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1、柴油机二氧化碳的回收和利用许至尊L106 201010121179摘要：二氧化碳是含碳化合物氧化反应的最终产物，广泛存在于大气海洋中，可以说是取之不尽，用之不竭的碳源。同时由于二氧化碳带来的温室效应越来越引起人们的关注。尤其在海运中，产生的二氧化碳不但造成了巨大的环境污染，而且对于人类来说也是巨大的浪费。二氧化碳是重要的化工原料，与此同时，二氧化碳在食品、药品的制造中都有着广泛的应用。 本文主要讨论船用大型柴油机所产生二氧化碳的回收和利用。将已经存在的回收方法加以改进，使其可以适用于船上的工作。在大洋中，船舶本身就可以看做一个封闭的系统，在这一个封闭的系统中实现碳循环， 使二氧化碳不断地处于回
2、收和利用的循环内是最好的解决方法， 利用微藻的吸收二氧化碳的光合作用从而产生生物柴油，以此来作为船上的能源，这样就实现了二氧化碳的回收利用。关键字：二氧化碳 温室气体 微藻 Abstract ： Carbon oxide is the final produce of the oxygen process from composite which contain cardon,it exist at atmosphere and ocean widely,and is recognized as endless source of cardon.Meanwhile the problem fr
3、om greenhousegasbecomemoreandmoreserious.Especiallyforthe sailing,carbon oxide produced by the diesel engin adverse our environment and cause a huge waste.Because Carbon oxide is used to make food ,drug .The thesis will illustrate how to reuse and recycle the Carbon oxide generated by diesel machine
4、,and make it adapt to shipping work.the ship can be regarded as closed system,the cardon circle can be achieved.The micro algae which are able to adopt cardon oxide and generate the oxygen via the photosynthesis can be used to produce the biologic fuel which can supply the ship power. Key world：carb
5、on oxidegreenhouse gasmicro algae0 引言海运是一种比其他方式更节约能源的运输方式， 但国际海运严重依赖化石燃料，这些化石燃料在燃烧时排放大量的气体，如影响公众健康的氮氧化物、硫氧化物以及导致全球变暖的二氧化碳。2009 年国际海事组织发布关于温室气体排放的第二份研究报告，数据表明：1990-2007 年间，全球海运温室气体排放平均年递增 3.75%；如果不采取任何政策或措施，2050 年海运温室气体排放量可能会较 2007年排放量的 23 倍。在这些海运温室气体中，二氧化碳占了整个海运温室气体排放的 96%，是海运温室气体的主要成分。由于难以确定国际航空和国际
6、航海领域的排放国别，无法计入各国的排放总量， 所以国际海运排放一直未纳入负有温室气体减排义务国家的减排范围。联合国气候变化框架公约 下尚未形成任何有关国际海运温室气体减排的法律约束性文件，而仅在京东议定书中第 2.2条规定“附件一所列缔约方应分别通过国际民用航空组织和国际海事组织做出的努力，谋求限制或者减小航空和航海仓载燃料产生的 蒙特利尔议定书 未予管制的温室气体的排放 基于上述规定，IMO 于1998 年展开对于国际海运温室气体的研究和相关谈判工作。 近年来，由于受到全球气候变暖和国际社会施加的各种压力， 要求我们迫切找出一个回收和利用二氧化碳的方法。与此同时，碳是一个非常让人着迷的元素，
7、她的符号是 C，原子量为 12，质子数是 6，在元素周期表里处于第六周期第二族。所以，她是一个常见的非金属元素，并且它有两种单质形式，依照其原子的排列方式不同，碳单质可以组成结构紧凑的金刚石，无坚不摧；同时也可以排列成结构松散的石墨，一种非常有效的固体润滑剂。但是她对于我们最大的作用是以碳原子为骨架构成的碳氢化合物， 它既是有机物的根本，同时又可以在燃烧反应中释放出大量的热，是我们的能量之源。 燃烧反应完成后， 碳元素将以二氧化碳的形式游离于空气中，等待光合作用将他们固定，进入到下个碳循环中去。因此，我们可以利用微藻这一种简单的藻类植物，通过它可以实现航行中的碳循环碳循环，即利用藻类的光合作用
8、固碳，之后由于微藻特殊的性质光合作用的生成物经过特殊处理，将会成为生物柴油，然后通过燃烧反应为船舶提供能量。所以系统将分为两大部分，第一大部分是二氧化碳的回收，第二大部分是利用微藻处理。1.二氧化碳的回收方法1.1 变压吸附法1变压吸附的基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定的压力下对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的的特性， 加压除去原料气中的杂质组分，减压托附这些杂质而使吸附剂再生。因此，采用多个吸附床， 循环的变动所组合的各种吸附床的压力， 就可以达到连续地分离气体混合物的目的。常用的二氧化碳吸附剂有天然沸石、分子筛、活性氧化铝、 硅胶
9、和活性炭等。 采用吸附法时， 一般需要多台吸附器并联使用，以保证整个过程能连续的输入原料混合气气， 连续取出二氧化碳产品气和未吸附气体。 它属于干法工艺， 无腐蚀， 整个过程由吸附、 漂洗、降压、抽真空和加压五步组成，其运行系统压力在 1.26 MPa 一 6.66kPa 之间变化。变压吸附法的优点是工艺过程简单、能耗低、适应能力强，但此法的吸附容量有限、需要大量的吸附剂、吸附解吸频繁、自动化程度要求较高。1.2 膜分离法2膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜对不同气体的渗透率的不同来分离气体的。 膜分离的驱动力是压差， 当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流
10、，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流， 两股气流分别引出从而达到分离的目的。分离二氧化碳的膜材料通常采用醋酸纤维素膜、聚飒膜、聚醚飒膜、聚肤膜、聚酞胺(PI)膜等。这些膜适用于从天然气和石油开采中去除二氧化碳，但耐热性低，即使是 PI 膜本身虽耐 300的温度，但因膜组件的其他材料的限制，150(是其操作温度的上限。现在正在开发耐高温的无机膜，如日本通产省和新能源、工业技术开发机构计划实施二氧化碳高温分离、 回收再利用技术研究开发，初步成功开发出硅石、沸石和碳素膜，但尚未达到实用化的阶段。膜分离装置简单，投资费用比溶剂吸收法低，但难以得到高纯度的二氧化碳。将两者结合起来可取长补短
11、，前者作粗分离，后者作精分离。这样既可达到有效分离，又可节省投资费用，并且达到综合能耗最低。1.3 吸收法3工业上采用的气体吸收方法，可分为物理吸收法和化学吸收法。物理吸收是利用原料气中的溶质在吸收剂中的溶解度较大而除去的方法。一般吸收采用高压及低温，解吸时采用减压或升温，减压解吸所需再生能量相当少。该法的关键是选择优良的吸收剂。所选的吸收剂必须对二氧化碳的溶解度大、选择性好、沸点高、无腐蚀、 无毒性、性能稳定。典型的物理吸收法有加压水洗法、N 一甲基毗咯烷酮法、低温甲醇法、碳酸丙烯醋法等。早期的合成氨厂中的脱碳多采用加压水洗法。 加压水洗脱碳常在填料塔或筛板塔中进行，此法设备简单，但二氧化碳
12、的净化度差， 且水洗的喷淋密度大，动力消耗高，因此近年来合成氨厂的新建脱碳工艺已为其他方法所取代。以 N 一甲基毗咯烷酮为吸收剂的方法称为毗咯烷酮法。毗咯烷酮具有对二氧化碳溶解度高、粘度较小、沸点较高、蒸汽压较低等优点。该法特别适应气体压力大于 7 MPa 的场合，但由于 N 一甲基毗咯烷酮较贵，因此应用受到限制。以聚乙二醇二甲醚为吸收剂的脱碳过程中， 聚乙二醇二甲醚是一种淡黄色透明的有机液体，无毒、无特殊气味、冰点低、沸点高、 化学性质稳定、腐蚀性低，是一理想的物理溶剂。但由于聚乙二醇二甲醚价格昂贵， 投资及操作费用均较高， 因此该法在国内实际应用较少。碳酸丙烯醋法是碳酸丙烯醋为吸收剂的脱碳
13、方法。 碳酸丙烯醋对二氧化碳的溶解度较大，具有溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳定、无腐蚀等优点。化学吸收法化学吸收法主要有热钾碱法(苯菲尔法、砷碱法及空间位阻法等)和烷基胺法(MEA 法、DEA 法、MDEA 法等)，其中苯菲尔法和活性 MDEA 法应用最多。苯菲尔法， 苯菲尔法的吸收剂是在二氧化碳水溶液中加入二乙醇胺(DEA)作为活化剂，V20:为缓蚀剂。碳酸钾水溶液具有强碱性，其与二氧化碳反应，生成的碳酸氢钾在减压和受热时，又可放出二氧化碳，重新生成碳酸钾，因而可循环使用。为了提高化学反应速度，吸收在较高的温度(90 一110)下进行，因此吸收与再生的温度基本相近，使流程简化，
14、同时提高了碳酸钾的浓度，增加了吸收能力，降低了再生能耗。苯菲尔法可在高温下运行，再生热低，添加 V20:可防腐蚀，但该工艺需对设备进行钒化处理，要求工人的操作水平较高。2 二氧化碳的利用2.1 微藻的选择微藻的种类有很多种。藻种的筛选与其应用场合、培养难易程度以及藻的后续利用等因素密切相关。其通常要求:光利用率高;二氧化碳转化率高；比生长速率快;最好耐酸碱、温度范围宽；耐高二氧化碳浓度浓度；对烟道气中微量成分不敏感，尽可能多的副产物和协同产物，比如固体燃料，同时要易于收获，可与污水处理相结合等。 资料显示3，蓝藻和绿藻具有较大的优势，其中小球藻和斜生栅藻具有耐污能力强，并可直接利用污水中的有机
15、物，由此成为了比较理想的藻种。2.2 利用船舶生活污水和收集的二氧化碳培养微藻在船舶的主甲板和各级甲板上建立大小适宜的微藻培养系统， 将船舶生活污水引入到培养系统中，利用光生物反应器，其中平板光生物反应器是由透明的玻璃、PVC 等材料制成扁平长方体容器和支架构成。其主要优点是太阳能利用效率高、溶氧较低、适合室外培养、产率较高和制作成本较低等。其缺点是控温较困难、微藻贴壁生长和水的静压力较高。对平板光生物反应器进行了的光照研究。东西向垂直放置的平板反应器每天的光照强度 13 -29MJ/m2 与水平放置的11 -30 MJ/m2 相当， 更利于微藻均匀受光生长。 通气速率与能耗直接相关，且其决定
16、了反应器的流体力学特性，进而影响反应器的持气量、传质、混合和传热等重要特性。结果表明输入功率为 53 W/m3的通气条件下， 反应器的体积传递系数达 0.007 s-混合时问小于 200s，足以保证传质和溶氧的排除。其主要不足是该通气速率下产生的剪切压力可能会损伤微藻。42.3 藻油的提取目前常用的微藻富集分离方法有膜过滤、离心、絮凝及泡沫分离等方法膜过滤多使用改性纤维素作为滤膜，滤膜易污染，采用逆流操作可一定程度得到改善。离心是一种常用的细胞分离方法，采用离心分离不会引入其它的化学试剂，但能源成本较高。絮凝是工业化常用的分离手段，通过将微藻细胞絮凝成块后分离，该方法需要加入絮凝剂，在后续的分离中絮凝剂较难除去。泡沫分离通常需要先使用絮凝剂絮凝微藻细胞，然后鼓泡微藻浮渣，从而收集分离。考虑到微藻细胞表面的带电特性，采用电泳的方法富集分析细胞也有报道。微藻油脂多分布在细胞壁中，可通过各种方法提取，其中最简单是机械破碎法5。不同的藻类物理特性差别较大，需选用不同的挤压方式。化学法常用的化学溶剂有苯、乙醚，也可用正己烷提取， 正己烷提取是食品工业常用的方法，相
