三乙醇胺与烯胺混合胺液脱碳性能及配比优选实验研究

胺法脱碳以其脱除效果好、能耗低等优点在天然气预处理中得到广泛应用。目前国内外普遍采用以甲基二乙醇胺为主体的复配胺液为吸收剂,为适应寻找经济、高效的新型吸收剂的需求,本文选取同为叔胺的三乙醇胺(TEA)为主体进行实验研究,在TEA反应机理的研究基础上,添加二乙烯三胺/三乙烯四胺(DETA/TETA)进行混合胺液的吸收解吸性能分析,对比优选出综合表现较好的混合胺液,考察其不同配比下吸收、解吸及贴近实际生产的循环利用效果,完成配比优选研究。结果表明:添加烯胺后,可大大提高吸收性能,但会降低解吸效果;TEA+DETA吸收和解吸性能优于TEA+TETA;TEA+DETA的优选配比为2.0/1.0和2.4/0.6;经循环实验验证,2mol/L TEA+1mol/L DETA综合效果最佳。     

醇胺法吸收二氧化碳在填料塔中的应用

采用工业流程中的填料吸收塔和解吸塔,研究了乙醇胺(MEA)、哌嗪(PZ)、二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)与N-甲基二乙醇胺(MDEA)的混合溶液作为吸收剂对模拟合成气中CO2的吸收性能. 结果表明,胺活化性能依次为TETA>DETA>PZ>MEA;含TETA的吸收液可将尾气中CO2的浓度降至0.05%(mol),CO2脱除率达98.62%;增加活化剂浓度和降低气体流量有利于提高CO2脱除率;吸收-解吸循环条件下吸收速率是随吸收时间和活化剂浓度变化的指数递减函数.     

燃煤电厂烟气MDEA/PZ混合胺法碳捕集工艺模拟分析

采用混合胺吸收剂替代传统一乙醇胺（MEA）吸收剂是降低有机胺法碳捕集工艺能耗的重要方法。利用Aspen plus软件模拟了以甲基二乙醇胺(MDEA)/哌嗪(PZ)混合胺为吸收剂的燃煤电厂每年百万吨CO₂捕集工艺系统，考察了贫液负荷、MDEA/PZ混合胺浓度、MDEA/PZ比例和解吸压力等因素对解吸塔再沸器热负荷和冷凝器冷负荷的影响。通过对这些影响因素下吸收塔内液相温度分布和CO₂负荷分布变化揭示了MDEA/PZ对CO₂的吸收特性。此外，进一步分析了不同影响因素下解吸塔内气液相CO₂浓度驱动力和气液相级间温度驱动力分布特性，发现了强浓度驱动力和低温度驱动力分布更有利于降低再生能耗。研究表明，由30%MDEA和20%PZ组成的混合胺液在贫液负荷为0.08和解吸压力为2.02×10⁵Pa时，再沸器热负荷和塔顶冷凝负荷分别为2.76GJ/tCO₂和0.60GJ/tCO₂，相比传统MEA吸收剂降低了20.92%和40.0%。     

MDEA+MEA天然气脱碳工艺影响因素

基于自主设计建设的胺法脱酸中试实验装置,针对目前常用的天然气脱碳方法醇胺法,利用工业中应用较多的N-甲基二乙醇胺(MDEA)+一乙醇胺(MEA)的前期优选配方(2 mol·L^-1+1 mol·L^-1),进行醇胺法脱碳装置工艺参数优化实验研究,结果用于指导工业生产。本文在CO₂含量6%和4%两种原料气气质下,采用控制变量法,分析了吸收和再生参数对胺法脱碳工艺的影响规律,优选出操作参数。结果显示:在本实验操作参数范围内提高吸收温度、吸收压力和胺液循环流量有利于提高胺液吸收性能,提高再生温度、降低再生压力有利于提高胺液再生性能,但各参数受到反应机理、气液平衡、装置能耗、胺液性质等影响,存在最优值;本实验装置系统下,原料气处理量为50 Nm³·h^-1时,MDEA+MEA脱碳的优化工艺操作参数为:吸收温度55℃,吸收压力3.5~4 MPa,胺液循环流量0.25 m³·h^-1,再生温度120℃,再生压力50 kPa。     

DETA-MDEA复合溶液吸收与解吸CO2实验研究

以烯胺吸收剂DETA(二乙烯三胺)为主吸收剂与辅助吸收剂MDEA(N-甲基二乙醇胺)按摩尔配比20:1～20:6进行复配,通过一次循环吸收、解吸实验,对比其在313 K温度下的吸收量、吸收速率以及393 K温度下的再生速率、再生量以及它们的降解率。以筛选出较好的20:4DETA+MDEA烯胺复配药剂为基础,进行6次循环吸收-解吸实验,考察循环吸收、解吸性能与胺降解率;以智能高压反应釜分别考察了20:4DETA+MDEA降解性能,对CO_2负载、温度、铁离子的降解性能的影响进行了探讨。     

基于基团贡献法的CO2复合吸收溶剂实验研究

基于基团贡献法的基本原理,对用于脱除天然气中CO₂的复合溶剂进行组成设计。通过对比不同活化剂分子结构对其碱性、空间位阻效应等物化参数的影响,筛选出最佳的CO₂活化剂HZ,与N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液混合组成复合溶剂。采用常压吸收-常压再生实验装置测定复合溶剂对CO₂的脱除能力,考察了活化剂种类、活化剂添加量、吸收温度、H₂S浓度和再生温度等因素对CO₂脱除效果的影响,以及复合溶剂的抗发泡性能。实验结果表明:活化剂HZ的活化效果优于MEA、DEA和PZ;HZ最佳添加量为0.7mol/L;最佳吸收温度为40℃;原料气中H₂S浓度增加,会降低复合溶剂对CO₂的脱除效果;最佳再生温度为115℃;复合溶剂具有良好的抗发泡性能。     

水泥窑用混合胺二氧化碳吸收剂的实验研究

本实验以2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)和二乙烯三胺(DETA)为吸收剂，探究了二者在不同配比下的吸收解吸性能，并与其他醇胺复配，开发出一种高性能混合胺二氧化碳吸收剂。实验发现AMP-DETA二元体系的吸收解吸性能均优于传统的乙醇胺(MEA)溶液，当AMP∶DETA=1∶1时，综合性能最优，物质的量负载为0.73 mol/mol，解吸率为82.99%。在此配比下进行三元复配时，加入哌嗪(PZ)可使吸收剂的初始吸收速率提升38.57%，三乙烯四胺(TETA)可使吸收剂的CO2物质的量负载提升36.99%，而N-甲基二乙醇胺(MDEA)可缩短1/3的解吸时间，从不同维度降低再生能耗。     

高含有机硫天然气的净化研究与探索

在使用单一甲基二乙醇胺（MDEA）溶液脱除天然气中H₂S的过程中,随着有机硫含量不断地增加,常常造成出料气中H₂S和总硫含量均不能满足国家二类天然气质量要求。在改变关键参数后,脱硫效果仍然不能改善。因此,本文针对高含量的有机硫,开展了MDEA+DIPA、MDEA+DEA、环丁砜+MDEA、环丁砜+DIPA 4组高效脱硫剂的复配研究,通过对比H₂S及有机硫在溶液中的吸收分压,筛选出了吸收效果较优的脱硫剂组合为：环丁砜+MDEA。随后再利用BBD响应面分析法,以环丁砜、MDEA、H₂O的不同配比为变量,以H₂S和总硫脱除率最高为目标函数进行寻优,经过混料实验与复合优化,最终得出最优脱硫剂配比为：23.3%环丁砜+54.6%MDEA+22.1%H₂O。最优配比脱硫剂经现场装置使用后的效果表明,H₂S脱除率达到99.964%,总硫脱除率达到99.833%,出料气中H₂S含量为14.4mg/m³,总硫含量为78.5mg/m³,满足二类气标准。     

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%。     

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。     

MDEA与MEA脱碳反应动力学

通过双模理论及反应釜吸收实验的方法,建立了胺液脱碳拟一级传质反应模型,并对其进行了实验验证。通过模型中的增强因子、二级反应速率常数及传质速率分析了伯胺MEA(乙醇胺)及叔胺MDEA(甲基二乙醇胺)的动力学特性,以此为基础进一步分析了MDEA+MEA混合胺液的交互作用、动力学特性,并得到了较优的胺液配比。研究结果表明:伯胺MEA的增强因子及传质速率数值大于叔胺MDEA,随着气液传质过程进行,传质速率逐渐减小;对于混合胺液,表观反应速率常数以及增强因子随着MEA浓度的增加以及温度的升高而逐渐增大;当总胺浓度为3mol·L^-1时,MDEA+MEA(2mol·L^-1+1mol·L^-1)的混合胺液增强因子数值为0.5,传质速率较大,为最优混合胺液配比。     

MEA-MDEA复合胺溶液吸收烟气中二氧化碳实验研究

采用搅拌实验装置,对MEA-MDEA不同配比的复合胺溶液吸收和解吸模拟烟道气中二氧化碳特性进行研究,揭示了吸收速率、吸收容量和酸碱度与时间之间的内在联系,并与目前工业应用较广的MEA、DEA溶液进行了对比分析;对CO2初始逸出温度,试液再生温度,试液再生率,再生pH值下降率进行了细致记录分析。实验结果表明,0.5 mol/L MEA-0.5 mol/L MDEA是MEA-MDEA复合胺体系中最佳配比溶液。     

MEA—MDEA复合胺溶液吸收烟气中二氧化碳实验研究

采用搅拌实验装置,对MEA-MDEA不同配比的复合胺溶液吸收和解吸模拟烟道气中二氧化碳特性进行研究,揭示了吸收速率、吸收容量和酸碱度与时间之间的内在联系,并与目前工业应用较广的MEA、DEA溶液进行了对比分析;对CO2初始逸出温度,试液再生温度,试液再生率,再生pH值下降率进行了细致记录分析。实验结果表明,0．5mol／LMEA-0．5mol／LMDEA是MEA—MDEA复合胺体系中最佳配比溶液。     

Removal of carbon dioxide by absorption in mixed amines: modelling of absorption in aqueous MDEA/MEA and AMP/MEA solutions

This work presents an investigation of CO₂ absorption into aqueous blends of methyldiethanolamine (MDEA) and monoethanolamine (MEA), as well as 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and monoethanolamine (MEA). The combined mass transfer–reaction kinetics–equilibrium model to describe CO₂ absorption into the amine blends has been developed according to Higbie's penetration theory following the work of Hagewiesche et al. (Chem. Eng. Sci. 50 (1995) 1071). The model predictions have been found to be in good agreement with the experimental rates of absorption of CO₂ into (MDEA+MEA+H₂O) of this work and into (AMP+MEA+H₂O) reported by Xiao et al. (Chem. Eng. Sci. 55 (2000) 161), measured at higher contact times using wetted wall contactor. The good agreement between the model predicted rates and enhancement factors and the experimental results indicate that the combined mass transfer–reaction kinetics–equilibrium model with the appropriate use of model parameters can effectively represent CO₂ mass transfer for the aqueous amine blends MDEA/MEA and AMP/MEA.     

混合醇胺溶液吸收烟气中CO2

研究了温度、CO2含量与吸收液浓度对醇胺溶液吸收CO2性能的影响,并比较了不同复配体系对二异丙醇胺(MDEA)的活化效果。结果表明,醇胺溶液对CO2的吸收速率随反应时间的增加而降低,随吸收温度的升高而增强,以40℃为宜;吸收反应速率均随气、液相反应物含量增大而增强;混合体系对MDEA的活化效果为二乙烯二胺最好,乙醇胺最差。     

天然气半贫液脱碳工艺三元胺液配方优选

为实现天然气脱碳工厂降本增效目标,基于某工厂PZ活化MDEA半贫液工艺,在现有设备能力下进一步提升胺液性能,进行三元复配胺液配方筛选以替代原有吸收剂。本文针对单一胺液的贫液、半贫液及富液分别进行实验,确定合适的主体胺液及添加剂,将胺液进行三元复配后通过实验探究三元复配胺液的吸收及再生性能,旨在寻找吸收容量大、吸收速率快、解吸率高、循环溶解度高、再生能耗低综合性能优的胺液配方。通过研究发现,单一胺液中AMP、DETA及PZ吸收性能较优,TEA再生能耗最低,解吸率最高;对于三元复配胺液而言,当MDEA/DEEA为主体胺液时,两种胺液配方贫液状态下的吸收速率和吸收负荷均较高,MDEA/TEA双主体胺液的最终解吸率高于MDEA/DEEA双主体胺液,TEA的加入显著提高了胺液的解吸率;筛选得到的三元高效胺液配方18%MDEA+18%TEA+4%PZ的半贫液循环溶解度高于原PZ活化MDEA配方,再生能耗较低,可代替PZ活化MDEA胺液应用于天然气半贫液脱碳工艺。     

An experimental/computational study of steric hindrance effects on CO2 absorption in (non)aqueous amine solutions

The reaction kinetics and molecular mechanisms of CO₂ absorption using nonaqueous and aqueous monoethanolamine (MEA)/methyldiethanolamine (MDEA)/2-amino-2-methy-1-propanol (AMP) solutions were analyzed by the stopped-flow technique and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations. Pseudo first-order rate constants (k₀) of reactions between CO₂ and amines were measured. A kinetic model was proposed to correlate the k₀ to the amine concentration, and was proved to perform well for predicting the relationship between k₀ and the amine concentration. The experimental results showed that AMP/MDEA only took part in the deprotonation of MEA-zwitterion in nonaqueous MEA + AMP/MEA + MDEA solutions. In aqueous solutions, AMP can also react with CO₂ through base-catalyzed hydration mechanism beside the zwitterion mechanism. Molecular mechanisms of CO₂ absorption were also explored by AIMD simulations coupled with metadynamics sampling. The predicted free-energy barriers of key elementary reactions verified the kinetic model and demonstrated the different molecular mechanisms for the reaction between CO₂ and AMP.