新型有机叔胺溶剂吸收二氧化碳性能的研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:Lisa2005
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经济发展使人类对化石燃料的需求不断增加,导致二氧化碳(CO2)的排放量逐年提高,造成越来越严重的全球"温室效应"等气候问题,但与此同时CO2又是潜在的资源(尤其是在油田注气驱油等新领域的应用)。因而良好的CO2捕获技术不但能有效缓解气候问题还能带来可观的经济效益。有机胺溶液捕获CO2技术因其良好的吸收和解吸性能成为CO2捕获的首选方法,而开发具有较好吸收性能的吸收溶剂是有机胺溶液捕获CO2技术的关键。4-二乙基-2-丁醇(DEAB)、1-二乙氨基-2-丙醇(1DEA2P)、1-(2-羟乙基)哌啶(1-(2-HE)PP)和1-(2-羟乙基)吡咯烷(1-(2-HE)PRLD)作为新的有机胺溶液,其CO2吸收性能是其能否作为新型CO2吸收溶剂的关键因素。因此本文主要探究了 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液在不同温度条件下的pKa,其与C02反应过程中的各个离子随C02负载变化的离子形成曲线,其C02平衡溶解度,其吸收CO2的吸收热,以及其与C02反应的动力学进行研究;同时与MEA及MDEA等工业应用较为成熟的吸收溶剂的CO2吸收性能进行全面的比较,并评估该四种溶剂作为CO2商业化溶剂的可能性。本文实验测得了DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP 和 1-(2-HE)PRLD 溶液在不同温度下的 pKa,发现四种溶液的pKa值随着温度的升高而降低,同时建立了四种胺溶液的pKa随温度变化的关系式,结果发现这四个关系式能够很好的预测这四种胺溶液在不同温度下的 pKa 值。为了更好地理解 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP 和 1-(2-HE)PRLD 溶液吸收CO2过程以及建立完整的DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液溶液吸收CO2体系的气液平衡模型,本文探究了 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液与C02反应体系中各个离子浓度随C02负载变化的曲线,同时探究了 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP 和 1-(2-HE)PRLD 溶液吸收 CO2 过程中各个离子与pH之间的二维关系模型;同时还建立其了 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液,pH值与温度之间的三维体系模型。发现该二维关系模型以及三维关系模型能够很好的用于该四种胺溶剂的吸收CO2过程中各个离子的变化曲线的呈现和预测。本文同时测量2mol/L的DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP 和 1-(2-HE)PRLD 溶液在温度为 298-313K,CO2 分压为 8-101kPa 的条件下的CO2平衡溶解度。结果发现这四种胺溶液的CO2平衡溶解度随着温度的升高而降低,随着CO2分压的增加而增加。运用吉布斯赫姆霍兹方程估计了 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液吸收CO2的吸收热的值分别为-41.4 kJ/mol、-43.6kJ/mol、-34kJ/mol 及-34.2kJ/mol。利用电化学快速分析仪测得DEAB溶液在浓度为100-900mol/m3,温度为298-313K的条件下吸收CO2的一级反应速率常数ko,1DEA2P溶液在浓度为120-751mol/m3,温度为298-313K的条件下吸收CO2的一级反应速率常数k0;1-(2-HE)PP溶液在浓度为200-1000mol/m3,温度为298-313K的条件下吸收CO2的一级反应速率常数k0。1-(2-HE)PRLD溶液在浓度为200-1000mol/m3,温度为298-313K的条件下吸收CO2的一级反应速率常数k0。同时建立了 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液吸收CO2的动力学模型。发现该模型能够很好地预测DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD溶液吸收CO2过程中的反应速率常数,DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP与1-(2-HE)PRLD的平均偏差分别为5.8%、8.0%、8.3%与 6.1%。为了全面评估 DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP 与 1-(2-HE)PRLD 溶液作为 CO2捕获领域潜在的溶剂,通过与MEA和MDEA溶液等传统的商业化溶剂的比较,对比了四种胺溶液和几种常用的胺溶剂的CO2平衡溶解度,反应动力学参数,以及CO2吸收热;结果发现这四种胺溶液在CO2平衡溶解度,反应动力学以及CO2吸收热都表现出良好的性能。综上所述,DEAB、1DEA2P、1-(2-HE)PP和1-(2-HE)PRLD这四种胺溶液可以作为新一代潜在的吸收溶剂或者混合溶剂中的一种或几种溶剂。
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