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胺基功能化离子液体的合成及用于捕捉高炉煤气中CO_2的基础研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:06:21
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胺基功能化离子液体的合成及用于捕捉高炉煤气中CO_2的基础研究【摘要】:钢铁工业是能源消耗量大、温室气体排放量高的行业。高炉生产过程中产生的高炉煤气具有发生量大、可燃成分少和热值低

【摘要】:钢铁工业是能源消耗量大、温室气体排放量高的行业。高炉生产过程中产生的高炉煤气具有发生量大、可燃成分少和热值低的特点,其中CO_2含量占20%左右。本工作即以高炉煤气为背景开展的CO_2捕捉的相关基础实验研究,以达到提高高炉煤气的热值,减少温室气体排放量,降低CO_2气体在后续工艺中耗能循环的目的。 首先根据酸碱中和原理,采用冰水浴法开展多胺类离子液体的合成研究。选取乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺4种有机物提供阳离子,甲酸、乙酸、丙酸和乳酸4种有机酸提供阴离子,通过酸碱中和反应,制备出了12种多胺类离子液体。合成反应的条件为:反应物酸和碱各取2mol,冰水浴中搅拌3小时,产物通过60℃减压蒸馏纯化。并对离子液体的黏度、结构等进行了表征,计算了离子液体的沸点和对水的相对挥发度。 在此基础上,根据胺基功能化离子液体吸收CO_2的特点,开展了以合成的多胺类离子液体作为捕捉剂对CO_2气体进行捕集和分离的实验研究。实验采用高纯CO_2气体,气体流量为0.3L/min,吸收温度为25℃。上述12种离子液体捕捉剂均配置成50%的水溶液。通过比较CO_2脱除率(简称脱碳率)和吸收量,筛选出最佳捕捉剂。结果表明,四乙烯五胺甲酸盐离子液体脱除CO_2(简称脱碳)效果最佳,该离子液体对CO_2的最大吸收量为1.3molCO_2/mol捕捉剂。因此,实验选取四乙烯五胺甲酸盐离子液体作为最优捕捉剂。 以四乙烯五胺甲酸盐离子液体作为捕捉剂进行脱碳实验研究,确定脱碳最佳实验条件。实验研究了反应温度、水作为溶剂稀释离子液体对脱碳的影响。结果表明,低温、水作为溶剂稀释离子液体有利于CO_2的脱除,室温条件下比较有利于CO_2气体的脱除。随着反应温度的升高,吸收量有下降的趋势。对吸收饱和的四乙烯五胺甲酸盐离子液体进行了解吸实验,结果表明,实验的解吸条件为解吸温度60℃,真空度-0.06—-0.08MPa,解吸时间8小时。实验表明,通过4次吸收—解吸循环,四乙烯五胺甲酸盐离子液体解吸率均能达到88%以上,该离子液体可作为循环使用的捕捉剂。 【关键词】:高炉煤气 多胺类离子液体 CO_2捕集 脱碳率 吸收 解吸
【学位授予单位】:辽宁科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X757
【目录】:
  • 中文摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 课题的来源及研究背景10
  • 1.2 脱碳的研究现状10-11
  • 1.2.1 化学吸收法10-11
  • 1.2.2 物理吸收法11
  • 1.2.3 吸附法11
  • 1.3 离子液体简介11-14
  • 1.3.1 离子液体的物理化学性质12-13
  • 1.3.2 离子液体的合成方法13-14
  • 1.4 离子液体固定 CO_2的应用14-18
  • 1.4.1 传统离子液体14
  • 1.4.2 功能化离子液体14-16
  • 1.4.3 影响离子液体吸收 CO_2的因素16-18
  • 1.5 课题的国内外研究现状及面临的问题18-19
  • 1.6 课题研究目的及内容19-20
  • 第2章 多胺类功能化离子液体的合成和结构表征20-30
  • 2.1 反应机理20
  • 2.2 实验仪器及药品20-21
  • 2.3 实验流程21-23
  • 2.3.1 操作步骤21
  • 2.3.2 实验现象21-23
  • 2.4 离子液体的表征23-30
  • 2.4.1 离子液体的黏度23-26
  • 2.4.2 离子液体的红外光谱分析26-27
  • 2.4.3 离子液体的沸点计算27-28
  • 2.4.4 离子液体—水体系相对挥发度计算28-30
  • 第3章 胺基功能化离子液体吸收 CO_2的捕捉剂筛选实验..2230-47
  • 3.1 吸收反应机理30-31
  • 3.2 实验药品和仪器31
  • 3.3 实验分析方法31-32
  • 3.3.1 吸收曲线31-32
  • 3.3.2 吸收量的测定方法32
  • 3.3.3 捕捉剂筛选原则32
  • 3.4 捕捉剂的筛选实验装置32-33
  • 3.5 捕捉剂的筛选实验33-45
  • 3.5.1 不同捕捉剂的脱碳效果对比33-37
  • 3.5.2 不同捕捉剂吸收量的比较37-45
  • 3.6 红外谱图表征45-46
  • 3.7 本章小结46-47
  • 第4章 基础实验研究47-54
  • 4.1 实验流程47
  • 4.2 脱碳实验研究47-50
  • 4.2.1 温度对脱碳率的影响48-49
  • 4.2.2 水对捕捉剂脱碳量的影响49-50
  • 4.3 解吸实验研究50-53
  • 4.3.1 解吸实验装置图50-51
  • 4.3.2 捕捉剂的再生效率51-52
  • 4.3.3 捕捉剂的循环使用52-53
  • 4.4 本章小结53-54
  • 第5章 结论与展望54-56
  • 5.1 结论54-55
  • 5.2 展望55-56
  • 参考文献56-60
  • 附录60-65
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
  • 致谢66-67
  • 作者简介67-68


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