一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法，屬于二氧化碳捕 獲與分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)以來，隨著人類社會工業(yè)突飛猛進的發(fā)展，石油、煤、天然氣等燃料大量燃 燒，導(dǎo)致二氧化碳(C〇2 )氣體的排放量逐年急劇增加，全球溫度升高、溫室效應(yīng)、冰川融化、 海平面升高等環(huán)境問題引起了全球性關(guān)注。因此，如何快速有效地對C0 2進行捕獲吸收成為 當(dāng)下極具熱議的問題。
[0003] 有機胺化合物吸收法出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，因其具有吸收速率較快、吸收容量較 大、經(jīng)濟成本較低等優(yōu)點，已成為工業(yè)氣體凈化的主要方法之一。
[0004] 醇胺溶劑，1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)，具有較高的吸收容量和吸收速率。除了 C02吸收容量和吸收速率，溶劑吸收co2的質(zhì)量傳遞性能也是考察溶劑的重要因數(shù)。質(zhì)量傳遞 性能決定了完成特定脫碳任務(wù)所需要的最低填料高度和適宜操作條件，從而影響了設(shè)備投 資和操作費用，實驗所得的K cav可以直接用于工業(yè)設(shè)計，對于研究化學(xué)吸收過程有著重要的 意義。
[0005] 因此，研究此溶劑在填料塔中吸收C02的傳質(zhì)系數(shù)及模型具有重要的實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中的 研究不足，本發(fā)明主要提供1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)，在填料塔中吸收⑶ 2的總傳質(zhì)系 數(shù)(KGav)及模型。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法， 在填料塔內(nèi)，用醇胺溶液吸收二氧化碳，醇胺為1-二甲氨基-2-丙醇，醇胺溶液從上往下流 動，含二氧化碳的氣體從下往上流動，所述醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)K Cav按下式計 算：
[0008]
[0009] 其中，L表示填料塔內(nèi)的醇胺溶液的流量，單位為πΑιΓ2^1; PCC)2表示填料塔內(nèi)0)2的 分壓，單位為kPa; ae3q和a分別表示在該C02的分壓P〇)2下醇胺溶液中的C0 2平衡溶解度和0)2的 負(fù)載，單位均為1;C表示醇胺的濃度，單位為mol/L。
[0010] 進一步地，所述填料塔內(nèi)的1-二甲氨基-2-丙醇的濃度不超過8mol/L。
[0011] 進一步地，所述填料塔內(nèi)氣體進料溫度為293-333K。
[0012] 進一步地，所述填料塔內(nèi)氣體進料流速不超過50kmol · πΓ3 · IT1。
[0013] 進一步地，所述填料塔內(nèi)每摩爾1-二甲氨基-2-丙醇的負(fù)載不超過0.73mol C02。
[0014] 醇胺溶液在填料塔中吸收C〇2的過程主要是液膜控制過程；因此填料塔中吸收C〇2 的總傳質(zhì)系數(shù)(Kcav)與增強因子(E)和液相傳質(zhì)系數(shù)(ko L)存在正相關(guān)。ko L與氣相氣速無 關(guān)，但是與液相流量(L)的冪次方成正比關(guān)系（冪次方的范圍為:0.3-0.7)。同時增強因子 (E)與胺溶劑濃度以及C0 2分壓存在如下的關(guān)系：
[0015]
[0016] 根據(jù)以上，可以得出總傳質(zhì)系數(shù)(KGav)與L，C以及C0 2分壓存在如下的關(guān)系式：
[0017]
[0018] 通過一定的對經(jīng)驗公式的分析以及優(yōu)化得出總傳質(zhì)系數(shù)的表達式：
[0019]
[0020] 本發(fā)明的有益效果是，與傳統(tǒng)叔胺MDEA溶劑相比，新型的1DMA2P水溶液具有較高 傳質(zhì)性能，并發(fā)明針對這一種新型的醇胺1DMA2P提出了相應(yīng)的二氧化碳傳質(zhì)模型，可以根 據(jù)這一模型設(shè)計填料塔的高度，更好地吸收二氧化碳。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為吸收傳質(zhì)實驗裝置圖；附圖標(biāo)記：1. C02鋼瓶;2.空氣壓縮機;3.氣體流量計； 4.氣體混合器;5.吸收塔;6.恒溫水浴槽;7.恒流栗;8.貧液槽;9.溫度巡檢儀；10. C02分析 儀。
[0022]圖2為胺溶劑流量對KGav的影響；
[0023] 圖3為C02負(fù)載對KGav的影響；
[0024]圖4為胺溶劑濃度對KGav的影響。
[0025] 圖5為Kcav的實驗值以及預(yù)測值的比較。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0027] 在不同的操作條件下；即不同的胺溶劑的流量、不同的C02負(fù)載、不同的胺溶劑濃 度，通過測試不同條件的下的總傳質(zhì)系數(shù);發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果正如模型預(yù)測的所得;溶劑流量以 及溶劑濃度與總傳質(zhì)系數(shù)成正相關(guān);C0 2負(fù)載與總傳質(zhì)系數(shù)負(fù)相關(guān)。
[0028] 下面結(jié)合【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步的解釋和發(fā)明，但本發(fā)明并不限于實 施例所述的范圍。
[0029]實施例1:傳質(zhì)實驗過程
[0030]吸收傳質(zhì)實驗流程如圖1所示，空氣由空氣壓縮機壓縮后經(jīng)質(zhì)量流量計，C02氣體 由鋼瓶經(jīng)減壓閥、質(zhì)量流量計，兩種氣體分別通過質(zhì)量流量計控制其流量，并按一定比例進 入混合器，形成具有一定c〇2濃度的氣流，氣體經(jīng)充分混合后從底部進入吸收塔，用c〇 2分析 儀測量吸收塔進口處c〇2濃度，讀取的c〇2濃度與計算的c〇 2濃度(通過空氣和c〇2兩股氣流流 量和質(zhì)量流量計轉(zhuǎn)換因子計算而得)的誤差不能超過2 %，方可開始進行實驗。待C〇2分析儀 測量值穩(wěn)定之后，胺溶劑經(jīng)恒流栗后以一定流量從頂部進入吸收塔，這樣氣液兩相在吸收 塔中形成逆流接觸。運行20-25min待體系穩(wěn)定后，用C02分析儀分別測量并記錄不同填料高 度處的C02含量和相應(yīng)塔內(nèi)溫度。
[0031]實施例2:考察胺溶劑流量(L)對KGav的影響
[0032]用實施例1所述的方法，在常壓0.1 MPa的條件下，控制C02體積分?jǐn)?shù)為15%，通過恒 流栗控制混合溶液的流量，并測量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中吸收C02的傳質(zhì) 系數(shù)。最終結(jié)果如圖2所示，二氧化碳吸收劑中的醇胺流量越大，傳質(zhì)系數(shù)增加。結(jié)果實驗結(jié) 果正如模型預(yù)測的所得，胺溶劑的流量與總傳質(zhì)系數(shù)存在正相關(guān)。
[0033]實施例3:考察C02負(fù)載(a)對KGav的影響
[0034]用實施例1所述的方法，在常壓0.1 MPa的條件下，控制C02體積分?jǐn)?shù)為15%，通過改 變⑶2負(fù)載，并測量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中吸收C02的傳質(zhì)系數(shù)。最終結(jié)果 如圖3所示，C0 2負(fù)載增加，KGav減小。結(jié)果實驗結(jié)果正如模型預(yù)測的所得，胺溶劑的流量與總 傳質(zhì)系數(shù)存在負(fù)相關(guān)。
[0035] 實施例4:考察胺溶劑濃度(C)對KGav的影響
[0036]用實施例1所述的方法，在常壓0.1 MPa的條件下，控制C02體積分?jǐn)?shù)為15%，改變胺 溶劑濃度，測量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)、在填料塔中吸收C02的傳質(zhì)系數(shù)。最終結(jié)果如 圖4所示，胺溶劑濃度越大，傳質(zhì)系數(shù)增加。結(jié)果實驗結(jié)果正如模型預(yù)測的所得，胺溶劑的濃 度與總傳質(zhì)系數(shù)存在正相關(guān)。
[0037]實施例5 :KGav的實驗值以及預(yù)測值的比較
[0038]如圖5所示，用實施1所述的方法得到的總傳質(zhì)系數(shù)與用模型計算所得的總傳質(zhì)系 數(shù)比較吻合。
【主權(quán)項】
1. 一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法，在填料塔內(nèi)，用醇胺溶液吸收 二氧化碳，其特征在于，醇胺為1-二甲氨基-2-丙醇，醇胺溶液從上往下流動，含二氧化碳的 氣體從下往上流動，所述醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)Keav按下式計算：其中，L表示填料塔內(nèi)的醇胺溶液的流量，單位為mV Vi; Pco康示填料塔內(nèi)C〇2的分壓， 單位為kPa; aeq和a分別表示在該C〇2的分壓Pc日2下醇胺溶液中的C〇2平衡溶解度和C〇2的負(fù)載， 單位均為1; C表示醇胺的濃度，單位為mol/L。2. 如權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內(nèi)的1-二甲氨基-2-丙醇的 濃度C不超過8mol/L。3. 如權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內(nèi)氣體進料溫度為293-333K〇4. 如權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內(nèi)氣體進料流速不超過 SOkmol ? m_3 ? h_i。5. 如權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內(nèi)每摩爾I-二甲氨基-2-丙 醇的負(fù)載不超過〇.73mol C〇2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法，在填料塔內(nèi)，用醇胺溶液吸收二氧化碳，醇胺為1-二甲氨基-2-丙醇，醇胺溶液從上往下流動，含二氧化碳的氣體從下往上流動，所述醇胺溶液中二氧化碳的總傳質(zhì)系數(shù)KGav按下式計算：<maths num="0001"></maths>其中，L表示填料塔內(nèi)的醇胺溶液的流量，單位為m3m-2h-1；PCO2表示填料塔內(nèi)CO2的分壓，單位為kPa；aeq和a分別表示在該CO2的分壓PCO2下醇胺溶液中的CO2平衡溶解度和CO2的負(fù)載，單位均為1；C表示醇胺的濃度，單位為mol/L。本發(fā)明針對這一種新型的醇胺1DMA2P提出了相應(yīng)的二氧化碳傳質(zhì)模型，可以根據(jù)這一模型設(shè)計填料塔的高度，更好地吸收二氧化碳。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號】CN105510530
【申請?zhí)枴緾N201510897799
【發(fā)明人】梁志武, 劉賀磊, 文樂, 童柏棟
【申請人】湖南大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月8日