CO_2的吸收规律及其在沼气中脱除工艺的初步研究

【摘要】随着社会的持续发展,能源危机越来越严重,探索新型可再生能源刻不容缓。净化可再生能源沼气,脱除其中降低燃烧值的CO2气体成为本文所要研究的主要内容。参照文献方法,基于微波辅助离子交换-旋转蒸发溶剂脱除绿色合成路线,制备出离子液体[NH2-C3mim][Br],通过Mohr法测量产物溴含量,非水滴定法测定产物胺含量,以及进行1HNMR、13CNMR、IR、MS和DSC的表征结果证实了合成产物的正确性及热稳定性。验证了离子液体[NH2-C3mim][Br]水溶液对CO2有良好的吸收效果,并且在不同条件下：温度(293.15K-313.15K),压强(106KPa-185KPa),离子液体浓度(20%-60%),优化了其吸收条件：最佳温度为303.15K,最适宜[NH2-C3mim][Br]浓度为质量分数为58%的水溶液,而CO2吸收最佳初始压强为165KPa。同时,离子液体[NH2-C3mim][Br]的再生效果明显,本文摸索了吸收剂的“两段式”真空再生条件,第一段再生温度321.15K,30min,第二段再生温度343.15K,10min。结果表明：该离子液体吸收CO2吸收效果良好,并且再生后的离子液体,吸收性能稳定不变,可反复使用。同时“两段法”的再生工艺有利于降低再生的能耗和成本。在探究改良热钾碱法对CO2的吸收效果时,选用了碳酸钾复合溶液包括碳酸钾、偏硼酸钠、偏钒酸钠的复配溶剂,对CO2有良好的吸收效果。效果受体系温度、初始压强和碳酸钾浓度、偏硼酸钠浓度、偏钒酸钠浓度影响。碳酸钾复合溶液对CO2的最佳吸收条件为体系温度：323.15K,初始压强：140-150KPa,碳酸钾浓度：30%,偏硼酸钠浓度：2%,偏钒酸钠浓度：0.6%。而且碳酸钾复合溶液解吸效果良好,解吸温度为97℃左右,解吸时间较短,10min,再生率良好,可以重复使用。但是解吸需要消耗的能量过高,不符合节能减排要求。选用自制的离子液体[NH2-C3mim][Br],对静态和动态吸收CO2的性能进行了深入研究,并与传统有机胺溶液吸收剂吸收-解吸进行了对照。实验结果证明,离子液体[NH2-C3mim][Br]对CO2的吸收达平衡时间较短,而醇胺溶液吸收达平衡时间较长,而从吸收效果看,离子液体[NH2-C3mim][Br]也要远远高于醇胺溶液。搭建了超重力场强化吸收-逆流接触加热或减压解吸再生集成化台架实验装置,分别以离子液体、改良热钾碱溶液和活化复配醇胺溶液进行了CO2的捕获和吸收液再生连续实验。稳态下对CO2有较好的吸收效果,吸收率分别达到了98%、96%、90%,水基离子液体具有良好的常温真空解吸特性,有望成为一种低成本、高效率的CO2捕获新技术。在进行沼气中杂质气体的脱除实验中,离子液体[NH2-C3mim][Br]表现出对CO2、H2O、H2S的良好吸收效果,其中对H2O属于物理吸附,对CO2和H2S属于化学吸收,需要经过多次循环吸收才能实现对沼气的完全净化,离子液体在吸收前后的结构及性质也没有变化,这种吸收方法有望在工业生产中有良好的应用前景。
【作者】陈郴；
【导师】蒋盛军；王江；
【作者基本信息】海南大学，应用化学，2013，硕士
【关键词】离子液体；[NH2-C3mim][Br]；CO2；碳酸钾；醇胺溶液；超重力旋转床；吸收-解吸；

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