硅烷修饰复合吸附剂用于直接接触式吸附热泵的实验研究

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直接接触式吸附热泵系统作为一种节能减排装置回收低品位余热,替代工业锅炉,提高能源利用率,减少环境污染。本文基于硅烷修饰的复合吸附剂与水直接接触生成高温蒸汽。从复合吸附剂的液解问题出发,用辛基三甲氧基硅烷(OTMOS)修饰13X沸石,使得亲水性沸石表面变得疏水,孔口缩小,实现对自由水的调控,进而抑制沸石孔内盐的电离,提高复合吸附剂的循环稳定性。主要研究工作和结论如下:(1)材料的制备与表征。用浸渍法制备了13X沸石-Mg SO4复合吸附剂ZM-25,并测试其中无机盐的含量为11.68%。对ZM-25进行疏水改性,硅烷改性剂浓度为5%、7.5%、10%的吸附剂接触角分别为110.4°、112.1°和138.7°。用浓度为7.5%的改性剂改性后的吸附剂S8-7.5的吸附量较改性前降低了1.7%,吸附热提升了3.79%。改性前的13X-Mg SO4在经过4次循环之后,无机盐含量稳定在57.98%,改性后,6次循环后,无机盐含量稳定在94%左右。BET测试其比表面积、孔体积以及孔径,13X经过复合后,盐在孔内的附着使得比表面积和孔体积减小,孔径增大;改性后S8-7.5的比表面积、孔体积、孔径都缩小。红外光谱分析发现在2935 cm-1附近多了一个吸收峰,这正是硅烷基团中-CH3的C-H伸缩振动。XRF分析元素含量,估算改性前后Mg%:Al%,二者相差0.3%,说明改性过程未有盐的流失。TG和DTG分析确定了改性样品在300℃以内的热稳定性。(2)系统循环实验。改性后的复合吸附剂S8-7.5由于表面润湿性减小,原本亲水性的表面变得疏水,使得重生效率提高,重生后吸附剂含水量降低,重生能耗降低,蒸汽生成时传热阻力减小,生成速率加快,蒸汽量增多。对于S8-7.5来说,进气温度对其有很大影响。进气温度越高,蒸汽生成量越多。而无干燥装置的气流对吸附剂重生后进行蒸汽生成时,与经过干燥器干燥的实验条件相比,蒸汽生成量降低了7.92%。这说明气体干燥装置对蒸汽生成是有利的。进气温度越高,重生速率越快。150℃的进气温度,重生能耗最小,干燥后的气流进行重生时,也较未干燥的气流对S8-7.5吸附剂重生速率快。二者重生能耗无明显差异。(3)系统性能评估。改性后的样品S8-7.5的GTL(系统温升)为114.20°C,比未改性的ZM-25复合吸附剂提升了5.69%,SHP(制热功率)提升了10.38%,COPex(系统(火用)效率)提高了16.36%。进气温度为150℃时,系统温升为124.20℃,比130℃提升了8.76%。110℃时,系统温升为89.75℃,比130℃的实验条件降低了27.24%。未干燥气流对吸附剂重生的实验系统温升为111.35℃,与干燥的差了3℃左右。整体变化趋势是,温度越高,系统温升越大,制热功率、系统(火用)效率COPex也越大。而干燥装置的有无对整体温升没有明显影响,但是对系统制热功率和系统(火用)效率是有影响的。
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