催化活化MDEA溶液对天然气中CO_2吸收的研究

【摘要】：在低碳经济成为经济发展趋势的今天,天然气已经成为一种非常重要的清洁能源。C02是天然气中含量较高的酸性组分之一,C02不仅会降低天然气品质,也会腐蚀金属管道、设备反应器等带来安全隐患,甚至还会造成污染环境,危害人体健康。因此,天然气必须脱除C02后才能进行输送和利用。 醇胺法是天然气工业中最为常用的脱碳方法,在众多醇胺中,MDEA(N-甲基二乙醇胺)由于吸收负荷高,化学稳定性好,腐蚀性小,再生热负荷低,溶液不易发泡降解等优点,成为应用最广泛的脱碳剂之一。以MDEA为主要组分,添加少量催化活化剂是天然气脱碳溶剂的一种理想选择。 本课题的主要内容是研究催化活化MDEA溶液对CO2的吸收性能。用N2+CO2配制成C02浓度为100g/m3的原料气模拟含酸性组分的天然气,首先在静态实验条件下考察MDEA浓度、吸收温度、气体线速度等实验条件对脱碳效果的影响；然后考察DEA、MEA、环状胺类化合物等不同活化剂对MDEA活化性能的影响,探讨活化剂对促进MDEA吸收CO2作用的反应机理,挑选最佳脱碳溶剂并在动态循环实验条件下检验最佳脱碳溶剂的脱碳效果和稳定性；最后对最佳脱碳溶剂的腐蚀性等其他性质进行考察。 在静态条件下探讨了MDEA浓度、反应温度以及气体线速度对C02吸收反应的影响,研究结果表明：随着MDEA浓度增大,吸收效果先提高后降低,在反应前60min内,MDEA浓度为35%时吸收效果最好,在反应时间超过60min后,45%的MDEA溶液吸收效果最好；吸收效果随反应温度的增加呈现先增大后减小的趋势,最佳反应温度出现在40℃；气体线速度越小,吸收效果越好。确定实验最佳条件为：MDEA浓度为45%、反应温度为40℃,气体线速度为0.52m/min。 对不同催化活化剂对脱碳效果的影响以及动态循环实验研究结果表明：催化活化效果HAMEADEA,其中5%HA活化的MDEA溶液脱碳效果最好,活化后的MDEA溶液穿透时间和穿透碳容是未活化MDEA溶液的7.75倍和8.31倍；经过动态循环实验验证其具有良好的稳定性和较高的脱碳率。腐蚀实验结果表明：温度越高,腐蚀速率越快；再生后的贫液腐蚀性要大于从未反应过的贫液；加入HA后的MDEA溶液腐蚀性与MDEA溶液相差不大,HA不会导致MDEA溶液腐蚀性增加。 【关键词】：天然气 MDEA CO_2 催化活化
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE644
【目录】：

• 附件2-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 文献综述12-24
• 1.1 CO_2与气候变化12-13
• 1.2 天然气在能源结构中的地位及其脱碳指标13-14
• 1.3 天然气中CO_2分离技术现状14-18
• 1.3.1 化学吸收法14-16
• 1.3.2 物理吸收法16-17
• 1.3.3 变压吸附法17
• 1.3.4 低温分离法17-18
• 1.3.5 膜分离法18
• 1.4 醇胺法反应机理简介18-22
• 1.4.1 伯胺仲胺与CO_2的反应机理19-20
• 1.4.2 叔胺与CO_2的反应机理20
• 1.4.3 空间位阻胺与CO_2的反应机理20-21
• 1.4.4 混合胺与CO_2的反应机理21-22
• 1.5 选题依据与研究思路、研究内容22-24
• 1.5.1 选题依据22
• 1.5.2 研究思路22
• 1.5.3 研究内容22-24
• 2 静态吸收CO_2实验因素考察24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 实验方法24-29
• 2.2.1 实验仪器和试剂24-25
• 2.2.2 静态实验流程25-26
• 2.2.3 实验操作和分析方法26-28
• 2.2.4 CO_2吸收效果评价28-29
• 2.3 实验结果与讨论29-35
• 2.3.1 MDEA浓度对CO_2吸收效果的影响29-31
• 2.3.2 反应温度对CO_2吸收效果的影响31-33
• 2.3.3 气体线速度对CO_2吸收效果的影响33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 活化剂种类对吸收效果的影响36-57
• 3.1 引言36
• 3.2 MEA、DEA和杂环胺(Heterocyclic amine)简介36-37
• 3.3 单组份活化剂对MDEA的活化作用37-45
• 3.3.1 MEA添加量对MDEA吸收CO_2效果的影响37-39
• 3.3.2 DEA添加量对MDEA吸收CO_2效果的影响39-41
• 3.3.3 HA添加量对MDEA吸收CO_2效果的影响41-43
• 3.3.4 单组份MEA、DEA、HA对MDEA最佳活化效果对比43-45
• 3.4 多组份活化剂对MDEA的活化作用45-51
• 3.4.1 DEA、MEA二元混合活化剂加入量的影响45-47
• 3.4.2 DEA、HA二元混合活化剂加入量的影响47-49
• 3.4.3 MEA、HA二元混合活化剂加入量的影响49-51
• 3.5 动态连续验证实验51-56
• 3.5.1 动态实验装置参数及实验条件51-53
• 3.5.2 动态实验流程53-55
• 3.5.3 动态连续实验吸收效果55-56
• 3.6 本章小结56-57
• 4 催化活化MDEA溶液的腐蚀性研究及其他性质57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 实验试剂及仪器57-58
• 4.3 溶液基本性质58
• 4.4 溶液腐蚀性58-66
• 4.4.1 实验流程与分析方法58-60
• 4.4.2 腐蚀实验结果分析60-64
• 4.4.3 腐蚀产物分析64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 结论与建议67-69
• 5.1 结论67
• 5.2 建议67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 个人简历75
• 发表的学术论文75

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