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沼气中二氧化碳双相吸收分离的研究

作　者: 郑书东
导　师: 施耀
学　校: 浙江大学
专　业: 应用化学
关键词: CO2双相吸收降低能耗烯胺乙醇溶液双搅拌釜
分类号: TQ028.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着化石能源日渐枯竭,世界各国都在加强对绿色可再生能源的研究,生物沼气作为一种重要的生物质能源,应用最为广泛。将生物沼气中C02降至1%-3%即可作为替代天然气使用。传统的化学吸收法具有去除效率高,处理量大等优点,但较高的再生能耗限制其实际运用,为此研究双相吸收溶液,即吸收溶液吸收二氧化碳后产生相分离现象,且吸收的C02主要贮存于富相中,只用将富相再生即可恢复吸收液大部分的吸收量,由于贫相不用再生而极大降低再生能耗。目前双相吸收溶液的研究主要集中于离子液体及高分子聚合物的使用,原料合成工艺复杂,成本较高。本文通过实验发现烯胺的乙醇溶液有优异的吸收分相性能,通过对三乙烯四胺(TETA)乙醇溶液及二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)与四乙烯五胺(TEPA)的混合乙醇溶液吸收C02特性和再生性能的研究,为更深入这方面的研究和工作应用提供必要的理论基础。本文以双搅拌釜为反应吸收装置,采用浓度为0.1～0.3kmol·m-3TETA乙醇溶液作为C02的吸收剂,通过对单一溶液和混合溶液吸收C02的反应速率的测定,考察吸收量,吸收负荷随时间的变化关系。着重研究二氧化碳的两相中的分配,发现吸收的二氧化碳主要贮存在固体产物中,比较TETA乙醇溶液与其它胺的水溶液的吸收速率与吸收量,发现TETA乙醇溶液的表现远优于其它胺的水溶液。测试固体产物的分解温度,发现其在90℃开始分解,低于传统醇胺水溶液的再生温度,以磁力搅拌恒温加热器作为再生装置,对TETA乙醇溶液吸收产物再生性能进行考察,表明其在90℃下30min即再生完全,再生效率达到96.5%,通过连续循环吸收再生实验,依然保持82.6%的吸收负荷。研究结果表明：与常见的混合胺溶液相比,TETA乙醇溶液是一种吸收性能和再生性能较为优秀的C02吸收液。比较相同浓度下DETA、TETA、TEPA乙醇溶液对CO2的吸收速率和吸收量,DETA有着最高的氨基负荷,TEPA有着最大的吸收量,将DETA、TETA、TEPA按不同比例混合后吸收C02,随着长链烯胺比例的增加,吸收量增加而氨基负荷降低。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-11
1 绪论  11-13
  1.1 立题依据  11-12
  1.2 研究内容  12-13
2 文献综述  13-25
  2.1 沼气中二氧化碳脱除的意义  13-15
    2.1.1 能源危机与可再生能源  13-14
    2.1.2 沼气作为可再生能源的利用  14
    2.1.3 各国对沼气工程的研究  14-15
    2.1.4 中国沼气工业发展现状  15
  2.2 二氧化碳的综合运用  15-16
    2.2.1 CO_2在工业上的应用  15-16
    2.2.2 CO_2在农业上的应用  16
    2.2.3 CO_2在其它方面的应用  16
  2.3 沼气提纯技术研究进展  16-20
    2.3.1 加压水洗法  16-17
    2.3.2 吸附法  17-18
    2.3.3 膜分离法  18-19
    2.3.4 化学吸收法  19
    2.3.5 其它分离方法  19-20
  2.4 有机胺溶液吸收二氧化碳机理  20-22
    2.4.1 穿梭机理和两性离子机理  20-21
    2.4.2 伯胺、仲胺吸收二氧化碳机理  21
    2.4.3 叔胺吸收二氧化碳机理  21
    2.4.4 位阻胺吸收二氧化碳机理  21-22
  2.5 二氧化碳的双相吸收研究  22-23
    2.5.1 现有化学吸收法的缺点  22
    2.5.2 双相吸收剂的研究  22-23
  2.6 本章小结  23-25
3 实验装置及分析方法  25-31
  3.1 实验装置与流程  25-27
    3.1.1 双搅拌釜反应吸收装置  25-26
    3.1.2 再生装置  26-27
  3.2 试剂与分析方法  27-31
    3.2.1 实验气体与试剂  27
    3.2.2 二氧化碳含量测定  27-28
    3.2.3 二氧化碳吸收速率测定  28-29
    3.2.4 其它测试分析方法  29-31
4 二氧化碳双相吸收溶液的研究  31-51
  4.1 双相吸收溶液  31-33
  4.2 两相中二氧化碳的分配  33-35
    4.2.1 甲烷与氮气对吸收的影响  33-34
    4.2.2 溶剂乙醇对混合气的吸收  34
    4.2.3 CO_2在吸收液中的分布  34-35
  4.3 固体产物的表征  35-37
  4.4 TETA乙醇溶液吸收二氧化碳的研究  37-43
    4.4.1 TETA对二氧化碳吸收速率  37-38
    4.4.2 吸收量和吸收负荷的研究  38-39
    4.4.3 温度对TETA吸收二氧化碳的影响  39-40
    4.4.4 常见胺溶液吸收二氧化碳的比较  40-41
    4.4.5 反应过程的推测  41-43
  4.5 TETA吸收产物的再生温度与吸收再生循环研究  43-45
  4.6 TETA乙醇溶液吸收二氧化碳动力学  45-47
    4.6.1 动力学区域的确定方法  45-46
    4.6.2 TETA乙醇溶液  46-47
  4.7 吸收反应传质增强因子  47-49
  4.8 本章小结  49-51
5 混合烯胺乙醇溶液吸收二氧化碳的研究  51-57
  5.1 DETA/TEPA单一溶液吸收二氧化碳的研究  51-53
    5.1.1 DETA/TETA/TEPA对二氧化碳的吸收  51-52
    5.1.2 吸收量和氨基负荷的研究  52-53
  5.2 TETA/TEPA混合溶液吸收二氧化碳  53-56
    5.2.1 TETA/TEPA混合溶液对二氧化碳的吸收速率  53-55
    5.2.2 TETA/TEPA混合溶液对二氧化碳的吸收容量及氨基负荷  55-56
    5.2.3 TETA/TEPA混合溶液对二氧化碳的化学吸收增强因子  56
  5.3 本章小结  56-57
6 结论与建议  57-59
  6.1 结论  57-58
  6.2 建议与展望  58-59
参考文献  59-65
作者简介及发表论文目录  65

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