沼气中CO_2化学吸收传质性能分析与传质系数建模

以气相总体积传质系数为指标,在乱堆鲍尔环填料吸收塔内研究了乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)和哌嗪(PZ)4种典型吸收剂对模拟沼气中CO_2的吸收传质性能,考察了吸收剂浓度、吸收剂温度、吸收剂体积流量、CO_2负荷、气体流量与CO_2分压的影响,并建立了MEA、DEA和PZ的气相总体积传质系数的计算经验模型。结果表明,相同吸收剂浓度条件下,PZ具有最优的CO_2传质性能,MEA和DEA次之,TEA最差。随着吸收剂浓度的增加,除TEA外,其他3种吸收剂的气相总体积传质系数均大幅增加,填料塔出口CO_2体积分数大幅下降,且MEA在3.27 mol/L时可获得最高的气相总体积传质系数(1.37 kmol/(m^3·h·k Pa));提升吸收剂体积流量、吸收剂温度、气体流量及降低吸收剂初始CO_2负荷均可有效增加吸收剂的气相总体积传质系数,但CO_2分压变化对气相总体积传质系数影响不显著。最后,建立了MEA、DEA和PZ吸收剂的气相总体积传质系数的计算经验公式,且气相总体积传质系数的试验值与计算值之间的绝对平均误差均小于14%。

典型沼气氛围下吸收剂的CO2化学吸收平衡溶解度及经验模型

以CO2吸收饱和后的CO2负荷为指标,利用经典鼓泡吸收系统测量模拟沼气氛围下乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)、哌嗪(PZ)、L-精氨酸钾(PA)、甘氨酸钾(PG)等吸收剂的CO2吸收平衡溶解度,并考察吸收剂质量分数、反应温度和沼气中CO2体积分数的影响。结果表明:在相同反应条件下,DEEA和PZ具有最高的CO2平衡溶解度,可分别达到1.083、0.958 mol/mol;MEA、DEA、PA及PG次之(0.400~0.800 mol/mol),TEA最低,在20%质量分数时仅为0.363 mol/mol。另外,除PZ外,其他6种吸收剂的CO2平衡溶解度随吸收剂质量分数的增加而大幅下降。同时,7种吸收剂的CO2平衡溶解度均随反应温度的升高而下降,其中DEA和TEA降幅最明显。而CO2体积分数变化对DEEA、PZ和PG的CO2平衡溶解度的影响并不显著。最后建立6种典型吸收剂在沼气氛围下的CO2平衡溶解度经验计算公式,且计算值与实验值之间的相对平均误差在4%以内,显示经验公式具有良好的精度。