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有机胺法吸收二氧化碳及其性能研究

作　者: 高涵
导　师: 郭亚军
学　校: 上海师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 二氧化碳吸收 MDEA 尾气浓度循环吸收四乙烯五胺
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

基于目前全球各国对全球性变暖问题日益加剧带来严重后果的深刻认识,以及石油天然气化工下游工段中合成氨等工业为避免催化剂中毒而对原料气进行脱碳处理的必要性,对于CO2吸收方法的研究已经越来越受到人们的重视。有机胺法吸收CO2作为化学吸收法中的一种,具有溶剂稳定、净化度高、能耗低以及对装置腐蚀性小等优点,现已被广泛应用于各类工业脱碳中。本文采用N-甲基二乙醇胺(MDEA)与少量活化剂的混胺水溶液作为吸收剂,研究其对CO2的吸收性能,通过静态吸收实验筛选出吸收活性较高的活化剂,再采用循环吸收装置着重考察吸收尾气中CO2的浓度变化情况,最后对比考察了含有多个吸收官能团的四乙烯五胺(TEPA)的活化作用。在静态吸收条件下,先以MDEA为主吸收剂并添加少量活化剂,筛选出活性较高的活化剂,实验结果表明:三乙烯四胺(TETA)和二乙烯三胺(DETA)的活性明显高于哌嗪(PZ)与一乙醇胺(MEA)。再着重研究TETA+MDEA体系的吸收情况,实验数据显示增加TEPA浓度对吸收有利,最适宜的吸收温度为30℃。模拟工业中的循环吸收过程,考察不同活化剂对吸收尾气浓度的影响,其中当吸收剂为1.38 mol/L MDEA+0.12 mol/L TETA时,吸收效果最好,尾气CO2浓度可由3.49%降至0.05 mol%,脱除率达98.62%。并考察了活化剂浓度、以及压力、温度、气速和液速等工艺条件对尾气中CO2浓度的影响,结果表明:活化剂浓度、压力及液速增加有利于降低尾气浓度,当液速增加到一定程度是,脱除率可达100%;而温度和气速的提高则使尾气浓度升高。建立并探讨了MEA+MDEA体系在循环吸收条件下吸收速率(N)随活化剂浓度(CMEA)和吸收时间(t)的函数关系:N=A1exp(−t/30.28)+y0,其中A1和y0具有实际意义,并受CMEA和t受控制。最后,在总结活化剂官能团作用基础上,使用TEPA作为活化剂,着重考察了TEPA+MDEA体系的吸收情况,并将其活化性能与TETA和DETA进行比较。实验结果证明:TEPA无论是在增加吸收速率和吸收量以及降低尾气浓度方面都是比TETA和DETA更好的活化剂,TEPA+MDEA体系最适宜的吸收温度为30℃。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-18
  1.1 捕集C0_2 的意义  11-12
    1.1.1 C0_2 与温室效应  11
    1.1.2 工业生产中对脱碳工艺指标的要求  11-12
  1.2 本文C0_2 吸收方法的选择  12-16
    1.2.1 C0_2 吸收方法的发展历程  12-13
    1.2.2 醇胺法吸收C0_2的发展历程  13-15
    1.2.3 aMDEA 法吸收C0_2的特点与机理  15-16
  1.3 工业中脱碳技术发展现状  16-17
  1.4 本文的选题意义及主要研究内容  17-18
第二章静态C0_2吸收反应研究  18-30
  2.1 引言  18-19
  2.2 实验部分  19-21
    2.2.1 主要原料和仪器设备  19
    2.2.2 实验装置与流程  19-20
    2.2.3 C0_2 含量分析方法  20-21
    2.2.4 其他分析方法  21
    2.2.5 吸收速率计算方法  21
  2.3 活化剂的筛选  21-23
  2.4 活化剂浓度对吸收效果的影响  23-25
  2.5 MDEA+TETA 体系吸收情况  25-28
    2.5.1 吸收速率随时间的变化关系  25-26
    2.5.2 吸收量随时间的变化关系  26-27
    2.5.3 吸收速率随吸收量的变化关系  27-28
  2.6 温度对吸收情况的影响.  28-29
    2.6.1 温度对吸收尾气浓度的影响  28
    2.6.2 温度对穿透时间的影响  28-29
  2.7 本章小结  29-30
第三章吸收-解吸循环吸收C0_2反应研究  30-48
  3.1 引言  30-31
  3.2 实验部分  31-32
    3.2.1 主要原料和仪器设备  31
    3.2.2 实验装置与流程  31-32
    3.2.3 循环吸收过程吸收速率及脱除率计算方法  32
  3.3 活化剂种类对尾气浓度的影响  32-35
  3.4 活化剂浓度对尾气浓度影响  35-37
  3.5 工艺条件对吸收尾气浓度的影响  37-43
    3.5.1 压力的影响  37-38
    3.5.2 温度的影响  38-40
    3.5.3 气体流量的影响  40-42
    3.5.4 吸收液流量的影响  42-43
  3.6 循环吸收条件下吸收速率随吸收时间和活化剂浓度的函数关系  43-46
  3.7 本章小结  46-48
第四章四乙烯五胺活化MDEA 溶液吸收C0_2研究  48-59
  4.1 引言  48-49
  4.2 原料及仪器设备  49
  4.3 MDEA+TEPA 体系吸收情况  49-53
    4.3.1 吸收尾气中C0_2 浓度及吸收速率随时间的变化关系  49-52
    4.3.2 吸收量随时间的变化关系  52
    4.3.3 吸收速率随吸收量的变化关系  52-53
  4.4 TEPA 与DETA、TETA 活化作用的比较  53-55
  4.5 温度对MDEA+TEPA 体系的影响  55-57
    4.5.1 温度对吸收尾气浓度的影响  55-56
    4.5.2 温度对穿透时间的影响  56-57
  4.6 循环吸收条件下TEPA 与其他胺类的比较  57
  4.7 本章小结  57-59
第五章全文总结  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-67
攻读学位期间取得的成果  67

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