有机胺吸收与解吸CO_(2)的变化过程分析研究

随着化石燃料的频繁使用,CO_(2)浓度持续增长。为研究有机胺吸收和解吸CO_(2)的变化过程,以有机胺羟乙基乙二胺和四乙烯五胺为研究对象,以介孔分子筛材料为吸收剂,通过控制不同胺负载量来研究有机胺对CO_(2)的吸收变化过程。采用吸附动力学Avrami模型,对不同温度下的CO_(2)解吸过程进行分析。结果表明,通过有机胺吸附剂的表征分析验证了实验的可行性。当胺负载量为30%的羟乙基乙二胺时,吸附剂的吸收效率最高。温度为110℃时,吸附剂在12 min就完成了大部分CO_(2)的解吸,解吸效率最高。

L-精氨酸水溶液循环吸收与解吸CO_2实验研究

基于L-精氨酸的环境友好性及强碱性,将其用作捕获CO2的化学吸收剂。采用鼓泡吸收与加热再生的方法,对L-精氨酸水溶液吸收与解吸CO2性能进行研究,并重点考察添加3%哌嗪的L-精氨酸水溶液。结果表明,常温常压下,L-精氨酸水溶液具有较高的CO2吸收容量,约0.83mol CO2/mol精氨酸。起始解吸温度也较低,仅80℃。添加哌嗪或氢氧化钠的吸收液吸收能力优于无添加的精氨酸水溶液。其中添加哌嗪的L-精氨酸水溶液最适宜作CO2吸收剂,80℃下解吸速率均高于其他2种吸收液,吸收解吸循环达10次时,解吸量和解吸率未受较大影响,解吸率接近100%。

甘氨酸-甘氨酸钾体系循环吸收-解吸CO_2性能研究

在传统的热再生工艺基础上,提出了一种通过添加一定量的甘氨酸来提高甘氨酸钾再生性能的方法。采用醇析结晶的方法实现了甘氨酸的回收,回收率高达97.24%,且结晶甘氨酸的实验效果与商业甘氨酸无明显差别。甘氨酸钾多次循环吸收-解吸CO_2的性能与新鲜甘氨酸钾溶液基本一致,实验系统运行稳定。同时考察了操作条件对CO_2再生率和解吸能耗的影响,实验结果表明:对比不加酸的空白实验,加入一定量的甘氨酸后CO_2的再生率明显提高,解吸单位摩尔CO_2的能耗显著降低;随着酸量的不断增加,CO_2再生率呈现出先增长后趋于稳定的趋势;在一定范围内提高解吸温度,CO_2再生率增加,解吸单位摩尔CO_2的能耗减小。

失活石灰石自活化增强循环捕集CO_(2)特性

钙循环工艺是一种低成本高效率捕集CO_(2)技术,运行过程需不断补充新鲜吸收剂并排出失活吸收剂,实现失活钙基吸收剂原位资源化利用具有重要意义。为研究颗粒状石灰石失活后自活化特性,运用双固定床反应器制备了失活石灰石,分析了自活化后石灰石碳酸化转化率随循环次数的变化规律,采用XRD、SEM、N_(2)吸附等分析测试手段探究了自活化提高失活石灰石循环捕集CO_(2)性能机理。结果表明,失活石灰石置于环境中可吸收空气中水分生成Ca(OH)_(2),吸水率φ达100%后,继续吸水生成氢氧化钙水合物,极限吸水率为130%。不同程度自活化后的石灰石循环捕集CO_(2)性能均有不同程度提高,随吸水率变化呈线性升高趋势。与分析纯CaCO3相比,失活石灰石对吸水率变化更敏感,随吸水率升高其循环捕集CO_(2)性能提高更快。吸水率为130%时,自活化后石灰石循环捕集CO_(2)性能甚至优于新鲜石灰石。微观结构分析结果显示:新鲜石灰石因高温烧结而失活过程中,CaO晶粒尺寸由41.9 nm长大至72.2 nm,孔隙结构发生坍塌阻塞,比孔容和比表面积显著降低。经过自活化,煅烧后的石灰石中CaO晶粒尺寸降低,原本密实的表面重新生成孔隙结构;吸水率为130%时,晶粒尺寸降至35.1 nm,比孔容和比表面积分别恢复至新鲜石灰石的70.5%和107.6%,特别是10~100 nm孔隙得以再生,因此失活石灰石循环捕集CO_(2)性能恢复。虽然自活化过程会加剧失活石灰石颗粒磨损速率,但吸水率100%的自活化石灰石磨损导致直径每小时减小量仅为颗粒直径的0.55%。综上所述,自活化后的失活石灰石完全可替代新鲜石灰石,作为补充钙基吸收剂用于钙循环捕集CO_(2)。

有机胺对CO_2吸收解吸的研究

利用常压搅拌吸收-解吸装置,在不同温度和浓度条件下,对MEA(乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)、MDEA(N-甲基二乙醇胺)、TETA(三乙烯四胺)、DETA(二乙烯三胺)5种有机胺吸收解吸CO2进行研究.探讨了反应温度、吸收液浓度、有机胺种类对CO2吸收和解吸过程的影响规律,并利用正交试验法筛选出性能较好的混合胺复配剂.结果表明,当TETA/DEA=5:1,吸收温度为318K,解吸温度为388K时,混合胺具有较优的吸收解吸综合性能.

钙基CO_2吸收剂的循环特性

对钙基CO2吸收剂的循环特性进行了实验研究,考察了煅烧温度和碳酸化(吸收)温度对吸收剂最大转化率的影响,比较了常压煅烧-碳酸化(CC)过程和煅烧-水合-碳酸化(CHC)过程中吸收剂的最大吸收能力,并就添加剂对吸收剂循环性能的影响进行了实验研究.结果表明,随着循环次数的增加,吸收剂的吸收能力明显下降,未经处理的吸收剂,循环10次后,其吸收能力基本都下降到20%左右;温和的煅烧温度和较高的吸收温度下,吸收剂的最大转化率比较高;CC过程中吸收剂的最大转化率明显低于CHC过程;添加了氯化钠和碳酸钠的吸收剂的吸收能力急剧下降,但循环性能稳定;多次循环后对吸收剂进行再活化,可使其活性恢复到初始的95%.

MDEA基相变吸收剂筛选及其CO_(2)捕集性能

为了达到快速筛选相变吸收剂的目的,基于汉森溶解度参数理论,以N-甲基二乙醇胺(MDEA)为主吸收剂,有机溶剂为分相促进剂,水为溶剂,快速筛选出一种新型相变吸收剂——MDEA/聚乙二醇二甲醚(NHD)/H2O。热重分析(TGA)测试了相变吸收剂的热稳定性,CO_(2)吸收、解吸试验探究了相变吸收剂的CO_(2)吸收性能、解吸性能及循环再生能力。1 HNMR测试了相变前后物质的分布情况。结果表明,MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂相比质量分数30%乙醇胺(MEA)吸收剂及文献已报道的MDEA/正丁醇/H_(2)O相变吸收剂具有最高的热稳定性。NHD作为分相促进剂的同时可促进CO_(2)在相变吸收剂中的溶解,MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂发生液-液分相需要NHD和H_(2)O同时存在。25℃时,质量比为3∶5∶2的MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂具有最高CO_(2)吸收容量为1.0695 mol/L。所开发的相变吸收剂可将送至解吸单元的解吸液体积降至42%。在解吸温度90℃时,CO_(2)解吸效率达98.96%。在25℃下吸收,90℃下热解吸,经10次吸收、解吸循环再生试验,质量比为3∶5∶2的MDEA/NHD/H_(2)O相变吸收剂的CO_(2)总循环容量为9.2604 mol/L,相比于质量分数30%MEA吸收剂、30%MDEA吸收剂及MDEA/正丁醇/H_(2)O相变吸收剂具有最高的CO_(2)循环能力。^(1)HNMR测试结果表明该相变吸收剂的上液相主要成分为NHD,为贫液相。下液相主要成分为MDEA和MDEAH^(+),为富液相。

CO_2吸收富液膜法解吸的研究

为大幅降低溶剂再生过程中的解吸能耗,提出了膜解吸再生新工艺。考察了交联剂类型及其质量分数、温度、流速等工艺条件对解吸效果的影响。结果表明,当解吸温度为35℃,CO2吸收富液流速为1 709 mL/min时,以N-β(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷(质量分数50%)为交联剂的甲基聚硅烷-聚丙烯腈复合膜,实现了CO2从解吸富液中的有效分离,CO2富集因子达24.4,渗透通量为969.6 g.m-2.h-1。

醇胺溶液吸收与解吸CO_2的研究

在温度333K、常压条件下,在羟乙基乙二胺(AEE)总量一定的溶液中,研究了不同浓度AEE对CO2的吸收性能;在总胺质量分数为40%的溶液中,研究了不同配比的AEE+N-甲基二乙醇胺(MDEA)对CO2的吸收性能。考察了吸收过程中吸收速率、吸收量、吸收时间、AEE浓度以及吸收液温度的相互关系。控制解吸过程温度为393K,考察了CO2解吸量与解吸时间的关系。实验表明,适当降低AEE浓度有利于充分发挥AEE溶液的CO2吸收性能;在MDEA溶液中加入适量AEE,可以明显提高CO2的吸收与解吸性能;其中质量分数为20%AEE+20%MDEA的复合溶液在CO2吸收与解吸过程中表现出良好的实际操作性。

醇胺有机溶液吸收和解吸CO_2的研究

采用Danckwerts搅拌反应器对二乙醇胺(DEA)有机溶液吸收CO2进行了实验研究。实验发现,吸收过程中溶液发生分相的现象,二乙醇胺生成胺盐后从溶液中析出。实验考察了不同温度下的吸收速率以及不同溶液组成下的吸收速率和吸收容量,并对析出的重相进行解吸,其解吸速率随温度的升高而迅速加快。目前醇胺有机溶液吸收CO2的研究未见报道。

钙基CO_2吸收剂循环活性衰减原因初探

对钙基CO2吸收剂的循环活性衰减进行了实验研究,考察了随着循环次数的增加,吸收剂的表面形态、吸收剂分子孔径及比表面积等微观结构的变化,分析了钙基CO2吸收剂循环活性衰减的原因。结果表明,随着循环次数的增加,吸收剂晶粒中的片状结构已经完全消失,取而代之的是正方体状的大晶粒,晶粒生长严重,大量空隙被封闭。而由此引起的吸收剂的比表面积的不断减小和孔容积的降低以及孔分布的改变,导致了吸收剂循环活性的衰减,吸收剂的循环转化率降低。

钙基CO_2吸收剂循环反应特性的试验与模拟

合成了3种不同质量配比的钙基CO2吸收剂CaO/Ca12Al14O33,并对CaO/Ca12Al14O33、石灰石、白云石的循环煅烧/碳酸化特性进行试验研究,以考察吸收剂的转化率随循环反应次数的变化规律。试验结果表明,3种吸收剂反应活性均随循环反应次数的增加而降低;在850℃煅烧温度下,CaO/Ca12Al14O33(75%/25%)吸收剂在第10次循环后其循环转化率保持在51.7%左右;在900℃煅烧温度下,吸收剂活性下降较快,CaO/Ca12Al14O33的反应活性高于石灰石和白云石,且当CaO和Ca12Al14O33的质量比为75%/25%时最优。建立了吸收剂的循环转化率模型以及循环碳酸化过程动力学模型,为反应器的设计提供理论依据。

pH值调节剂对CO_2吸收富液解吸能耗的影响

在0.2mol/LMEA、DEA和MDEA吸收CO2饱和溶液的解吸过程中加入一定量的己二酸和辛二酸,对解吸能耗和CO2析出速率的影响进行了实验。发现加酸后在其它解吸实验条件不变情况下,CO2析出速率加快,且加酸剂量在0～0.6g范围内,CO2解吸速率与加酸量成正比。对加酸前后的CO2解吸能耗进行了计算和比较,发现在解吸过程加酸后解吸CO2的能耗率明显减少,且能耗减少量随加酸量的增加而增大。研究结果表明,采用pH值调节法可降低CO2解吸过程的能耗,加快解吸速率。

己二酸对MEA吸收-解吸CO_2过程的影响

实验研究了己二酸对MEA水溶液吸收-解吸CO2的影响。在0.4mol·L-1MEA的CO2吸收富液解吸过程加入一定量的己二酸并分析了其对CO2解吸能耗和解吸速率的影响,发现解吸速率明显升高,析出单位体积CO2的能耗显著降低;对解吸还原后的贫液进行了CO2二次吸收的实验,发现因加酸引起的CO2二次吸收量变化小于7%;为去除不确定因素对CO2二次吸收力下降的影响,直接在MEA吸收CO2过程加入相应剂量的己二酸,发现会导致MEA溶液吸收CO2能力明显下降。增加MEA浓度至7mol·L-1和12mol·L-1,发现随浓度的增加,己二酸对MEA溶液吸收CO2能力影响减弱,而CO2解吸能耗下降仍然明显,解吸速率也有显著提高。研究表明加己二酸于CO2解吸过程有降低CO2捕集成本的潜力。

钙基CO_2吸收剂的种类和粒径对循环煅烧/碳酸化的影响

在流化床反应器内研究了吸收剂种类(石灰石、白云石)和颗粒粒径(90～200μm和200～450μm)对钙基吸收剂碳酸化特性、煅烧特性以及循环稳定性的影响,并对新型CaO/Ca_(12)Al_(14)O_(33)吸收剂的循环稳定性进行研究.结果表明,钙基吸收剂在流化床内均能有效吸收CO_2.在碳酸化阶段,吸收剂种类对吸收剂的吸收特性影响较大,而颗粒粒径对其影响较小;在煅烧阶段,CaCO_3分解速率随颗粒粒径的减小而增大.随着循环反应次数的增加,钙基吸收剂反应活性下降,相对于白云石和石灰石,CaO/Ca_(12)Al_(14)O_(33)具有更高的循环稳定性,并在七次循环后活性不再发生变化.对于石灰石吸收剂,循环稳定性随循环次数的变化受粒径影响较小.白云石吸收剂由于在循环中容易破碎,因此粒径对其循环稳定性有一定的影响.

不同钙基CO_2吸收剂的循环特性研究

对石灰石和白云石这两种不同钙基CO2吸收剂的循环特性进行了实验研究,考察了晶格结构不同的钙基CO2吸收剂,随着循环次数的增加,吸收剂的表面形态、分子孔径及比表面积等微观结构的变化,分析了影响吸收剂不同衰减趋势的主要原因。结果表明,白云石基B-CaO吸收剂循环吸收容量稳定性明显高于石灰石基C-CaO吸收剂;白云石中含有的MgO起到原子骨架的作用,减少吸收过程中由于生成碳酸钙产品层引起的孔堵塞,从而有效的保持了吸收剂的活性。

CaO基矿物质循环吸收CO_2的碳酸化研究

CaO基矿物质循环煅烧/碳酸化反应(CCR)分离CO2是一种减排CO2的有效方式.提出了把该方法由第1代增压流化床燃烧联合循环系统推广应用到第2代增压流化床燃烧联合循环系统中的思路.针对CaO基矿物质在循环CCR中碳酸化转化率的衰减,采用了乙酸调质CaO基矿物质的新方法,并提出用含乙酸的工业废水调质CaO基矿物质并回收丙酮的具有工业应用前景的工艺路线.对经乙酸调质的CaO基矿物质在不同反应条件下的循环碳酸化特性进行了研究,得到了碳酸化温度、煅烧温度和颗粒粒径等参数对调质产物循环碳酸化的影响规律.结果表明,CaO基矿物质经乙酸调质后具有更高的循环捕捉CO2能力和抗烧结性,作为一种新型、高效CO2吸收剂具有良好的应用前景.

新型低品位热驱动CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷循环性能

针对传统低品位驱动的吸收制冷系统不能连续工作且制冷效率低的缺陷,本文依据热力学第二定律和能量梯级利用原理,提出了一种新型双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统。在阐述双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统工作原理的基础上,建立了制冷系统各部件的数学模型,计算并分析系统高低温发生制冷剂配比、高压箱体压力以及冷却水入口温度等操作参数,对新系统热力学性能的影响规律。模拟结果表明:双低品位热驱动新型吸收制冷系统不仅可以连续工作,而且具有较高的制冷效率。与传统CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统相比,新系统的制冷因数提高了48.5%。

膜吸收-再生循环技术捕集CO_2操作性能及其参数优化研究

采用N-甲基二乙醇胺(MDEA)+哌嗪(PZ)复合溶液作为捕集CO2吸收剂,研究了膜吸收-再生循环装置的操作性能,考察了气液流量、吸收剂浓度和再生电压等因素对捕集率和传质通量的影响,采用正交实验方法,优化操作条件,确定最佳操作方案。结果表明,气体流量对捕集率的影响明显大于液体流量的影响;气体流量增大对传质通量影响不明显;吸收剂浓度的增大使传质通量迅速增大,但大于一定值时通量不再增大;正交实验得出最佳操作条件为液体流量110 mL/min、气体流量0.65 L/min、吸收剂总浓度2.5 mol/L和再生电压210 V,捕集率大于95%,传质通量维持在5.86×10-4mol/(m2.s)。

吸收式制冷压缩CO_(2)储能系统性能分析

提出了一种结合了吸收式制冷循环的压缩CO_(2)储能系统,该系统采用分流的方式,将一部分CO_(2)引流至二级压缩机,将压缩产生的热量提供给吸收式制冷循环,使其启动工作并提供冷量给主路CO_(2),同时使用高压罐储存液态CO_(2),从而提高系统的储能效率。此外,对该系统进行了热力学分析和多目标优化。结果表明:在设计工况下,吸收器、一级压缩机、透平和级后换热器的[火用]损较大;本系统的储能效率随着冷凝压力、压缩机等熵效率和透平等熵效率的增加而提高,而储能压力的增大会使系统的储能效率降低;系统的最佳储能效率为68.70%,能量密度为0.153 kW·h/m^(3)。