【摘要】：近年來,全球經濟的快速發(fā)展使得人類對化石燃料的需求越來越大,能源消耗量的增加導致了全球CO_2氣體排放量增加,進而導致了嚴重的溫室效應。目前來說,有機胺溶劑捕獲CO_2技術是應用最廣泛、最有應用前景的CO_2減排技術。但是有機胺溶液捕獲CO_2的動力學和反應機理研究并不系統(tǒng)完善,一定程度上限制了其工業(yè)化應用。動力學和反應機理是有機胺溶液捕獲CO_2最重要研究方向之一,因而本文從以下兩個方面展開。一方面,本研究使用stopped-flow動力學測定裝置測定了在293-313 K溫度下MEA+DEA混合溶液與CO_2的反應動力學,總反應速率常數k_0隨溫度的升高和胺濃度的增加而增加。在不同MEA與DEA濃度配比情況下,MEA-DEA-CO_2-H_2O體系的反應情況是不一樣的。將得到的動力學數據分成兩組,分別為DEA低濃度組和DEA高濃度組。用修正的三分子機理分別擬合兩組所有的動力學數據,得到的動力學方程能很好的預測總反應速率常數k_0,而且實驗值和預測值的絕對平均偏差都在合理的范圍內,DEA低濃度組和DEA高濃度組分別為4.71%和3.33%。探討了DEA低濃度組和DEA高濃度組在吸收CO_2的過程中MEA和DEA之間的競爭和協(xié)同關系。在DEA低濃度組中,競爭關系較為明顯。在DEA高濃度組中,協(xié)同關系較為明顯。另一方面,本研究使用stopped-flow動力學測定裝置測定了在293-313 K溫度下負載CO_2的MDEA溶液與CO_2的反應動力學。考察了MDEA溶液中CO_2負載量對吸收CO_2反應動力學的影響,發(fā)現(xiàn)CO_2負載量影響MDEA溶液中氫氧根含量,從而對MDEA溶液吸收CO_2動力學有較大影響,結果表明氫氧根對動力學的影響不能夠被忽略。在此基礎上,本研究提出了計算MDEA-CO_2-H_2O體系的反應動力學的新模型。該模型成功解釋了動力學數據,擬合得到的動力學方程能很好地預測總反應速率常數,實驗值和預測值的絕對平均偏差為4.59%。將本研究得到的負載MDEA-CO_2-H_2 O體系和無負載MDEA-CO_2-H_2O體系的二級反應動力學常數(k_2)和文獻值進行了對比,發(fā)現(xiàn)本研究得到的負載體系的k_2值與文獻中大部分不同設備得到的值較吻合,包括氣液傳質設備和快速混合設備,說明本研究得到的負載體系的修正k_2值是有效的。為了得到本征動力學,本研究建議使用負載CO_2的胺溶液用于研究stopped-flow裝置中叔胺-CO_2-H_2O體系動力學。通過研究胺溶液吸收CO_2的動力學可以得到胺溶液吸收CO_2的速率,為胺溶液吸收CO_2的填料塔的設計及流程模擬提供可靠的數據支撐,同時可以從動態(tài)角度深入研究相同類型胺體系與CO_2反應的機理。本研究使得有機胺吸收CO_2的動力學和機理研究更加全面系統(tǒng),為有機胺捕獲二氧化碳反應機理研究、工業(yè)應用及后續(xù)研究提供參考和依據。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.1
【圖文】：

圖 1.1 典型 IGCC 工藝流程圖燃燒前捕獲工藝較復雜，能耗消耗較高，主要能耗在于水煤氣和蒸汽重整，若 CO2濃度和分壓高，可以使用成本較低的分離技術，降低一定的能耗。工藝總成本非常高，雖然比傳統(tǒng)標準電站運行成本低，但是高于燃燒后捕獲電站的運行成本。如果將燃燒前捕獲技術應用于傳統(tǒng)的燃煤電廠，需要進行大幅度的工藝改造，復雜繁瑣，因此 IGCC 技術僅適用于新電廠的建設。1.2.2 富氧燃燒技術富氧燃燒（Oxy-fuel Combustion）又名純氧燃燒，最早由 Abraham 于 1982年提出，是指在現(xiàn)有電站鍋爐系統(tǒng)的基礎上，用高純度氧氣替代空氣作為燃燒氧化劑，同時增加煙氣循環(huán)的技術。通常從空氣中分離出高純度的氧氣（O2純度 95%以上），通入鍋爐中與化石能源或者生物質進行充分燃燒，產物主要是 CO2、H2O及少量其他成分。相比于傳統(tǒng)工藝，產物中 CO2濃度更高，其他成分更少。再將燃燒的產物氣體循環(huán)送入爐膛中繼續(xù)充分燃燒，直到產物幾乎是 H2O 和 CO2。經

胺溶液和叔胺溶液吸收二氧化碳的反應動力學研究6圖 1.2 利用富氧燃燒技術捕集 CO2流程圖1.2.3 燃燒后捕獲技術燃燒后捕獲（Post-combustion Capture）是指直接從一次燃燒后的煙道氣中分離出 CO2的技術。燃燒后捕獲技術是常用于處理燃煤電廠煙道氣，常規(guī)燃煤電廠煙道氣的特點如下：CO2體積分數一般為 14-16%，分壓較低，氣體流量大，出口溫度較高，含有大量 N2，雜質 SOx、NOx濃度較高。捕獲費用偏高主要是由于 CO2濃度和分壓較低。燃燒后捕獲技術的主要工藝流程如下：先將煙道氣進行預處理，包括水洗、冷卻、脫硝、靜電除塵、脫硫等工序除去雜質，再通入一定溫度壓力下的脫碳設備，最后將高純度的 CO2經過壓縮，用于封存或者利用。工藝流程示意圖如圖 1.3 所示。圖 1.3 燃燒后捕獲技術用于燃煤電廠捕集 CO2工藝流程圖燃燒前捕獲技術和富氧燃燒技術都需要對原有的工廠進行改造來捕集 CO2，燃燒后捕獲技術只需要在現(xiàn)有工廠的尾部加上 CO2捕獲裝置，不需要對原有的工

【參考文獻】

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1 朱松麗;高翔;;“巴黎氣候協(xié)議”關鍵問題及其走向分析[J];中國能源;2015年10期

2 李鳳娟;高大文;胡晗華;;微藻高CO_2耐受機制及其在生物減碳領域的應用[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2015年04期

3 凌凡;張忠孝;樊俊杰;安海泉;;膜分離法、化學吸收法以及聯(lián)合法分離CO_2/CH_4試驗比較[J];動力工程學報;2015年03期

4 鄭楚光;趙永椿;郭欣;;中國富氧燃燒技術研發(fā)進展[J];中國電機工程學報;2014年23期

5 舟丹;;中國碳捕集與封存技術的突破性進展[J];中外能源;2014年06期

6 張一鳴;;能源企業(yè)實施CO_2捕捉[J];能源研究與利用;2013年06期

7 王亮方;劉輝煌;;國外CCS技術發(fā)展與產業(yè)化的研究綜述[J];系統(tǒng)工程;2013年08期

8 舟丹;;哥本哈根世界氣候大會[J];中外能源;2011年12期

9 方精云;朱江玲;王少鵬;岳超;沈海花;;全球變暖、碳排放及不確定性[J];中國科學:地球科學;2011年10期

10 李建強;;氨水及其復合溶液吸收煙氣中CO_2實驗研究[J];應用化工;2011年04期

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1 張鎖江;;離子液體:從基礎研究到工業(yè)應用[A];第三屆全國化學工程與生物化工年會邀請報告[C];2006年

本文編號：2724494