MDEA+DEA混合液吸收和解吸CO2的实验性能分析.doc

精品论文推荐mdea+dea 混合液吸收和解吸 co2 的实验性能分析张 攀；杨唐仪；程良涛* 华东交通大学土木建筑学院，南昌（330013) e-mail：pan_851120126.com摘要：实验中选择不同的吸收液浓度，研究了 mdea（甲基二乙醇胺）吸收液对 co2 的 吸收、解吸和再吸收效果。在此基础上，将 dea （二乙醇胺）作为添加剂添加到 mdea 溶液中组成 mdea+dea 混合吸收液，针对不同添加剂浓度的混合吸收液对 co2 的吸收、 解吸和再吸收效果进行研究。结果表明在添加少量 dea 后，mdea+dea 的混合吸收液的 吸收能力比单一的 mdea 溶液有很大的提高，同时解吸和再吸收能力也有所提高。 关键词: 二氧化碳；化学吸收法；吸收解吸特性；混合胺；吸收本实验所处理的 co2 气体来自燃煤电厂烟道气，结合实际情况选择化学吸收分离回收 co2。选择 mdea（甲基二乙醇胺）作为主要吸收剂，选择 dea（二乙醇胺）作为添加剂， 进行混合吸收溶液的吸收、解吸和再吸收试验研究，确定最佳的混合吸收液方案，最后综合 吸收、解吸和再吸收找出三者效果都比较好的吸收液配比。其旨在研究新的化学吸收液，使 其具有在常压下反应速度和解吸速度快、稳定性好等优点，对开发一种全新的化学吸收法脱 除燃煤烟气中 co2 的新工艺提供一些有益的参考。1. 仪器与试剂1.1 仪器铁架台、500ml 烧杯、尖嘴玻璃管、磁力搅拌器，温度计、电炉组成。1.2 试剂mdea（甲基二乙醇胺），dea（二乙醇胺），硫酸等。2. 实验方法12.1 吸收试验方法通过计算配置 500ml 特定浓度的吸收液，将其置于 500ml 的烧杯中，加热到相应温度 后取 45ml 吸收液做为初始空白样，然后用磁力搅拌器进行搅拌，将纯 co2 气体通入吸收 液中，co2 和吸收液进行充分接触、反应。每隔 10min 取 45ml 吸收液样置于小锥形瓶中， 以待进行分析。为减小实验误差，实验时烧杯统一规格为 500ml，气体流量调为 100mlmin-1， 磁力搅拌器的转速保持一致。2.2 解吸试验方法吸收了 co2 的吸收液采用电炉（1000w）作为热源进行加热进行解吸。加热前先取 45ml 空白样，实验时记录实验始点、泡点和沸点的时间和温度。等吸收液温度升高到 104时吸 收液沸腾，温度稳定，每 5min 取样一次（45ml）以待分析。在实验过程中为了防止溶液 水分蒸发影响试验结果，采用了如下的方式进行补偿：间隔约 5min 对吸收剂体系补充去离 子水，使得吸收剂体系基本维持在原来的浓度。- 9 -2.3 吸收液再吸收实验方法将解吸完的解吸液冷却至室温后进行再吸收实验，以便考察吸收剂的循环利用性能。 再吸收实验与吸收实验一样，但再吸收温度应保持和初次吸收温度一致，以便减小误差。3. 实验步骤3.1 单一吸收液对 co2 的吸收与解吸3.1.1mdea 单一吸收液对 co2 的吸收(1) 同一温度不同浓度的 mdea 吸收液对 co2 的吸收碳化度曲线30时不同浓度mdea的碳化度碳 化 度 (molco2/l)0.3000 1.0mol/l mdea40时不同浓度mdea的碳化度碳 化 度 (molco2/l)0.3000 1.0mol/l mdea碳化度(molco2/l)0.250050时不同浓度mdea的碳化度0.5mol/l mdea1.0mol/l mdea0.2500 2.0mol/l mdea0.25002.0mol/l mdea0.20002.0mol/l mdea0.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 1 30、40、50时不同浓度吸收液的碳化度曲线fig1 the curve about degree of carbonization in different concentrations of mixed absorption liquid at 30、40、50(2)相同浓度 mdea 吸收液在不同温度下对 co2 的吸收碳化度曲线0.5mol/lmdea 的碳化度1.0mol/lmdea 的碳化度碳 化 度 (molco2/l)0.2500 30碳化度(molco2/l)0.3000 300.2000400.2500 400.15000.10000.05000.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.20000.15000.10000.05000.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)2.0mol/lmdea 的碳化度碳化度(molco2/l)0.3000 303.0mol/lmdea 的碳化度0.2500 300.2500 400.2000400.20000.15000.1000碳化度(molco2/l)0.05000.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.15000.10000.05000.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 2 0.5moll-1、1.0moll-1、1.0moll-1、1.0moll-1mdea 在不同温度下的碳化度曲线fig2 the curve about degree of carbonization of 0.5moll-1、1.0moll-1、1.0moll-1、1.0moll-1mdea at different temperature3.1.2mdea 单一吸收液对 co2 的解吸0.25000.20000.15000.10000.0500碳化度(molco 2/l)0.00003.0mol/l mdea2.0mol/lmdea碳化度(molco2/l)1.0mol/lmdea0.5mol/lmdea0 10 20 30 40 50 60 70 时间(min)0.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea2.0mol/lmdea1.0mol/lmdea0.5mol/lmdea0 10 20 30 40 50 60 70 时间(min)图 3 不同浓度 mdea 单一吸收液的解吸表观、绝对碳化度曲线fig3 the apparent and absolute curve about degree of carbonization of in different concentrations of mdea（the sole absorption liquid）3.1.3mdea 单一吸收液对 co2 的再吸收不同浓度mdea的吸收与再吸收曲线0.40 0.5mol/l mdea吸收不同浓度mdea的吸收与再吸收曲线0.40 2.0mol/l mdea吸收0.350.5mol/l mdea再吸收1.0mol/l mdea吸收0.352.0mol/l mdea再吸收3.0mol/l mdea吸收碳化度(molco2/l)0.3050.100.050.001.0mol/l mdea再吸收0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.30 3.0mol/l mdea再吸收50.10碳化度(molco2/l)0.050.000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 4 同一 mdea 吸收液的吸收、再吸收碳化度曲线fig4 the curve about degree of carbonization of absorption and re-absorption performance of aqueous mdea0.4000不同浓度再吸收的碳化度3.0mol/l mdea碳 化 度 (molco2/l)0.3500 2.0mol/lmdea0.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00001.0mol/lmdea0.5mol/lmdea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 5 不同浓度 mdea 单一吸收液的再吸收碳化度曲线fig5 the curve about degree of carbonization of in different concentrations of mdea（the sole absorption liquid）3.2混合吸收液对 co2 的吸收与解吸 moll-1 混合吸收液对 co2 的吸收与解吸（1）1.0 moll-1 混合吸收液对 co2 的吸收1）1.0 moll-1 的混合吸收液在相同温度下的碳化度曲线碳 化 度 (molco2/l)0.50000.400030时不同浓度的碳化度1.0mol/l mdea0.5000 0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea40时不同浓度的碳化度1.0mol/l mdea0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea碳 化 度 (molco2/l)0.4500 0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.4000 0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea0.500050时不同浓度的碳化度1.0mol/l mdea0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea0.30000.20000.10000.00000.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.35000.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00000.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.4000 0.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0.30000.2000碳 化 度 (molco2/l) 0.10000.00000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100时间(min)图 6 在 30、40、50时不同浓度吸收液的碳化度曲线fig6 the curve about degree of carbonization in different concentrations of mixed absorption liquid at 30、40、502）相同浓度的混合吸收液在不同温度下的碳化度曲线0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea碳 化 度 (molco2/l)0.35000.300030碳 化 度 (molco2/l)0.5000300.2500400.4000 400.20000.15000.10000.05000.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.30000.20000.10000.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea碳化度(molco2/l)0.5000 300.6mol/lmdea+0.4mol/ldea碳 化 度 (molco2/l)0.5000 300.40000.30000.20000.10000.000040500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.40000.30000.20000.10000.000040500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 7 相同浓度混合吸收液在不同温度下的吸收碳化度曲线fig7 the curve about degree of carbonization in different temperature of mixed absorption liquid in the same concentrations（2） 1.0mol/l 混合吸收液解吸的碳化度曲线0.45000.4000碳化度(molco2/l)0.35000.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00001.0mol/l mdea0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea0.6mol/lmdea+0.4mol/ldea010203040506070 时间(min)0.40000.3500碳化度(molco2/l)0.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00001.0mol/l mdea0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea0.6mol/lmdea+0.4mol/ldea010203040506070 时间(min)图 8 1.0mol/l 混合吸收液的解吸的表观、绝对碳化度曲线fig8 the apparent and absolute curve about degree of carbonization of mixed absorption liquid of 1.0mol/l（3）1.0 moll-的混合吸收液再吸收的碳化度曲线10.60碳化度(molco2/l)0.500.400.3000.9mol/lmdea+0.1mol/ldea吸收0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea再吸收0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea吸收0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea再吸收0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.70碳化度(molco2/l)0.600.500.400.3000.7mol/lmdea+0.3mol/ldea吸收0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea再吸收0.6mol/lmdea+0.4mol/ldea吸收0.6mol/lmdea+0.4mol/ldea再吸收0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 9 同一浓度混合吸收液的吸收、再吸收碳化度曲线fig9 the curve about degree of carbonization of absorption and re-absorption performance of mixed absorption liquid in the same density0.7000不同浓度再吸收的碳化度1.0mol/l mdea0.9mol/lmdea+0.1mol/ldea0.8mol/lmdea+0.2mol/ldea碳化度(molco2/l)0.6000 0.7mol/lmdea+0.3mol/ldea0.50000.40000.30000.20000.10000.00000.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 10 不同浓度混合吸收液的再吸收碳化度曲线fig10 the curve about degree of carbonization of re-absorption performance of mixed absorption liquid in the different density moll-1 混合吸收液对 co2 的吸收与解吸（1）2.0 moll-1 混合吸收液对 co2 的吸收1）不同浓度的混合吸收液在相同温度下的碳化度曲线30时不同浓度的碳化度40时不同浓度的碳化度50时不同浓度的碳化度碳 化 度 (molco2/l)0.50000.40000.30000.20000.10000.00001.9mol/lmdea+0.1mol/ldea1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea1.7mol/lmdea+0.3mol/ldea1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.50000.40000.30000.20000.1000碳 化 度 (molco2/l)0.00001.9mol/lmdea+0.1mol/ldea1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea1.7mol/lmdea+0.3mol/ldea1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)碳 化 度 (molco2/l)0.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00002.0mol/l mdea1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea1.7mol/lmdea+0.3mol/ldea1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 11 在 30、40、50时不同浓度吸收液的碳化度曲线fig11 the curve about degree of carbonization in different density of mixed absorption liquid at 30、40、502）相同浓度的混合吸收液在不同温度下的碳化度曲线1.9mol/lmdea+0.1mol/ldea碳化度(molco2/l)0.5000 301.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.5000 300.40000.30000.20000.10000.000040500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.40000.30000.20000.1000碳化度(molco2/l)0.000040500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.50001.7mol/lmdea+0.3mol/ldea300.50001.6mol/lmdea+0.4mol/ldea300.4000 400.4000 400.30000.20000.1000碳化度(molco2/l)0.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.30000.20000.1000碳化度(molco2/l)0.0000500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 12 相同浓度的混合吸收液在不同温度下的碳化度曲线fig7 the curve about degree of carbonization in different temperature of mixed absorption liquid in the same concentrations（2）2.0 moll-1 的混合吸收液解吸的碳化度曲线不同浓度解吸碳化度碳化度(molco2/l)0.50000.40000.30000.20000.10000.00002.0mol/l mdea1.9mol/lmdea+0.1mol/ldea1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea1.7mol/lmdea+0.3mol/ldea1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea010 20 30 40 50 60 70 时间(min)图 13 2.0mol/l 混合吸收液的解吸的碳化度曲线fig13 the apparent and absolute curve about degree of carbonization of mixed absorption liquid of 2.0mol/l（3） 2.0 moll-1 的混合吸收液再吸收的碳化度曲线0.60碳化度(molco2/l)0.500.400.300不同浓度混合液的吸收与再吸收曲线1.9mol/lmdea+0.1mol/ldea吸收1.9mol/lmdea+0.1mol/ldea再吸收1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea吸收1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea再吸收0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.70碳化度(molco2/l)0.600.500.400.300不同浓度混合液的吸收与再吸收曲线1.7mol/lmdea+0.3mol/ldea吸收1.7mol/lmdea+0.3mol/ldea再吸收1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea吸收1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea再吸收0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 14 相同浓度混合吸收液的吸收与再吸收碳化度曲线fig14 the curve about degree of carbonization of absorption and re-absorption performance of mixed absorption liquid in the same density0.7000不同浓度再吸收的碳化度2.0mol/l mdea1.9mol/lmdea+0.1mol/ldea碳 化度 (molco2/l)0.6000 1.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.50000.40000.30000.20000.10000.00001.7mol/lmdea+0.3mol/ldea1.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 15 不同浓度混合吸收液的再吸收碳化度曲线fig15 the curve about degree of carbonization of re-absorption performance of mixed absorption liquid in the different density moll-1 混合吸收液对 co2 的吸收与解吸（1）3.0 moll-1 混合吸收液对 co2 的吸收1）3.0 moll-1 的混合吸收液在相同温度下的碳化度曲线30时不同浓度的碳化度40时不同浓度的碳化度50时不同浓度的碳化度0.4000碳化度(molco2/l)0.35000.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.3500碳化度(molco2/l)0.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.3500碳 化 度 (molco2/l)0.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 16 不同温度、浓度吸收液的碳化度曲线fig16 the curve about degree of carbonization of absorption liquid in different density and at the different tempature2） 相同浓度的混合吸收液在不同温度下的碳化度曲线2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea碳化度(molco2/l)0.3000 300.2500 400.2000 500.15000.10000.05000.00000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1002.8mol/lmdea+0.2mol/ldea0.3500 碳化度(molco2/l)0.3000 30400.2500 500.20000.15000.10000.05000.0000时间(min)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100时间(min)2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0.3500300.40000.3500300.3000 400.2500 500.20000.15000.10000.0500碳化度(molco2/l)0.00000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.30000.25000.20000.15000.10000.0500碳化度(molco 2/l)0.000040500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 17 相同浓度的混合吸收液在不同温度下的碳化度曲线fig17 the curve about degree of carbonization in different temperature of mixed absorption liquid in the same concentrations（2）3.0 moll-1 的混合吸收液解吸的碳化度曲线不同浓度解吸碳化度碳化度(molco2/l)0.35000.30000.25000.20000.15000.10000.05000.00003.0mol/l mdea2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0 10 20 30 40 50 60 70 时间(min)图 18 3.0mol/l 混合吸收液的解吸的碳化度曲线fig18 the apparent and absolute curve about degree of carbonization of mixed absorption liquid of 3.0mol/l（3）3.0 moll-1 的混合吸收液再吸收的碳化度曲线0.500.45不同浓度混合液的吸收与再吸收曲线2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea吸收2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea再吸收2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea吸收0.600.50不同浓度混合液的吸收与再吸收曲线2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea吸收2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea再吸收2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea吸收碳化度(molco2/l)0.40 2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea再吸收0.350.3050.100.050.000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)0.400.30碳化度(molco2/l)02.6mol/lmdea+0.4mol/ldea再吸收0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 19 相同浓度混合吸收液的吸收与再吸收碳化度曲线fig19 the curve about degree of carbonization of absorption and re-absorption performance of mixed absorption liquid in the same density0.6000碳化度(molco2/l)0.50000.4000不同浓度再吸收的碳化度3.0mol/l mdea2.9mol/lmdea+0.1mol/ldea2.8mol/lmdea+0.2mol/ldea2.7mol/lmdea+0.3mol/ldea2.6mol/lmdea+0.4mol/ldea0.30000.20000.10000.00000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间(min)图 20 不同浓度混合吸收液的再吸收碳化度曲线fig20 the curve about degree of carbonization of re-absorption performance of mixed absorption liquid in the different density4. 实验分析表 1 实验现象及原因分析mdeatable 1 the analysis of the phenomenon and the cause of the experiment试剂现象原因单不同浓度单一 mdea 吸收液对 co2 的吸收曲线都随时间的增加而呈上升趋势，并且近 似呈线形关系。该曲线与温度主要呈随温度 上升，吸收速率下降的趋势一由于 mdea 对 co2 的吸收为物理吸收，吸收速率慢，效率低2。在低温时黏度 成为其主要影响因素，高浓度 mdea 黏度大，阻碍液相传质；高温时有助于 吸收液的解吸，从而不利于气体吸收，且该反应为放热反应，高温不利于气体吸收，吸收能力下降在解吸 co2 时，一般加热 10min 左右吸收液开始气泡，22min 左右吸收液开始沸腾，并 且吸收液的碳化度出现下降一般在 22min 后吸收液只有沸腾后才开始解吸，而解吸一段时间后，碳化度曲线下降趋势均趋 于平缓。2.0moll-1mdea 解吸能力最 好再吸收能力好于初次吸收能力，且低浓度mdea 的再吸收能力好于高浓度 mdea。0.5moll-1mdea 和 1.0moll-1mdea 再吸收 能力好mdea 吸收 co2 是物理吸收，其吸收能力大、速率慢3，初次吸收远没有达到 它的饱和值，且 mdea 作为常用的三 级胺，再生能耗低，所以再吸收能力大， 但随着再吸收次数的增加，达到其吸收 负荷后，其吸收能力应当会降低混吸收 co2 时，其吸收性能均好于单一 mdea吸收液。混合吸收液在添加剂 dea 少量时， 吸收液 吸收速率迅速增加，而添加剂增加到某一值后，吸收速率增速变缓；吸收速率呈随温度 上升而下降的趋势。混合液的再吸收能力要 好于同浓度下纯 mdea 的再吸收能力，且 混合液的再吸收能力好于初次吸收能力添加剂 dea 的