新型 3D列印設備增強二氧化碳排放捕獲能力

強化裝置內的嵌入式冷卻劑通道由於正向反應期間產生的熱量而降低了柱溫

能源部橡樹嶺國家實驗室的研究人員已經設計並額外製造了一種首創的鋁裝置，可以增強化石燃料廠和其他工業排放的二氧化碳的捕獲進程。

減少二氧化碳等吸熱溫室氣體全球排放的解決方案，解決繼續使用低成本的國內化石燃料資源，同時減輕潛在的氣候影響。

ORNL的裝置重點關注常規吸收中的一個關鍵挑戰碳使用溶劑: 該過程通常會產生限制其總效率的熱量。通過使用增材製造,研究人員能夠定製設計一種多功能設備，通過去除多餘的熱量，同時保持低成本，大大提高了工藝效率。

吸收，捕獲CO2的最常用和最經濟的方法之一,將來自煙囪的煙氣流與溶劑接觸，例如稱為MEA的單乙醇胺或可與氣體反應的其他胺溶液。

該團隊測試了這種新穎的圓形裝置，它集成了一個熱交換器使用質量交換接觸器，在一個 1 米高，8 英寸寬的吸收柱內，由七個商用不鏽鋼填料元件組成。3d列印強化裝置安裝在包裝元件之間的柱的上半部分。

2019，橡樹嶺國家實驗室的研究人員Costas Tsouris和Eduardo Miramontes操作吸收柱內部的強化裝置，該裝置包含商用不鏽鋼包裝元件。

添加劑製造使得在塔內具有熱交換器成為可能，作為填料元件的一部分，而不幹擾幾何形狀，從而最大化氣體和液體流之間的接觸表面積。

「我們稱該裝置為強化，因為它能夠增強傳質 (CO2的量通過原位冷卻從氣體狀態轉移到液體狀態)，「ORNL項目的主要研究人員之一Costas Tsouris說。「控制吸收溫度對捕獲二氧化碳至關重要。"

當CO2與溶劑相互作用，它產生的熱量會降低溶劑與CO2反應的能力通過冷卻通道降低塔內的局部溫度峰值有助於提高CO2的效率捕獲。

「在設計我們的三維列印設備之前，很難在CO中實現熱交換器概念2吸收列，因為列的填充元素的複雜幾何圖形。通過三維列印，質量交換器和熱交換器可以在一個多功能的、強化的設備中共存，」該項目的首席研究員ORNL的Xin Sun說。

在包裝元件的瓦楞紙板內添加了嵌入式冷卻液通道，以允許熱交換能力。最終原型測量 直徑20. 3 釐米，14.6 釐米高，總流體體積容量為 0.6 升。鋁被選為強化裝置的初始材料，因為它具有優異的印刷適性、高導熱性和結構強度。

新穎的 3d列印強化裝置由鋁製成，並將熱交換器和質量交換接觸器集成到單個裝置中，以增強二氧化碳捕獲。

「該裝置也可以使用其他材料製造，如新興的高導熱性聚合物和金屬。隨著時間的推移，像 3d列印這樣的添加劑製造方法通常具有成本效益，因為與傳統製造方法相比，列印零件需要更少的精力和精力，「Lonnie Love說，ORNL的首席製造研究員，設計了強化裝置。

原型證明它能夠顯著增強胺溶液的二氧化碳捕獲，選擇胺溶液是因為它對CO2具有高度反應性

在結果中發布的AIChE期刊,ORNL研究人員進行了兩個單獨的實驗-一個改變CO2-含有氣體流速和一個變化的MEA溶劑流速。這些實驗旨在確定哪種操作條件會對碳捕獲效率產生最大的好處。

這兩個實驗都對碳捕獲率產生了實質性的改善，並證明了捕獲率的大小始終取決於氣體流速。該研究還顯示，在 20% 的二氧化碳濃度下捕獲達到峰值，捕獲率增加的百分比從 2.2% 到 15.5% 取決於操作條件。

「這種 3d列印強化設備的成功代表了進一步增強的前所未有的機會二氧化碳吸收效率和證明概念，」孫說。

未來的研究將側重於優化操作條件和裝置幾何形狀，以在碳捕獲吸收過程中產生額外的改進。