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環(huán)境工程碩士論文答辯2007年6月8日位阻胺AMP溶液富集煙道氣中二氧化碳的研究

答辯人：張培導師：施耀教授環(huán)境工程碩士論文答辯內(nèi)容提要CO2處理技術(shù)研究進展和主要研究內(nèi)容

1實驗裝置及分析測試方法

2實驗結(jié)果與討論3結(jié)論與建議4環(huán)境工程碩士論文答辯地球溫度變化與冰山融化地球表面溫度變化地球冰川面積變化環(huán)境工程碩士論文答辯溫室效應的危害冰川融化海洋風暴增多沙漠化面積增大土地干旱珊瑚礁退化溫室效應危害溫度上升土地沙漠化冰川融化物種消失海洋風暴增多保護好人類生存的環(huán)境，是我們共同的責任！處理好溫室效應（溫室氣體的削減）環(huán)境工程碩士論文答辯CO2資源化醫(yī)用局部麻醉劑有機合成原料食品冷凍劑焊接絕緣劑凈化滅火、人工降雨劑CO2驅(qū)油CO2綜合利用地層原油采收率可提高10～15%如何有效富集CO2進一步用于CO2驅(qū)油技術(shù)是本課題的選題背景環(huán)境工程碩士論文答辯CO2分離方法MethodsCDBE化學吸收法物理吸收法膜分離法低溫分離法AF變溫吸附法變壓吸附法火電廠鍋爐排氣中低濃度CO2的分離回收。

小規(guī)模的化學工業(yè)，高CO2分壓的煙氣。

油田產(chǎn)生的氣體、脫除天然氣中的CO2以及富集煙道氣中的CO2等。

油田伴生氣中CO2的回收，CO2含量較高的混合氣體的處理。

高溫下回收CO2

實用于CO2含量<50%、高壓的氣體回收CO2

環(huán)境工程碩士論文答辯

方程式首先生成兩性離子：AMP與CO2反應機理動畫演示兩性離子機理生成兩性離子

方程式兩性離子與堿催化物脫離子反應：其中B可以是AMP，H2O，OH-

方程式1脫離子反應總反應

方程式2環(huán)境工程碩士論文答辯AMP國際主要研究進展Saha、Mandal等課題組對AMP與其有機胺的混合胺的擴散系數(shù)以及粘度等基本參數(shù)進行測試，同時，建立混合胺吸收CO2的傳質(zhì)反應動力學模型。Aroonwilas,Veawab課題組研究了AMP在填料塔中的吸收CO2的傳質(zhì)吸收行為和腐蝕性，并且通過再生熱焓的研究，探討了AMP的再生性能。Lee,Song課題組研究了AMP的擴散系數(shù)、粘度等基本參數(shù)，以及AMP吸收CO2傳質(zhì)系數(shù)的模型建立。Li,Chen課題組研究了AMP的密度，擴散系數(shù)、粘度、再生熱能等基本參數(shù)，以及AMP在填料塔中吸收CO2行為和有機胺吸收CO2的傳質(zhì)系數(shù)模型研究。Alvarez,Navaza課題組研究了AMP的密度，擴散系數(shù)、表面張力、粘度等基本參數(shù)，以及AMP再生熱焓的研究。Bouhamra,Sami課題組研究了AMP與其他胺混合的傳質(zhì)動力學系數(shù)，對AMP吸收CO2的傳質(zhì)機理進行研究。環(huán)境工程碩士論文答辯本論文組織思路ⅠⅡⅢ初步探索基本因素對于吸收性能的影響。了解AMP吸收性能。一、AMP水溶液吸收CO2基礎(chǔ)實驗研究。

補充了以雙膜模型為理論基礎(chǔ)，對單純AMP吸收CO2嚴格數(shù)學傳質(zhì)模型的研究。二、AMP水溶液吸收CO2模型研究。

對AMP的再生性能的實驗研究進行了有效補充。三、AMP吸收飽和富液再生研究。

環(huán)境工程碩士論文答辯實驗流程圖-吸收實驗Fig.1ExperimentalapparatusformeasurementofCO2absorptionrate1,2氣體罐；3,4氣體減壓閥；5,6轉(zhuǎn)子流量計；7緩沖瓶；8,11三通閥；9吸收室；10攪拌槳；12,13皂膜流量計；14,15磁力傳動裝置；16,17調(diào)速電機；18轉(zhuǎn)速控制器；19恒溫水浴；20液體進口；21,22液體控制閥；

環(huán)境工程碩士論文答辯實驗流程圖-再生實驗Fig.2Experimentalapparatusfordetermining

CO2regeneration1.magneticstirringapparatuswithoilbath;2.flask;3.condensertube;4.suctionbottle;5.Ca(OH)2;6,7.condensationwater.

環(huán)境工程碩士論文答辯吸收速率表達式：式中：N——CO2吸收速率，kmolm-2s-1；

Vin，Vout——進出口流量，m3s-1；

P1——CO2分壓，kPa；

A——氣液接觸面積，m2；

R——摩爾氣體常數(shù)，kJkmol-1K-1；

T——溫度，K；采用matlab語言編程，計算測定的吸收速率對時間的積分，得到CO2吸收容量。實驗分析方法檢測項目分析測試方法混合氣體CO2濃度氣相色譜氣、液相攪拌速率光電轉(zhuǎn)速測量儀進、出氣流量皂膜流量計胺溶液密度化學滴定法胺溶液濃度按去離子水與胺配比溫度水銀溫度計pH值pH計時間秒表環(huán)境工程碩士論文答辯

AMP水溶液吸收CO2實驗研究

圖3-1吸收速率隨時間變化曲線

(p=1atm,T=303K,ng=250-260rpm,nL=120-130rpm)圖3-2吸收容量隨時間變化曲線(p=1atm,T=303K,ng=250-260rpm,nL=120-130rpm)環(huán)境工程碩士論文答辯

AMP水溶液吸收CO2實驗研究

圖3-3溫度與吸收速率曲線(p=1atm,ng=250-260rpm,nL=120-130rpm)圖3-4不同溫度下吸收量與吸收速率曲線(p=1atm,ng=250-260rpm,nL=120-130rpm)環(huán)境工程碩士論文答辯AMP水溶液吸收CO2實驗研究圖3-5吸收量vs吸收速率曲線(p=1atm,T=303K,ng=250-260rpm,nL=120-130rpm)環(huán)境工程碩士論文答辯AMP水溶液吸收CO2動力學模型研究

CO2平衡：總碳平衡：總AMP平衡：電荷平衡：反應速率方程：，

邊界條件如下：

y=yL處，ui=ui0

(i=1,2…7)

；

y=0處，

模型參數(shù)的計算參考Danckwerts,Xu等人的研究。其中，具體參數(shù)有：亨利系數(shù)、擴散系數(shù)、平衡常數(shù)、反應速率常數(shù)等。運用離散法處理微分方程。將[0，yL]N等分，則有：

結(jié)合邊界條件，將微分方程轉(zhuǎn)變成代數(shù)方程組進行計算。用Newton迭代法處理代數(shù)方程。

u1=[CO2],

u2=[],u3=[],

u4=[],u5=[OH-],

u6=[],

u7=[H+]

為方便膜里各物質(zhì)的濃度簡寫反應機理根據(jù)兩性離子機理，建立反應方程式組。數(shù)學模型方程式建立根據(jù)碳、胺、電荷平衡以及反應平衡建立方程組。邊界條件及參數(shù)計算從文獻查詢物化參數(shù)，根據(jù)邊界條件進行模型計算模型計算運用MatlabR14編程軟件，進行模型計算環(huán)境工程碩士論文答辯AMP與CO2反應動力學區(qū)域判定

t(min)VL=100mLVL=200mL103

N(kmolm-2s-1)103

N(kmolm-2s-1)50.0012550.001280100.0011350.001185200.0009500.000962300.0007990.000793400.0007230.000730500.0006720.000666600.0005260.000563800.0004630.000485t(min)nL=100rpmnL=180rpm103N(kmolm-2s-1)103

N(kmolm-2s-1)51.253676E-31.167435E-3101.175145E-31.086095E-3209.233262E-49.355769E-4307.654981E-47.034762E-4405.375839E-45.023609E-4504.065761E-44.207809E-4604.210632E-43.785322E-4803.900124E-43.396588E-4表1液相體積和氣相轉(zhuǎn)速對吸收速率的影響持液量的改變并沒有使得吸收速率產(chǎn)生變化，液相傳質(zhì)系數(shù)的改變并沒有使得吸收速率產(chǎn)生變化，結(jié)合濃度的變化曲線，根據(jù)Levenspiel提出的判斷方法

確定AMP與CO2反應動力學區(qū)域為快速擬1級反應環(huán)境工程碩士論文答辯AMP水溶液吸收CO2動力學模型研究圖3－8膜內(nèi)各物質(zhì)濃度變化曲線

環(huán)境工程碩士論文答辯AMP水溶液吸收CO2動力學模型研究圖3-11文獻值vs模型值環(huán)境工程碩士論文答辯AMP吸收飽和富液再生研究圖3-12再生溫度與再生效率、產(chǎn)氣時間曲線

圖3-13再生溫度與pH變化曲線環(huán)境工程碩士論文答辯AMP吸收飽和富液再生研究圖3-18幾種胺再生效率對比(第一次再生()，第二次再生())環(huán)境工程碩士論文答辯內(nèi)容提要實驗結(jié)果與討論3實驗裝置及分析測試方法

2CO2處理技術(shù)研究進展和主要研究內(nèi)容

1結(jié)論與建議4環(huán)境工程碩士論文答辯主要結(jié)論主要結(jié)果1、AMP的單一溶液吸收CO2，摩爾濃度越高，吸收速率越快。溫度的升高也會適當提高吸收速率

2、吸收速率隨著CO2吸收負荷的增加而降低。3、幾種胺溶液吸收CO2的速度大小在開始階段依次為：DETA>MEA>DEA>AMP>MDEA。其中AMP的吸收容量相當于MEA、DEA的兩倍。

主要結(jié)果1、AMP與CO2反應的動力學區(qū)域為快速擬1級反應。2、嚴格膜模型計算值與實驗值較好地吻合。當溶液中CO2的負荷越小，模型值和實驗值吻合度越高。3、膜內(nèi)各種物質(zhì)濃度的變化曲線很好的模擬了膜內(nèi)的傳質(zhì)反應過程。4、文獻報道值驗證模型的可信度。主要結(jié)果1、根據(jù)再生所需時間、再生溫度初步判定最佳再生溫度為383K。

2、6次再生吸收循環(huán)實驗，溶液的再生效率仍然高達94.0％，整個過程吸收容量只降低了4.4％。3、通過各種胺再生效率的比較發(fā)現(xiàn)，AMP具有較高的再生效率。它們再生效率從大到小依次排序為：AMP>MDEA>DETA>DEA>MEA。

模型研究再生研究基礎(chǔ)研究環(huán)境工程碩士論文答辯建議與展望進行小型中試高效添加劑研究進一步考察CO2分壓對于AMP吸收特性的影響，以及吸收溶液的腐蝕性研究。同時，AMP對H2S和CO2競爭吸收進行研究，進一步考察其工業(yè)應用前景。結(jié)合混合胺的研究方法，找到一種吸收速率快的有機胺與AMP進行混合，研究混合胺吸收特性。同時結(jié)合再生研究，考察其再生性能。建議與展望進一步研究工業(yè)應用價值基礎(chǔ)研究環(huán)境工程碩士論文答辯碩士學位期間發(fā)表論文情況PeiZhang,YaoShi,Jian-WenWei,Kineticsregionandmodelformasstransferincarbondioxideabsorptionintoaqueoussolutionof2-amino-2-methyl-1-propanol.Separation&PurificationTechnology,56(2007)340-347.

PeiZhang,YaoShi,Jian-WenWei,WeiZhao,QingYe,Regenerationof2-amino-2-methyl-1-propanolusedforcarbondioxideabsorption.J.Environ.Sci-China

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