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电解法再生热钾碱溶液的研究

作　者: 刘娜
导　师: 王运东
学　校: 清华大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 温室效应二氧化碳热钾碱法膜电解
分类号: TQ114.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,温室效应对全球气候造成严重影响,CO₂减排问题已经受到全世界范围的关注。而由于CO₂分离技术费用过高,与经济上的期望值还存在着巨大的差距。因此,需要在工艺,设备和系统优化方面寻找降低CO₂捕集成本的方法。化学吸收法是目前唯一的一种被工业上接受,技术成熟的CO₂捕集方法。热钾碱法是用碳酸钾为吸收剂的一种化学吸收法,在我国有着广泛的应用,大约有60%的大、中型合成氨装置采用该技术。但热钾碱工艺的能耗相当高,其能耗主要表现在吸收富液的再生方面。热钾碱工艺中传统的热解吸法耗能巨大。为了大幅度降低其能耗,本文采用了一种新的再生技术—膜电解法再生碳酸钾吸收液,该工艺使用膜电解法电解碳酸钾的吸收富液,电解槽阳极析出二氧化碳和氧气,阴极副产氢气。同时电解后的溶液中碳酸钾浓度上升,碳酸氢钾浓度下降,电解到一定时间会有氢氧化钾的出现。说明电解法可以实现从碳酸氢钾到碳酸钾的转变,同时由于副产氢气和氧气,减少了该过程的能耗和成本。本文开展了电解再生工艺的初步探索,在自制的电解器内,以碳酸钾和碳酸氢钾的混合溶液添加一定量的活化剂,缓蚀剂等来模拟吸收富液。通过探索电解再生过程的可行性,分析电解过程的反应机理,研究优化电解工艺条件,建立连续电解装置,并通过与传统热解吸方法的比较,探究电解工艺的优越性。高温加快了离子在电解液的移动,促使CO₂尽早析出,也降低了碳酸氢钾的分解反应的活化能,使得反应更容易进行。但过高的温度会造成电解液水分蒸发,增加槽电压,通常选接近吸收温度80℃。电流密度越大,电解速率越快,二氧化碳的析出速率会更高,并且更早地达到平衡。在一定情况下,二氧化碳的析出量和碳酸氢钾的转化率相差不大,但二氧化碳的再生能耗随着电流的增大而增大。因此低电流密度长时间电解有助于降低电解能耗。无论是吸收反应还是电解反应,高的碳酸钾转化率均有利于降低能耗。在低电流密度,80℃,连续电解条件下,电解过程的总能耗比热解吸过程节省了18%。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-25
  1.1 课题背景和意义  9-11
  1.2 二氧化碳捕集分离的研究进展  11-20
    1.2.1 燃烧后二氧化碳分离技术研究现状  13-16
    1.2.2 二氧化碳分离回收技术经济性比较  16-17
    1.2.3 二氧化碳化学吸收法脱除技术研究进展  17-20
  1.3 热钾碱法脱碳研究  20-24
  1.4 小结  24-25
第2章实验装置与实验原理  25-39
  2.1 电解实验装置示意图  25-27
  2.2 实验方法  27
  2.3 可行性探索  27-30
    2.3.1 阳离子膜电解  27-29
    2.3.2 阴离子膜电解  29-30
  2.4 膜电解机理  30-38
    2.4.1 阳离子膜电解反应机理  32-36
    2.4.2 阴离子膜电解机理  36-38
  2.5 小结  38-39
第3章电解工艺条件的选择  39-52
  3.1 电流密度的影响  40-41
  3.2 温度的影响  41-45
    3.2.1 阳离子膜下不同温度的电解  41-43
    3.2.2 阴离子膜下不同温度的电解  43-44
    3.2.3 温度的选择  44-45
  3.3 电解液中K_2C0_3 转化率的影响  45-46
  3.4 阴阳离子膜的比较  46-47
  3.5 添加剂的影响  47-50
    3.5.1 活化剂的影响  47-49
    3.5.2 杂质的影响  49-50
  3.6 小结  50-52
第4章连续电解反应与能耗估算  52-62
  4.1 热钾碱溶液再生过程  52-54
  4.2 电解工艺与传统工艺的比较  54-57
  4.3 继续降低能耗的可能性  57-61
    4.3.1 电解体系的热力学计算  57-59
    4.3.2 降低能耗的方法  59-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章结论与建议  62-64
  5.1 主要结论  62-63
  5.2 对今后工作的建议  63-64
参考文献  64-69
致谢  69-71
附录A 实验数据  71-79
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  79

电解法再生热钾碱溶液的研究

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