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。 【关键词】：离子液体 [NH_2-C_3mim][Br] CO_2 碳酸钾 醇胺溶液 超重力旋转床 吸收-解吸
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O645.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 CO_2固定技术研究进展11-14
• 1.1.1 传统的CO_2固定技术11-13
• 1.1.2 脱碳新技术13-14
• 1.2 沼气脱碳技术的研究与进展14-17
• 1.2.1 沼气的净化现状14-17
• 1.3 离子液体研究现状17-21
• 1.3.1 离子液体种类17-18
• 1.3.2 离子液体的合成18-19
• 1.3.3 离子液体性质研究进展19-21
• 1.4 CO_2分离及沼气净化研究与进展21-25
• 1.4.1 离子液体吸收CO_2及在沼气净化中的应用21-24
• 1.4.2 离子液体用于CO_2分离捕集及沼气净化的应用前景与展望24-25
• 1.4.3 工业上化学吸收法CO_2分离捕集及沼气净化的应用25
• 1.5 课题研究的目的及意义25
• 1.6 课题的研究内容25-26
• 2 离子液体[NH_2-C_3mim][Br]的制备26-31
• 2.1 引言26
• 2.2 试剂及仪器设备26-27
• 2.3 制备方法及步骤27
• 2.4 表征手段及方法27-30
• 2.4.1 Mohr法测量产物溴含量27-28
• 2.4.2 非水滴定法测定产物胺含量28
• 2.4.3 产物结构表征28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 离子液体[NH_2-C_3mim][Br]对CO_2的吸收31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 材料与方法31-33
• 3.2.1 主要实验试剂与仪器31
• 3.2.2 实验装置和方法31-33
• 3.3 结果与讨论33-38
• 3.3.1 温度对[NH_2-C_3mim][Br]吸收CO_2的影响33-34
• 3.3.2 离子液体质量分数对[NH_2-C_3mim][Br]吸收CO_2的影响34
• 3.3.3 压强对[NH_2-C_3mim][Br]吸收CO_2的影响34-35
• 3.3.4 [NH_2-C_3mim][Br]的再生工艺35-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 改良热钾碱法对CO_2的吸收39-46
• 4.1 引言39
• 4.2 材料与方法39-41
• 4.2.1 主要实验试剂与仪器39-40
• 4.2.2 实验装置和方法40-41
• 4.3 结果讨论41-44
• 4.3.1 温度对碳酸钾吸收CO_2的影响41-42
• 4.3.2 压强对碳酸钾吸收CO_2的影响42
• 4.3.3 K_2CO_3浓度对碳酸钾吸收CO_2的影响42-43
• 4.3.4 NaVO_3浓度对碳酸钾吸收CO_2的影响43
• 4.3.5 NaBO_3浓度对碳酸钾吸收CO_2的影响43-44
• 4.3.6 吸收液的解吸条件44
• 4.4 本章小结44-46
• 5 离子液体与醇胺溶液对CO_2吸收对比46-51
• 5.1 引言46
• 5.2 实验装置及试剂46-47
• 5.3 实验方法及设计47-48
• 5.4 实验结果及数据分析48-49
• 5.4.1 动静态过程的比较48-49
• 5.4.2 胺水溶液吸收溶解CO_2与离子液体比较49
• 5.5 流量差量法与质量差量法比较49-50
• 5.6 本章小结50-51
• 6 超重力场对沼气脱碳净化试验51-59
• 6.1 引言51
• 6.2 实验试剂及装置51-52
• 6.3 实验方案52-53
• 6.4 实验结果及数据处理53-57
• 6.4.1 离子液体复配溶剂在连续化超重力场对CO_2的吸收53
• 6.4.2 改良热钾碱法和活化醇胺溶液在连续化超重力场对CO_2的吸收53-55
• 6.4.3 离子液体复配溶剂在连续化超重力场对沼气的脱碳研究55-56
• 6.4.4 离子液体复配溶剂在连续化超重力场对沼气的脱碳效果研究56-57
• 6.4.5 离子液体的再生57
• 6.5 本章小结57-59
• 7 总结与展望59-61
• 7.1 全文总结59-60
• 7.2 本文创新点60
• 7.3 下一步工作展望60-61
• 参考文献61-67
• 硕士期间发表的论文67-68
• 后记68

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