀硝酸对二氧化氮的吸收性能，考察了吸收剂（水、稀硝酸）的量、硝酸浓度、吸收压力等对吸收过程的影响，并建立了水吸收NO2的平衡计算模型。.（2）离子液体降膜过程研究.采用高精度红外热成像系统，研究了高浓度四甲基铵甘氨酸和甘氨酸钠离子液体水溶液在均匀加热的竖直平板上的降膜过程。结果表明：Marangoni效应主要受到加热温差以及体系粘度的影响。实验还首次观测到高浓度二元离子液体体系降膜过程中的分叉流型，为进一步的工业应用提供了依据。.（3）功能离子液体吸收酸性气体研究.本课题组合成了[N1111][Gly]、[N2222][Gly]、[N1111][Lys]和[N2222][Lys]四种氨基功能离子液体，将其用于酸性气体的吸收研究。利用逆流降膜吸收塔装置测定了混合吸收剂对纯CO2和CO2-N2混合气的降膜吸收性能，考察了[N1111][Gly]浓度、气体流速和混合吸收剂流速对吸收的影响。.(4) 填料塔内吸收NO2实验研究..在Φ50mm的玻璃吸收塔中，采用氢氧化钠水溶液吸收NO2气体，考察了喷淋密度、吸收温度、操作压力和进气流速（停留时间）等因素对吸收效率低的影响。建议工业过程的吸收温度控制在25℃以下，喷淋密度在20m3/m2h以上，较高的压力和4-6秒的停留时间为宜。..（5）NOx吸收和资源化MOAPTS工艺完善.借助大型化工模拟软件ASPEN PLUS平台，将各反应的动力学参数，以及试验中优化操作条件、填料的传质效率等信息输入至USER MODEL模块，进行了工艺系统模拟，并对实际工业过程所采集的数据进行比较，完善了MO