乙醇胺(MEA)溶液吸收CO2的试验研究

国内图书分类号：X701.7国际图书分类号：621.18工学硕士学位论文乙醇胺（MEA）溶液吸收CO2的试验研究硕士研究生：司南导师：孙锐教授申请学位：工学硕士学科、专业：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2009年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X701.7U.D.C:621.18EXPERIMENTALSTUDYONABSORPTIONOFCO2INAQUEOUSMONOETHANOLAMINE(MEA)SOLUTIONCandidate：SiNanSupervisor：Prof.SunRuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ThermalEnergyEngineeringAffiliation:SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence：July,2009HarbinInstituteofTechnologyDegree-Conferring-Institution：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要全球变暖的日益加剧引起了人们对二氧化碳（CO2）减排的关注。对于燃用化石燃料所释放出的CO2气体，碳捕集与封存（CCS）技术是一种有效的减排手段。目前主要有燃烧前捕集、燃烧后捕集、纯氧燃烧三种的技术思路。在吸收法、吸附法、膜分离法等众多的捕集方法中，利用有机胺溶液对溶液进行的化学吸收法被认为是当今较适用于燃煤电站烟气中CO2脱除的技术。本文及采用化学吸收法对模拟烟气中的CO2进行吸收试验，吸收剂选用经典的乙醇胺（MEA）溶液。反应在通气式搅拌反应釜中进行，试验以半间歇式操作方法运行，主要通过对进出口CO2浓度的测量观察吸收效果。试验主要研究了在烟气流量为2L/min~8L/min，入口烟气CO2体积浓度为9%~18%，溶液中MEA质量浓度为8%~35%，以及反应温度范围在303K至323K之间时MEA水溶液对CO2的吸收过程。通过对试验数据的分析和处理得到了这四组不同条件对CO2脱除率和吸收速率的影响。随着烟气流量的增大，脱除效果有所下降但吸收速率上升；在反应前期，烟气中CO2浓度的升高对脱除率的影响不明显而提高了吸收速率；提高溶液浓度同时促进了脱除效果和吸收速率，溶液达到饱和所需的时间延长；另外，在试验所测的温度区间内，温度对脱除率和吸收速率都有轻微的促进作用，但是效果不显著。本文针对所选用的反应器和试验运行条件，借助气液间反应的传质模型对这一化学吸收反应过程的初始阶段进行了数学模型的描述并且对扩散系数、传质系数、增强因子等相关参数进行了求取。利用该数学模型对反应初期出口烟气的CO2浓度进行了计算，通过与不同工况下试验数据的对比对模型进行了必要的验证，认为模型对反应过程的假设和描述是合理的，对模型今后的修正与完善奠定了一定的基础。关键词CO2吸收；化学吸收；乙醇胺（MEA）溶液-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThereisgrowingconcernthatanthropogeniccarbondioxide(CO2)emissionsarecontributingtoglobalclimatechange.Carboncaptureandstorage(CCS)isgainingattentionasanoptionforlimitingCO2emissionsfromtheuseoffossilfuels.ThreetechnologicalpathwaysthatcanbepursuedforCO2capturefromcoal-derivedpowergenerationarepost-combustioncapture,pre-combustioncapture,andoxy-combustion.AmongallthemethodsusedforCO2capturesuchasabsorption,adsorptionandmembraneseparation,chemicalabsorptionisconsideredpreferredforpulverizedcoal-firedpowerplants.Inthispaper,chemicalabsorptionofCO2insimulatedfluegaswithaqueousmonoethanolamine(MEA)solutionwereinvestigated.Theexperimentswerecarriedoutinanaeratedstirredvesselundersemi-batchoperationandthevolumefractionwasmeasuredtoevaluateabsorptionperformance.Thetestswereconductedoverthegasflowratefrom2L/minto8L/min,CO2volumefractionofgasfrom9%to18%,MEAconcentrationfrom8wt%to35wt%andtemperaturerangeof303-323K.Theanalysisofdatashowsthatremovalefficiencydecreasewiththeincreasedgasflowwhereasabsorptionrateincreases.Ininitialperiodofreaction,theincreaseofCO2concentrationshowsslighteffectonremovalefficiencybutobviousraiseonabsorptionrate.Increaseofsolutionconcentrationpromotesbothremovalefficiencyandabsorptionrate.HigherTemperaturealsoshowspromotiononthebothindexesthoughitsimpactisnotsignificantAmathematicalmodelwasestablishedcombiningthereactorandoperatingconditionswithgas-liquidmasstransfermodelstodescribethechemicalabsorptionreactionprocess.Relevantparameterssuchasdiffusioncoefficients,masstransfercoefficientsingasandliquidphasesandenhancementfactorwerecalculatedbytheoreticalorempiricalequations.ThemathematicalmodelwasusedtopredicttheCO2concentrationofoutletgasintheinitialperiodofreaction.Thevalidityofthemodelanditsbasichypothesisisverifiedbycomparingthecalculatedvalueswithexperimentaldata.Furthermore,somesuggestionsonthemodificationofthemodelweregiven.Keywords:CO2absorption,chemicalabsorption,aqueousmonoethanolamine(MEA)solution-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要....................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................II第1章绪论...........................................................................................11.1课题研究背景.................................................................................11.2CO2捕集技术与方法的研究现状.....................................................21.2.1CO2捕集的技术思路.................................................................21.2.2CO2捕集方法............................................................................41.3有机胺溶液捕集CO2技术的研究现状.............................................71.3.1反应机理..................................................................................81.3.2不同种类胺吸收剂的比较.......................................................111.4本文研究的目的及内容................................................................131.5本章小结......................................................................................13第2章试验装置及试验研究方法.........................................................142.1试验装置......................................................................................142.1.1CO2吸收试验系统...................................................................142.1.2试验设备与仪器.....................................................................142.1.3溶液循环系统.........................................................................172.2试验所用试剂...............................................................................182.3控制与测量系统...........................................................................182.3.1流量控制系统.........................................................................182.3.2温度测量................................