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脱碳技术是工业生产中常见的气体分离过程,广泛应用于原料气预处理和尾气处理阶段。目前使用较多的有机胺法易腐蚀设备,且吸收剂高温分解、易氧化、挥发性高,造成二次污染。为改进当前有机胺类脱碳剂的性能,研发新型的混合吸收剂,本文合成了[N1111][Gly]、[N2222][Gly]、[N1111][Lys]和[N2222][Lys]四种氨基功能离子液体。对于这些离子液体及其水溶液(30~100wt%)常压下对CO2的吸收过程的研究发现,纯离子液体(具有较高粘度)对CO2的吸收速率较慢,配成水溶液后的吸收速率则大大提高。离子液体水溶液对CO2的吸收速率由离子液体浓度和溶液黏度共同决定,随浓度升高而加快,随黏度的增大而减慢。吸收负荷随着浓度的升高而增大。在各浓度的离子液体水溶液中,30wt%离子液体溶液由于有很好的流动性,具有较好的CO2吸收性能。
基于传统混合胺吸收体系的优点,本文综合离子液体的高吸收速率和MDEA的高吸收容量,将离子液体与MDEA水溶液复配得混合吸收剂。实验中,混合吸收剂的总胺量为30wt%(包括氨基功能性离子液体)。在双釜吸收平衡装置中,考察了混合吸收剂对CO2的吸收与解吸性能并探讨了吸收机理,同时研究了吸收过程中温度、惰性气体的影响以及各分压下CO2在混合吸收剂中的饱和溶解度,获得以下结论:(1)添加功能离子液体能够极大提高MDEA溶液吸收CO2的速率,且吸收速率随离子液体浓度的增加而提高;(2)低压下CO2在四种15%IL+15%MDEA水溶液中的饱和溶解度相差不大,随着压力的增高,在赖氨酸离子液体混合液中的溶解度高于甘氨酸离子液体混合液;(3)在25~45℃条件下,温度对混合吸收剂吸收CO2的能力影响不大。随着温度升高,吸收速率略有提高,而吸收量则下降;(4)CO2分压一定时,惰性气体对吸收CO2影响不大;高压下N2吸收量极小;(5)在4KPa,353K条件下的解吸实验证明15%[N1111][Gly]+15%MDEA水溶液的一次再生及二次再生效率均达到了98%以上。
添加功能性离子液体可以有效提高MDEA水溶液对CO2的吸收性能,离子液体-MDEA复配吸收剂具有吸收速度快、吸收容量大、再生方便的特点,因此具有良好的工业应用前景。本文对于离子液体-MDEA混合水溶液吸收CO2的吸收性能及其机理研究,为离子液体-MDEA混合水溶液吸收CO2的探索为后续的工业应用以及传质模型的建立打下了一定基础。