过程工程学报 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (10): 1039-1048.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225021
邓硕1,2,3, 丘东亮2,3, 张留淦2, 陈龙祥2,3*
Shuo DENG1,2,3, Dongliang QIU2,3, Liugan ZHANG2, Longxiang CHEN2,3*
摘要: 近年来,新型吸附剂的饱和吸附量不断增加,但其在循环过程中的实际吸附量因工艺流程设计局限而显著低于饱和值。为构建精准的吸附床模型,深入探究吸附工艺中复杂的传热与传质机理,本研究选用13X分子筛对CO2/N2进行吸附实验。通过静态吸附与动态穿透实验,确定了竞争吸附等温线及吸附过程的传质传热系数,并基于该数据完成了变温吸附(Temperature Swing Adsorption, TSA)系统模型的搭建。对吸附床负载情况分析表明,常规TSA工艺的吸附剂利用率(AUR)仅为58.13%,大量吸附剂未实现充分利用,存在明显优化空间。为此,本研究设计了多床串联式新型TSA吸附工艺,通过使不同吸附床在上游床和下游床之间切换,使吸附剂利用率提升至85.50%,产品纯度从常规TSA工艺的90.74%提升至94.21%,能耗从6.48 MJ/kg CO2降至4.79 MJ/kg CO2。然而,串联工艺在吸附阶段存在少量CO2泄露问题,导致气体回收率降至87.92%。此外,常规TSA工艺虽可通过延长吸附时间达到与串联工艺相近的AUR,但此时气体回收率仅为71.80%,较串联工艺低16.12个百分点。