一种新型混合有机胺CO2吸收剂的制作方法

一种新型混合有机胺co2吸收剂
技术领域
1.本发明涉及化学吸收及膜吸收等领域，特别涉及一种新型混合有机胺co2吸收剂领域。


背景技术：

2.随着工业的迅速发展，化石燃料消耗量急剧增长，导致大气中co2浓度激增，带来全球性的气候变化问题。
3.化学吸收分离法是当今世界上研究较为成熟、应用最为广泛、最有效的co2捕集方法之一。化学吸收法是利用co2与吸收剂在吸收塔内进行化学反应而形成一种弱联结的中间体化合物，然后在还原塔内加热富co2的吸收液使co2解吸出来，同时吸收剂得以再生。其中，有机胺是目前世界上应用最为广泛的co2吸收剂之一，它利用带有羟基和胺基的碱性水溶液作为吸收剂，利用吸收塔和再生塔组成系统对co2进行捕集。
4.然而，国内虽然已经开展了一定数量的关于混合胺吸收co2的实验及实践研究，但关于吸收co2特性最优的混合胺溶液的最佳配比缺乏深入系统的分析研究。现有的大部分混合有机胺吸收co2的能力尚且不足。因此，亟需开发一种新型的高效混合有机胺co2吸收剂。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种新型混合有机胺co2吸收剂，以解决现有技术中存在的问题。
6.为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，选择mea、mdea、deta三种有机胺吸收剂为研究对象，设计正交实验进行混合吸收剂配方优化，获得高效吸收性能的co2混合胺吸收剂配方；然后考察所得最优混合胺吸收剂的吸收性能与吸收温度、压力、吸收剂浓度等因素的定量关系，从而获得高效有机混合吸收剂配方，进行吸收剂的设计与优化。
7.所述正交实验采用静态吸收法，即将10ml一定浓度的吸收剂放在292ml的封闭反应容器中，向其中通入一定量的co2气体，并采用恒温水浴仪保持体系温度恒定不变，通过测量封闭反应体系中气体压降随时间的变化，利用克拉伯龙理想气体状态方程计算获得co2的吸收量、吸收负荷及吸收速率。
8.进一步，综合各项实验结果得到mea+deta混合胺吸收co2的最佳吸收条件为：308k、500kpa、总胺质量浓度为20％，mea与deta的配比为8:2。
9.本发明的创新点是毋庸置疑的：开发了以mea为主体，deta为添加剂的混合吸收剂，分析了混合吸收液在不同温度、压力、初始浓度、mea/deta配比等条件下的吸收特性，并获得了混合胺mea+deta吸收co2的最佳条件。
附图说明
10.图1为温度对mea+deta混合胺吸收co2量的影响；
11.图2为温度对混合胺吸收co2负荷的影响；
12.图3为温度对混合胺吸收co2速率的影响；
13.图4为压力对混合胺吸收co2量的影响；
14.图5为压力对混合胺吸收co2负荷的影响；
15.图6为压力对混合胺吸收co2速率的影响；
16.图7为混合胺吸收剂总浓度对co2吸收量的影响；
17.图8为混合胺吸收剂总浓度对co2吸收负荷的影响；
18.图9为混合胺吸收剂总浓度对co2吸收速率的影响；
19.图10为混合胺吸收剂配比对co2吸收量的影响；
20.图11为混合胺吸收剂配比对co2吸收负荷的影响；
21.图12为混合胺吸收剂配比对co2吸收速率的影响。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
23.实施例1：
24.采用静态吸收法，将10ml一定浓度的吸收剂放在292ml的封闭反应容器中，向其中通入一定量的co2气体，并采用恒温水浴仪保持体系温度恒定不变，通过测量封闭反应体系中气体压降随时间的变化，利用克拉伯龙理想气体状态方程计算获得co2的吸收量、吸收负荷及吸收速率。
25.由上述的实验方法设计正交实验，表1是正交实验的实验条件，表2是以表1所示的因素水平表进行混合胺溶液吸收co2的正交实验，得到不同配方混合胺溶液在不同温度、压力、浓度和配比条件下吸收co2的量和吸收负荷的结果。
26.表1混合胺吸收剂配方优化选择正交试验因素水平
[0027][0028]
表2混合吸收剂配方优化选择正交试验结果
[0029][0030]
参见表1和表2，具有最大的co2吸收量的实验组为h24号：298k，总胺溶液质量分数为20％，混合气体压力为500kpa，配比为8:2的mea+deta混合胺溶液；具有最高吸收负荷的实验组为h15号：298k，总胺溶液质量分数为8％，混合气体压力为700kpa，mea与deta的配比为8:2的混合胺溶液。
[0031]
表3和表4是对实验所得混合胺溶液吸收co2的量和吸收负荷进行正交分析所得到的结果。
[0032]
表3混合胺吸收co2正交实验数据分析表(吸收量)
[0033][0034]
表4混合胺吸收co2正交实验数据分析表(吸收负荷)
[0035][0036]
由表3和表4，在温度范围298k
‑
338k，混合气体压力300kpa
‑
700kpa,混合胺总胺浓度质量分数为8％
‑
20％条件下，不同配方的混合胺溶液对co2的吸收受浓度的影响最大，其次才是配方。不同有机胺在混合胺溶液中的配比对混合胺溶液吸收co2的量影响不大，但对混合胺溶液吸收co2的负荷有一定影响。混合胺对co2的吸收受压力的影响较温度更大一些。
[0037]
mea+deta的组合具有最高的co2吸收量；mdea+deta的组合具有高吸收负荷。298k、总胺质量分数20％、500kpa、mea和deta以体积比为8:2的比例混合是获得最大co2吸收量的组合；而338k、总胺质量分数8％、700kpa、mdea和deta以体积比为7:3的比例混合是获得最大co2吸收负荷的组合。
[0038]
由正交分析可知，mea+deta的组合在co2吸收量方面较mdea+deta的组合具有绝对优势，同时其平均吸收负荷非常接近mdea+deta的组合；且正交实验结果直观显示具有最高吸收量和吸收负荷的实验组合都是mea+deta的混合溶液,因此可以判定，在本实验条件下，mea+deta是最优的混合配方。
[0039]
实施例2：
[0040]
以吸收量为主要考虑因素，综合考虑吸收负荷，选取总胺浓度为20％，温度298k，压力700kpa，mea、deta配比为8:2，作为mea+deta混合胺吸收co2的基准条件，考察在温度298k
‑
338k，压力300kpa
‑
700 kpa，混合胺溶液初始浓度(质量分数)4％
‑
20％范围内，mea与deta不同配比的混合吸收剂吸收co2的特性，以评估温度、压力、吸收剂浓度及配比等因素对co2吸收的影响效果，获得mea+deta混合溶液吸收co2的最佳条件。表5是本实施例的实验条件。
[0041]
表5混合吸收剂mea+deta吸收性能影响因素实验
[0042][0043]
图1
‑
3是本实施例中温度对混合吸收剂的影响的实验结果。
[0044]
由图1
‑
3，总胺浓度为20％的混合胺mea+deta溶液在mea与deta配比为8:2，压力700kpa条件下，吸收co2的量、负荷及吸收速率均随温度升高而升高，但在308k
‑
328k区间内，温度对co2吸收的影响差别轻微，故在保证混合胺对co2的吸收性能提高的同时，考虑经济成本，认为308k为co2的最佳吸收温度条件。并在以下考察压力、浓度、配比等条件对混合胺吸收性能的影响时，温度都取在308k。
[0045]
图4
‑
6是本实施例中压力对混合吸收剂的影响的实验结果。
[0046]
由图4
‑
6，混合胺mea+deta在配比为8:2，温度308k，压力700kpa条件下，吸收co2的量、负荷均随压力升高而升高，在300kpa
‑
500kpa压力范围内，吸收co2的量及负荷随压力成倍增加，超过500kpa后增加幅度减弱。吸收速率受压力的影响微弱。因此，综合考虑吸收效果和经济成本，认为500kpa是混合胺mea+deta吸收co2的最佳压力条件。
[0047]
图7
‑
9是本实施例中混合胺吸收剂总浓度的影响的实验结果。
[0048]
由图7
‑
9，混合胺吸收剂mea+deta在308k、700kpa、配比为8:2条件下，吸收co2的量及速率随混合胺吸收剂总浓度的升高而接近成倍增长。在4％
‑
16％的浓度范围内，吸收负荷随混合胺吸收剂总浓度的升高而降低，但是总浓度为20％的混合胺吸收剂吸收co2的负荷超过了浓度为12％的混合胺吸收剂，这可能是由于随着混合胺浓度的进一步升高，co2吸收量的增加幅度超过了混合胺本身浓度的增加，使得20％的mea+deta混合溶液兼具高吸收负荷和大吸收量的优势。
[0049]
图10
‑
12是本实施例中混合胺吸收剂配比的影响的实验结果。
[0050]
由图10
‑
12，在308k，700kpa，质量分数为20％的总胺浓度条件下，随着deta在混合胺吸收剂中配比的增加，co2的吸收量、吸收负荷及吸收速率均有显著增加，但是mea和deta配比为6:4、7:3及8:2的混合吸收剂间吸收co2的量、负荷及速率的值较为接近，故在考虑经
济成本条件下认为，mea与deta的配比为8:2是经济有效的配方。
[0051]
综合分析可知，混合胺mea+deta吸收co2的量、负荷及速率均随压力、温度、添加deta的配比增加而增加；但在温度308k
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328k区间，压力500kpa
‑
700kpa，配比6:4、7:3及8:2间，混合胺mea+deta吸收co2的量、负荷及速率增加幅度不明显；在4％
‑
16％的浓度范围内，吸收负荷随混合胺吸收剂总浓度的升高而降低，但是随着浓度进一步增加，总浓度为20％的混合胺吸收剂吸收co2负荷高于浓度为12％的混合吸收剂，兼具高负荷高吸收量的优势。
[0052]
因此，得出mea+deta混合胺吸收co2的最佳条件为：308k、500kpa、总胺质量分数为20％，mea与deta的最佳配比为8:2。