[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液的CO2汽液平衡和解吸能耗分析

搭建汽液平衡实验台,对液液分相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/乙醇胺（MEA）混合水溶液与CO₂的汽液平衡进行了实验测量与分析,并对该吸收剂解吸能耗进行计算。结果表明,随着温度的升高,相同担载量溶液对应的CO₂分压升高,[Bmim][BF₄]质量分数的改变对汽液平衡的影响不明显。与传统有机胺溶液30%（质量）MEA相比,该吸收剂在能耗方面主要优势在于解吸过程中显热和潜热的减小。其反应热在担载量大于0.45之后明显减小,潜热的减小主要由于解吸塔内H₂O气相分压和摩尔分数的减小,当[Bmim][BF₄]质量分数大于30%时,显热可以减少30%以上,减少的原因主要为比热容的降低和富液胺浓度的提升。     

[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液吸收CO_2的吸收性能与液液分相机理

对液液两相CO_2吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF_4])/乙醇胺(MEA)混合水溶液吸收性能进行了实验测定,研究了离子液体[Bmim][BF_4]的引入对吸收性能和液液分相的影响,并通过定量碳谱核磁共振法对分相机理和各相中的物质分布进行分析。研究结果表明,一定配比的[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液吸收CO_2之后会出现互不相溶的液液两相,这种现象伴随着CO_2产物的富集;导致液液分相的原因是氨基甲酸盐浓度的增大;随着[Bmim][BF_4]质量分数的增大,溶液吸收速率呈现出先增大后减小的趋势;分层后H_2O主要分布在富液相,[Bmim][BF_4]主要分布在贫液相,H_2O的质量分数直接影响分层后富液相的传质性能。     

有机胺溶液吸收燃煤烟气中CO_2的实验研究

有机胺法是最有效的燃煤烟气CO_2捕集技术之一,本文对MEA、DETA、PZ、PG这4种有机胺溶液吸收与解吸CO_2的性能进行研究,并以MEA为主体吸收剂,添加PZ、PG及DETA这3种活化剂,分别研究其活化效果。结果表明,各种吸收剂对CO_2的吸收速率随反应时间增加而降低,富液再生率随解吸温度提高而增大;单一吸收剂对CO_2的吸收能力DETAPZMEAPG,解吸能力PGPZMEA(或DETA);为达到吸收与解吸的平衡,需将它们复配使用。以MEA为主体吸收剂,添加PZ活化效果最好,MEA-PZ摩尔比为0.7∶0.3时,能较好地满足生产要求。     

MEA-AEP溶液捕集CO_2试验研究

针对传统碳捕集吸收剂解吸能耗高的问题,建立了双胺溶液碳捕集系统。采用MEA-AEP双胺溶液进行捕集CO_2研究,研究了吸收温度、CO_2浓度、吸收液浓度对捕集率的影响,并对比了MEA-AEP溶液与MEA溶液的捕集效果以及工业应用潜力。结果表明,双胺溶液的最佳吸收温度为50℃,最佳吸收液浓度为3 mol/L,烟气中CO_2浓度应<15%;在碳捕集效果上,MEA-AEP溶液明显优于MEA溶液。     

MEA-AEP溶液捕集CO_2试验研究

针对传统碳捕集吸收剂解吸能耗高的问题,建立了双胺溶液碳捕集系统。采用MEA-AEP双胺溶液进行捕集CO_2研究,研究了吸收温度、CO_2浓度、吸收液浓度对捕集率的影响,并对比了MEA-AEP溶液与MEA溶液的捕集效果以及工业应用潜力。结果表明,双胺溶液的最佳吸收温度为50℃,最佳吸收液浓度为3 mol/L,烟气中CO_2浓度应15%;在碳捕集效果上,MEA-AEP溶液明显优于MEA溶液。     

胺法脱碳系统再生能耗

胺法脱碳系统最大的缺陷是再生能耗高,流程参数优化是降低再生能耗的有效途径。为了解再生操作参数对再生能耗的影响,通过再生塔实验台对醇胺吸收剂在不同再生工艺参数下的再生特性进行实验研究。实验内容包括富液CO₂担载量、富液进料温度、再沸器温度、再生压强及胺的种类因素对再生能耗及再生速率的影响,并分析了显热、潜热的变化规律。应用Aspen Plus 基于速率模型对再生过程进行了模拟研究。研究结果表明:提高富液CO₂担载量和富液进料温度能有效降低再生能耗。增大再沸器温度及再生压强反而增大再生能耗。一乙醇胺(MEA)再生能耗较高,混入甲基二乙醇胺(MDEA)能够显著降低能耗。提高富液CO₂担载量和再沸器的温度可以加快CO₂再生速率。     

[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液吸收CO2的吸收性能与液液分相机理

对液液两相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收性能进行了实验测定,研究了离子液体[Bmim][BF₄]的引入对吸收性能和液液分相的影响,并通过定量碳谱核磁共振法对分相机理和各相中的物质分布进行分析。研究结果表明,一定配比的[Bmim][BF₄]/MEA混合水溶液吸收CO₂之后会出现互不相溶的液液两相,这种现象伴随着CO₂产物的富集;导致液液分相的原因是氨基甲酸盐浓度的增大;随着[Bmim][BF₄]质量分数的增大,溶液吸收速率呈现出先增大后减小的趋势;分层后H₂O主要分布在富液相,[Bmim][BF₄]主要分布在贫液相,H₂O的质量分数直接影响分层后富液相的传质性能。     

多种有机胺吸收剂循环利用实验研究

在化学吸收法捕集CO_2的工艺中,吸收剂都是循环使用的。过去的吸收剂性能测定实验通常是测定吸收剂单次使用的性能,而对于吸收剂多次循环之后的性能变化很少提及。以单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、羟乙基乙二胺(AEE)溶液为研究对象,对有机胺溶液多次使用后的吸收与解吸性能进行实验分析测定。实验结果表明:随着循环次数的增加,AEE溶液吸收速度下降明显,而MEA、DEA、TEA溶液经过多次循环后的吸收速率与解吸速率变化不大;随着循环次数的增加,各种有机胺吸收剂的解吸能耗变化大小依次为MEADEATEAAEE;AEE溶液在多次循环反应过程中的解吸能耗变化最小。     

离子液体[Bmim][NTf_2]对CO_2在碳酸二乙酯中溶解性能的强化

采用恒定容积法在温度范围308.15~328.15 K、压力范围0~3 MPa条件下测定了CO_2在碳酸二乙酯(DEC)、离子液体[Bmim][NTf_2]以及二者不同质量分数配比混合溶剂中的溶解度,并用COSMO-RS模型研究了离子液体的加入对DEC蒸气分压的影响。实验表明,在相同实验条件下CO_2在[Bmim][NTf_2]中的溶解度大于在DEC中的溶解度。[Bmim][NTf_2]的加入可强化CO_2在DEC中的溶解性能,在相同温度下CO_2在混合溶剂中的溶解度随[Bmim][NTf_2]质量分数增加而增大,在相同浓度的混合溶剂中CO_2的溶解度随温度升高而降低。COSMO-RS模型计算表明,DEC的蒸气分压下降的分数随混合溶剂中离子液体质量分数增加而增大,而对于相同质量分数配比的混合溶剂温度对DEC的蒸气分压影响较小。     

醇胺法碳捕集再生能耗影响因素研究

燃煤电厂为城市中CO_2的主要排放源,烟气碳捕集是实现低碳城市的最佳方案。目前,碳捕集一般采用单乙醇胺(MEA)化学吸收法。基于国内外研究现状,分析了MEA碳捕集系统能耗特性,建立了再生能耗计算模型,研究了碳捕集率、吸收剂浓度、吸收剂中CO_2负荷对再生能耗的影响。结果显示,本文再生能耗计算模型得出的碳捕集系统单位再生能耗为3.96GJ/t;再生能耗随着捕集率的升高而增大,随着MEA质量分数的增加而降低,随着吸收剂中CO_2负荷的增加而减小。     

13C NMR定量分析一乙醇胺（MEA）与CO2的吸收和解吸特性

13C NMR是一种有效的测定有机胺与CO2反应过程中离子浓度变化的检测手段。本文采用13C NMR分析了一乙醇胺(MEA)吸收与解吸CO2过程,吸收与解吸实验温度分别在313K和393K下进行。结果表明,吸收CO2过程中生成了MEA氨基甲酸盐、质子胺MEAH+与HCO3-/CO32-,并且CO2与MEA反应时先生成MEA氨基甲酸盐,当溶液吸收的CO2担载量达到0.455molCO2/mol胺时,才产生HCO3-/CO32-离子。在MEA吸收CO2过程中,MEA氨基甲酸盐的摩尔分数先增加后减少。在解吸过程中,MEA氨基甲酸盐的摩尔分数同样先增加后减少。HCO3-/CO32-在解吸过程中很容易就能被解吸,而生成的MEA氨基甲酸盐中大约有75%在解吸过程中并没有被解吸。     

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。     

1000t/a燃煤烟气CO_2捕集装置再生能耗优化试验

中国华能集团清洁能源技术研究院在华能长春热电厂开发了捕集能力为1 000 t/a的烟气CO_2捕集装置,主要用于测试各种不同CO_2吸收剂的性能以及研究系统运行参数(液气比、烟气CO_2体积分数、再生压力等)对再生能耗的影响。通过对质量分数为20%的乙醇胺MEA溶剂开展1 000 h的连续试验,文中系统研究了系统液气比、烟气CO_2体积分数以及再生压力对再生能耗的影响。数据表明,在此试验测试范围内,再生能耗随着烟气CO_2体积分数的升高而降低,随再生压力的升高而降低;试验表明,对于质量分数为20%的MEA溶剂系统,最佳液气比为3.8—4.3,CO_2最佳再生能耗约为3.6 GJ/t。     

CO_2在混合胺MEA+DETA溶液中的溶解度

在温度298—338 K,压力300—700 kPa,吸收剂浓度1—3 mol/L的实验条件范围内,讨论了CO2-吸收剂体系气液二相基本达到平衡时,CO2吸收量与体系温度,压力及吸收剂浓度的关系。根据亨利定律,引入温度及压力相关因子,建立了CO2在单胺溶液中的溶解度模型。模型对CO2在MEA、DETA单胺溶液中的溶解度预测效果较好,与实验值比较,误差在1%以下。引入增强因子β=1.06,并以单胺在混合胺溶液中的摩尔分数为系数,将CO2在单胺溶液中的溶解度叠加获得CO2在MEA+DETA混合溶液中的溶解度模型。模型对MEA+DETA混合胺的预测误差在1%—10%。     

填料塔中混合胺吸收二氧化碳的研究

在填料塔中考察了常压下混合胺吸收剂[20%乙醇胺(MEA)+2% N-甲基二乙醇胺(MDEA),20%羟乙基乙二胺(AEE)+2% MDEA]对CO_2的吸收与解吸效果.同时测得了AEE+MDEA混合胺体系吸收剂脱除空气中体积分数约10%的CO_2的体积总传质系数K_Ga_v的近似值,并考察了进口气体中CO_2摩尔流量、气体流量、液体流量等因素对K_Ga_v的影响.实验结果表明,AEE+MDEA吸收效果明显好于MEA+MDEA,并且二者解吸效果相同;K_Ga_v随CO_2摩尔流量、气体流量、液体流量增大而增大.     

金属离子促进乙醇胺捕集二氧化碳研究

为了解决醇胺法燃烧后捕集二氧化碳再生能耗过高的问题,研究了一种向胺溶液中添加金属离子以降低其CO₂解吸能耗的方法,称之为金属离子络合物热缓冲自热利用技术。以广泛商业化应用的单乙醇胺（MEA）溶液为研究载体,并在MEA溶液中分别添加金属离子铜或镍, 通过建立含有金属离子的MEA捕集CO₂体系的化学反应模型,解释金属离子热缓冲剂效应的内在机理。机理显示在MEA-金属离子-CO₂-H₂O体系中,金属-MEA络合物作为一种有效的反应热缓冲剂,将有机胺吸收CO₂过程中释放的反应热（放热反应）存储于金属络合物的解离键能中（吸热反应）,在CO₂高温解吸中通过其络合放热反应将储存的能量释放出来用于CO₂解吸,形成自热再生低能耗CO₂捕集技术,从而降低了MEA再生的能耗。本文进行了综合的实验测定来评价金属离子对MEA溶液捕集CO₂过程的性能提升影响,包括CO₂反应热、解吸速率、吸收-解吸循环负载、汽液平衡溶解度等。实验结果表明铜离子或镍离子作为添加剂,能增加MEA的CO₂平衡循环负载14%~20%或7%~10%,同时能够降低MEA的CO₂反应热值6.6%~24%或6.0%~20%。     

环丁砜对乙醇胺溶液吸收和解吸CO_2的影响

利用物理溶剂环丁砜替代部分水,采用气液搅拌实验装置和真实热流量热法测定了环丁砜对乙醇胺(MEA)溶液吸收和解吸二氧化碳(CO_2)过程的影响,考察了CO_2循环负载、吸收速率、吸收热和解吸热等性质变化。研究表明:环丁砜对MEA溶液负载CO_2的吸收热影响较小,但对吸收速率、循环吸收容量和解吸过程影响较大。环丁砜可降低MEA溶液对CO_2的表观吸收速率,且随CO_2负载量的增大,降幅也逐渐变大。环丁砜有利于富液解吸过程,加快解吸速率,增大CO_2解吸程度,同时单位热流负荷、单位冷流负荷和单位能耗均有不同程度的降低。在燃煤电厂烟气条件下,20%MEA+20%sulfolane体系相对20%MEA体系,其表观吸收速率平均降低约10%,CO_2循环吸收容量增加24%,单位CO_2解吸能耗降低18%。     

单乙醇胺吸收CO2的热力学模型和过程模拟

采用非随机双流体电解质（ENRTL）热力学模型,通过拟合单乙醇胺（MEA）的饱和蒸气压、热容数据,MEA和水（H₂O）二元体系的汽液平衡、热容、混合热数据,以及二氧化碳（CO₂）在MEA水溶液中的溶解度数据,建立了MEA吸收CO₂的热力学模型,并用核磁共振（NMR）组成数据成功地进行了验证。在此模型基础上,利用平衡级模型建立了MEA吸收/解吸CO₂的过程模拟,利用文献中中试工厂数据验证了过程模拟的准确性。对于质量分数为30%的MEA溶液,固定吸收塔CO₂去除率为90%的条件下,当吸收塔液气质量流率比值为2时,再沸器能耗最小,为3.64 GJ·（t CO₂）^-1。     

CO_2和CH_4在离子液体体系中的平均力位能的分子动力学模拟（英文）

通过研究分子动力学模拟的径向分布函数,获得了气体分子CO_2/CH_4周围[Emim][Tf_2N],[Emim][BF_4],[Bmim][Tf_2N]和[Bmim][BF_4]等体系的微观结构,通过加权柱状图和伞形采样分别计算了4种体系中CO_2和CH_4分子对的平均力势能.结果表明,[Bmim][Tf_2N]中CO_2的势阱在4类离子液体中最深,在分子水平下获得的平均力势能与实际溶解度一致,平均力势能在选择合适的阴阳离子用于设计开发气体分离的离子液体时起到了重要作用.     

MEA-PZ混合溶液吸收燃煤烟气中CO2的实验研究

利用有机胺法其捕集CO2吸收速率快、吸收剂可循环再生使用的特点,对乙醇胺(MEA)与哌嗪(PZ)混合溶液吸收与解吸CO2性能进行研究.结果表明,在MEA中加入PZ既可增强溶液吸收能力,又可降低其再生热耗;随着PZ加入量的增加,MEA、PZ混合溶液对CO2的吸收与解吸性能都逐渐增强;在总胺浓度2 mol/L条件下,MEA...