Modeling the rate of corrosion of carbon steel using activated diethanolamine solutions for CO_2 absorption

A mechanistic model is developed to investigate the influence of an activator on the corrosion rate of carbon steel in the absorption processes of carbon dioxide(CO_2). Piperazine(PZ) is used as the activator in diethanolamine(DEA) aqueous solutions. The developed model for corrosion takes into consideration the effect of fluid flow,transfer of charge and diffusion of oxidizing agents and operating parameters like temperature, activator concentration, CO_2 loading and pH. The study consists of two major models: Vapor–liquid Equilibrium(VLE) model and electrochemical corrosion model. The electrolyte-NRTL equilibrium model was used for determination of concentration of chemical species in the bulk solution. The results of speciation were subsequently used for producing polarization curves and predicting the rate of corrosion occurring at the surface of metal. An increase in concentration of activator, increases the rate of corrosion of carbon steel in mixtures of activated DEA.     

Amine-based solvent for CO2 absorption and its impact on carbon steel corrosion: A perspective review

Carbon dioxide (CO₂) is one of the commonly emitted gaseous by-products in industrial processes. While CO₂ gas is the main cause to greenhouse effect, various CO₂ capture technologies have been proposed and implemented to sequester the CO₂ before the waste gases being released into the atmosphere. One of the mature technologies for CO₂ absorption is by using amine-based solvents. In this regard, different single amine solvents or blended amine solvents have been proven for their capability to remove CO₂. However, the dissolution and reaction of CO₂ gas with the amine solvents turn the solution corrosive. Such phenomenon is undesired as it posts corrosion problem to the absorption column, which normally built of carbon steel material. Henceforth, understanding the behaviour of different amine-based solvents in absorbing CO₂ and its subsequent impact on carbon steel corrosion is very significant. In this review article, we will outline some of the more commonly used solvents and their respective advantages and disadvantages, motivating further investigation into the corrosion tendency. Meanwhile, existing gaps in this research area are discussed for future investigation.     

Modeling CO2-facilitated transport across a diethanolamine liquid membrane

We compared experimental and model data for the facilitated transport of CO₂ from a CO₂–air mixture across an aqueous solution of diethanolamine (DEA) via a hollow fiber, contained liquid membrane (HFCLM) permeator. A two-step carbamate formation model was devised to analyze the data instead of the one-step mechanism used by previous investigators. The effects of DEA concentration, liquid membrane thickness and feed CO₂ concentration were also studied. With a 20% (wt) DEA liquid membrane and feed of 15% CO₂ in CO₂–air mixture at atmosphere pressure, the permeance reached 1.51E−8 mol/m² s Pa with a CO₂/N₂ selectivity of 115. Model predictions compared well with the experimental results at CO₂ concentrations of industrial importance. Short-term stability of the HFCLM permeator performance was examined. The system was stable during 5-days of testing.     

二乙醇胺强化胶球藻Coccomyxa subellipsoidea C-169固定CO2和积累油脂

以优良藻株胶球藻Coccomyxa subellipsoidea C-169为受试对象,探究不同二乙醇胺（DEA）浓度对胶球藻固定CO₂及积累油脂的影响。结果表明,适宜浓度DEA可显著提高胶球藻固定CO₂和积累油脂效率。在40mg/L DEA条件下,胶球藻生物量、CO₂固定效率、油脂含量、油脂产率均达到最大值为0.97g/L、225.98mg/(L·d)、64.33%、59.9mg/(L·d),分别较无DEA对照提高了1.64倍、1.64倍、1.15倍和1.27倍。外源DEA作用提高了体系气液传质系数,增强CO₂传质效率,使得胶球藻可用无机碳源比例增加,同时上调固碳路径Rubisco和CA加强胶球藻固定CO₂,上调脂肪酸路径ACCase以及下调ACCase竞争路径PEPC为油脂合成积累提供前体和能量,从而协同强化了胶球藻固定CO₂和积累油脂。本文研究结果为工业化胶球藻CO₂生物减排及可再生能源开发提供依据。     

中空纤维膜接触器中N,N-二甲基乙醇胺吸收CO2的特性

N,N-二甲基乙醇胺（DMEA）是一种很有前途的吸收剂,具有较快的反应速率和较高的CO₂捕集能力。在本研究中,DMEA作为一种新型吸收剂被应用于中空纤维膜接触器,用于从CO₂/CH₄气体混合物中分离CO₂。通过建立二维稳态数学模型,模拟了MEA、DEA、MDEA和DMEA四种吸收剂在不同操作条件下对CO₂吸收性能的影响。结果表明,脱碳性能大小为MEA>DMEA>DEA>MDEA;气相参数对脱碳率的影响比液相参数更显著;提高气体流速和CO₂浓度,脱碳率均会下降;提高液速和吸收剂浓度,脱碳率均增大,适当提高吸收剂流速和吸收剂浓度可以提高CO₂去除效率。此外,CO₂吸收通量将随着气体速度的增加而增加,随着液相中CO₂负荷的增加而减少。最后,通过两种影响因素共同作用确定了膜接触器分离酸性气体的最佳操作条件。因此,膜吸收法在天然气脱碳方面有良好的潜力。     

一步法制备含氨基化合物的非对称CO2分离膜

采用一步相分离法,制备以聚醚砜（PES）为主体材料,二乙醇胺（DEA）为添加剂和氨基载体的膜,用于CO₂分离。考察了PES浓度、DEA浓度、膜厚度对CO₂/N₂分离性能的影响,同时考察了膜性能的长时间稳定性。当涂膜液中DEA/PES的质量比为12/26、刮刀与无纺布的距离为300 μm、进料气压力为0.11 MPa（表压）时,膜的CO₂渗透速率可达274 GPU,CO₂/N₂分离因子可达50。测试温度低于40℃时,DEA/PES膜的CO₂渗透速率和CO₂/N₂分离因子保持稳定。另外,对CO₂/N₂分离性能较好的DEA/PES膜（质量比为12/27）进行CO₂/CH₄分离性能测试,在1 MPa（表压）下性能优于商品膜。上述结果表明,本文研制的DEA/PES膜制备步骤简单,易于规模化制备,性能较优,在CO₂分离领域具有良好的应用前景。     

CORROSIVITY IN 2-AMINO-2-METHYL-l-PROPANOL(AMP)-CO2 SYSTEM

Weight loss tests were performed to investigate the corrosivity of a new absorbent, 2-amino-2-methyl-l-propanol (AMP) saturated with pure CO₂ and Mixture of CO₂ and air on carbon steel under boiling conditions. The corrosion data were compared with those of a conventional amine, monoethanolamine (MEA), tested under the same conditions. The results indicated that corrosion rates in the AMP system were generally lower than those in the M EA system, probably due to differences in characteristics of the corrosion products in each of the absorbents. Corrosivity in the AMP system tended to stabilize when the amine concentration reached 5 kmol/m³ while corrosion rates in the MEA system were directly proportional to amine concentrations. Furthermore, it was observed that a small amount of O₂ seemed to expedite severe corrosion     

EFFECT OF ACETIC ACID ON CO2 CORROSION OF CARBON STEEL IN VAPOR-WATER TWO-PHASE HORIZONTAL FLOW

The effect of acetic acid on the corrosion behavior of X 65 and C 1018 carbon steel in vapor-water two-phase stratified flow (Vsg: 2 m/s; Vsl: 0.1 m/s) at 2 bars total pressure, 1.54 bars CO₂ partial pressure, pH 5.5, and 80°C was studied in a low pressure-high temperature multiphase flow horizontal loop using electrochemical and mass loss techniques. The liquid phase is composed of 1% NaCl aqueous solution containing different concentrations of acetic acid (500 to 5000 ppm total acetic acid), and the gas phase is composed of CO₂-acetic acid-water vapor mixture. The corrosion rates, on both the top and bottom of the line, increase with increase in acetic acid concentration, which was attributed to the contribution of hydrogen ions by the free acetic acid to the cathodic reaction. Partial coverage of the metal surface by FeCO₃ on both the top and bottom of the line is reported to be responsible for the observed localized corrosion. Surface analysis investigated with SEM and XRD is reported.

A vapor-liquid equilibrium model was developed for the system studied.     

CCUS环境下水泥单矿C3S的CO2腐蚀动力学研究

在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO₂地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C₃S)置于不同温度(30 ℃、60 ℃、90 ℃),并密封在8.0 MPa的气相或液相的CO₂碳化环境下,采用XRD和TGA相结合的分析方法,分析水泥单矿C₃S受CO₂腐蚀环境的影响规律。根据非稳态Fick扩散的渗透理论模型,建立腐蚀产物定量分析结果与腐蚀龄期的数学模型,拟合得到C₃S受CO₂腐蚀后的产物生成系数,以此评价不同CO₂腐蚀因素对C₃S的影响程度。结果表明:在CO₂气相环境中,温度升高将显著加剧对C₃S的腐蚀且产生溶蚀现象;而在CO₂液相环境下,高温(90 ℃)使C₃S水化反应加剧并形成阻滞层,降低CO₂对C₃S的腐蚀速率。     

TEPA负载复合氧化活性炭吸附烟气中的CO2性能

以商业煤基活性炭为原料,经低浓度氧气焙烧、H₂O₂氧化改性,并以四乙烯五胺（TEPA）浸渍,得到胺负载复合氧化活性炭,用于模拟烟道气[(15%(体积)CO₂+85%(体积)N₂）+10%(体积)H₂O]中CO₂吸附。低浓度氧气焙烧后,活性炭的最大比表面积和孔体积分别为1421.82 m²/g、0.83 cm³/g。经复合氧化改性后,活性炭的介孔体积增大,表面含氧官能团增加,使得TEPA负载复合氧化活性炭的CO₂吸附性能提高。焙烧时间为4 h,H₂O₂氧化、负载40%TEPA的样品COAC-4-40TEPA,在60℃时CO₂饱和吸附量最高为2.45 mmol/g,是TEPA负载未改性活性炭AC-40TEPA的2.02倍。经过十次吸附循环后,COAC-4-40TEPA的 CO₂饱和吸附量可维持在92.24%,而TEPA的浸出量仅有0.67%。失活模型研究表明,COAC-4-40TEPA的初始吸附速率常数是AC-40TEPA的1.64倍,且失活速率常数低于AC-40TEPA。     

中空纤维膜接触器脱碳和传质性能的数值研究

中空纤维膜吸收烟气中CO₂是一种清洁、高效、最具潜力的脱碳技术方法之一。本文建立了一个二维的中空纤维膜接触器平行逆流吸收混合气中CO₂的非润湿模型。考虑轴向和径向扩散,模拟了EEA、EDA和PZ 3种吸收剂在不同操作条件下对CO₂的脱除效果和传质性能。结果表明：脱碳性能从大到小为PZ>EDA>EEA;气相参数对脱碳和传质的影响比液相参数更显著;提高气体流速、CO₂浓度和气温,脱碳率均会下降;提高液速、吸收剂浓度和液温,脱碳率均增大,而传质速率只有在提高气温时会下降,其他参数的升高均会使其增大;应采用适当的液相参数,防止操作参数过高带来的不利影响。     

填料吸收塔内乙醇胺溶液吸收CO2增强因子

醇胺溶液吸收CO₂是沼气提纯领域重要的研究课题。在实验填料吸收塔中,以NaOH水溶液吸收低浓度CO₂的实验结果估算了填料的有效相界面积,建立了乙醇胺（MEA）溶液吸收高浓度CO₂增强因子的数学模型,并从数学模型和实验的角度研究了MEA浓度、进气流率、CO₂浓度等工艺参数对MEA吸收CO₂增强因子的影响。结果表明,增强因子数学模型计算值与实验值能够良好吻合,MEA吸收CO₂化学反应增强因子随进气CO₂浓度增加而降低,随MEA浓度增加而增加,随进气流率增加而减小。     

基于热流逸效应的燃煤电厂烟气二氧化碳分离系统

分离捕集CO₂是实现“双碳”目标的重要途径之一。常规的CO₂分离方法普遍能耗较高,若能以余(废)热为动力来分离CO₂则可综合利用能源、降低能耗。本文针对高碳排放但却拥有丰富余(废)热资源的燃煤电厂,提出了一种基于热流逸效应的烟气CO₂分离系统,并建立了相应的分离过程数学模型和系统性能评价指标。分析表明,CO₂的浓度和回收率均随热流逸式气体分离器串联级数的增加而升高,但浓度和回收率达到某一阈值后效果不再明显;典型的1000MW燃煤电厂烟气经该系统中串联的24级分离器处理后,CO₂的物质的量分数最高可达98.89%,回收率达72.53%。此外,该系统可梯级利用烟气的余热,?效率为64.8%,单位能耗为0.047GJ/tCO₂,与传统CO₂分离方法相比具有一定节能潜力。利用热流逸效应分离CO₂符合当下净零碳排放的政策导向,为CO₂的分离捕集提供了新思路。     

膜吸收CO2工艺中不同吸收液对膜润湿的影响

以单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为吸收液,利用聚丙烯（PP）中空纤维膜组件进行分离模拟烟气中CO₂的实验研究,考察不同吸收液的脱除效率以及长时间连续运行下的膜润湿现象。建立膜相传质阻力随时间变化模型,与实验数据拟合较好。同时将膜丝在不同吸收剂中浸泡,结合接触角、场发射扫描电镜（FE-SEM）、衰减全反射红外光谱（ATR-IR）以及热重（TG）表征分析膜性能的改变。结果表明,相同浓度下,单一吸收剂的CO₂脱除效率大小为MEA > DEA > MDEA;当吸收液为1mol/L MEA时,16天后CO₂脱除效率从93.3%下降到72.1%;而吸收液为1mol/L DEA时,脱除效率从88.3%到第16天的78%,下降约12%;理论计算得吸收液为1mol/L MEA和1mol/L DEA时,膜相传质阻力分别为10564.06s/m和4881.08s/m;浸渍时间增加,膜接触角减小,疏水性减弱,同时膜孔径变大,出现润湿现象;红外光谱和热重分析表明在MEA溶液作用下膜丝出现溶胀。     

改性活性碳纤维对CO2的吸附性能

为了进一步提高活性碳纤维的CO₂吸附量和抗水性能,采用浸渍法将活性碳纤维进行改性处理,得到一系列改性样品,并对其进行了SEM和FTIR表征。研究了活性碳纤维种类、浸渍试剂（NaOH溶液、ZnCl₂溶液及离子液体）等对吸附剂孔结构、CO₂吸附量、循环使用性和抗水性能的影响,并探讨了CO₂在改性活性碳纤维内的动力学吸附扩散行为。研究结果表明：改性活性碳纤维的CO₂吸附性能和抗水性能均显著改善,其中CO₂最高吸附量达24.4%（0.1MPa和25℃）,吸湿率减小到1.33%,且具有良好的吸附/脱附循环使用性。均相扩散模型（HSDM）描述了实时吸附数据,此模型能够较好地反映CO₂在样品内的扩散行为,改性活性碳纤维仍能保持良好的扩散速率,扩散系数D_s值数量级为10^-5m²/s,与空白活性碳纤维相当。     

沼气提纯过程中醇胺溶液吸收CO2传质性能

醇胺溶液吸收CO₂是沼气提纯领域重要的研究课题。在实验填料吸收塔中,以乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)为吸收剂,研究了吸收剂浓度、进气流量、CO₂浓度、进液温度对吸收过程转化率η、吸收速率N以及气相总体积传质系数K_Ga_e的影响。结果表明,吸收剂浓度增加可有效提高η、N及K_Ga_e;进气流率增加,η逐渐降低,N先增加后降低,K_Ga_e先增加后降低最终趋于稳定;随着CO₂浓度增加,η和K_Ga_e不断降低,N逐渐增加;随着进液温度升高,η和K_Ga_e均先升高后降低;MEA、DEA的最佳进液温度在40～60℃之间,并随CO₂负载量增大而逐渐降低。研究结果对于醇胺溶液吸收法沼气提纯技术的研究开发和实际应用有参考作用。     

碳分子筛变压吸附提纯沼气的性能

选择碳分子筛,以CH₄和CO₂为原料气,对变压吸附法提纯沼气中生物甲烷的分离性能进行了研究。采用高精度智能重量分析仪IGA-100测定了25℃下CH₄、CO₂和N₂纯组分气体在碳分子筛上的吸附平衡等温线,计算了3种气体在碳分子筛内的扩散速率CO₂>N₂>CH₄。使用单塔变压吸附装置测量了动态吸附穿透曲线,考察了吸附压力、气体流量和少量氮气等因素对吸附分离的影响,并对吸附机理做了初步探讨。实验结果表明,在吸附压力为0.4MPa、气体流量为200mL/min时,在碳分子筛上CO₂穿透吸附量为35.9mL/g,CH₄穿透吸附量为5.4mL/g,CO₂/CH₄分离系数高达12.6,可直接从吸附塔顶富集纯净的CH₄,而且碳分子筛可以通过抽真空完全再生,是一种理想的吸附材料;在有少量氮气存在的实验条件下,由于碳分子筛对CH₄和N₂具有动力学分离效应,仍能在塔顶富集高浓度的CH₄。     

N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液CO2吸收解吸性能的实验研究

胺法捕集回收二氧化碳工艺存在的最大缺陷是高吸收速率与低再生能耗不能共存,高效溶剂的开发是解决这一问题的有效途径之一。为筛选出吸收解吸综合性能良好的吸收剂,本文利用溶剂快速筛选实验装置对几种不同醇胺吸收剂进行了实验研究,主要从溶液吸收负载、吸收速率、解吸负载、解吸速率、循环容量及相对再生能耗等方面进行了分析比较,实验结果显示N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液表现出较好的CO₂捕获性能。此外,通过溶解度装置、填料吸收塔及再生塔分别对DEEA溶液的平衡溶解度、传质系数及再生能耗进行了实验研究与验证。实验结果表明:增加溶液浓度会降低其CO₂平衡溶解度;增加CO₂分压能增加其CO₂平衡溶解度;增大进料温度能增加溶液在填料塔中的传质系数;提高富液负载及贫液负载会降低溶液的再生能耗。因此,基于其较好的吸收解吸性能,DEEA是一种可以工业化应用的潜在吸收剂。     

高碳与光调控对微藻捕集CO2的影响机制

微藻捕集烟气CO₂是一种环境友好的、可持续发展的碳减排技术。微藻通过光合作用固定CO₂,光是驱动光合作用的原初能量,CO₂是支撑光合作用的物质基础,通过调控光源和碳源可以最直接有效地促进CO₂的捕集。然而,由于微藻对光谱吸收具有选择性、不同生命阶段对光谱吸收具有差异性,盲目的归一化调控策略将收效甚微。本文简述了几种可以提高微藻固碳效率的光调控策略,从宏观上分析了光质对微藻捕集CO₂效率的影响,从微观上分析了碳代谢途径对光质调控的响应机制,并提出在深入剖析微藻生命周期光需求的条件下,结合实际情况和目标产物实施个性化、定制化的光调控策略。提高微藻在高碳环境下的固碳效率是微藻捕集CO₂技术的首要问题,本文分析了高浓度CO₂诱导下细胞内环境的维稳机制,从CO₂传输过程和光合作用质能转化途径上深入探讨了高浓度CO₂对微藻固碳的影响机制,为从代谢和分子水平刺激碳捕集过程,提高固碳效率提供了理论依据和重要参考。     

CO2腐蚀及其缓蚀剂应用研究进展

总结了CO₂腐蚀机理,分析了温度、CO₂分压力、pH、介质成分等因素对CO₂腐蚀的影响。介绍了目前应用较为广泛的咪唑啉衍生物、表面活性剂、季铵盐、有机胺等几类抑制CO₂腐蚀的缓蚀剂。详细阐述了几类常见缓蚀剂在CO₂腐蚀方面的应用及其作用机理。其中大部分缓蚀剂是通过物理吸附与化学吸附共同作用于活性位点进而达到缓蚀作用,指出了部分缓蚀剂的应用局限性。通常两种或多种缓蚀剂复配后效果或好于单一缓蚀剂,但单一组分发挥的作用难以测量。咪唑啉类缓蚀剂常作为CO₂腐蚀环境中复配缓蚀剂组分之一,文中对其与其他缓蚀剂的协同增效作用进行了分析归纳。最后对CO₂腐蚀以及抗CO₂腐蚀缓蚀剂未来的研究方向提出展望。