乙醇胺(MEA)溶液吸收CO2的试验研究
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In this paper, chemical absorption of CO2 in simulated flue gas with aqueous monoethanolamine (MEA) solution were investigated. The experiments were carried out in an aerated stirred vessel under semi-batch operation and the volume fraction was measured to evaluate absorption performance. The tests were conducted over the gas flow rate from 2L/min to 8L/min, CO2 volume fraction of gas from 9% to 18%, MEA concentration from 8wt% to 35wt% and temperature range of 303-323K. The analysis of data shows that removal efficiency decrease with the increased gas flow whereas absorption rate increases. In initial period of reaction, the increase of CO2 concentration shows slight effect on removal efficiency but obvious raise on absorption rate. Increase of solution concentration promotes both removal efficiency and absorption rate. Higher Temperature also shows promotion on the both indexes though its impact is not significant
A mathematical model was established combining the reactor and operating conditions with gas-liquid mass transfer models to describe the chemical absorption reaction process. Relevant parameters such as diffusion coefficients, mass transfer coefficients in gas and liquid phases and enhancement factor were calculated by theoretical or empirical equations. The mathematical model was used to predict the CO2 concentration of outlet gas in the initial period of reaction. The validity of the model and its basic hypothesis is verified by comparing the calculated values with experimental data. Furthermore, some suggestions on the modification of the model were given.
本 文 及 采 用 化 学 吸 收 法 对 模 拟 烟 气 中 的 CO2 进 行 吸 收 试 验 ，吸 收 剂 选 用 经 典 的 乙 醇 胺（ MEA）溶 液 。反 应 在 通 气 式 搅 拌 反 应 釜 中 进 行 ，试 验 以 半间歇式操作方法运行，主要通过对进出口 CO2 浓度的测量观察吸收效 果。试验主要研究了在烟气流量为 2L/min~8L/min，入口烟气 CO2 体积浓 度为 9%~18%，溶液中 MEA 质量浓度为 8%~35%，以及反应温度范围在 303K 至 323K 之 间 时 MEA 水 溶 液 对 CO2 的 吸 收 过 程 。通 过 对 试 验 数 据 的 分 析 和 处 理 得 到 了 这 四 组 不 同 条 件 对 CO2 脱 除 率 和 吸 收 速 率 的 影 响 。随 着 烟 气 流 量 的 增 大 ，脱 除 效 果 有 所 下 降 但 吸 收 速 率 上 升 ；在 反 应 前 期 ，烟 气 中 CO2 浓 度 的 升 高 对 脱 除 率 的 影 响 不 明 显 而 提 高 了 吸 收 速 率 ；提 高 溶 液 浓 度 同 时 促 进 了 脱 除 效 果 和 吸 收 速 率 ，溶 液 达 到 饱 和 所 需 的 时 间 延 长 ；另 外 ， 在试验所测的温度区间内，温度对脱除率和吸收速率都有轻微的促进作 用，但是效果不显著。
关键词 CO2 吸收；化学吸收；乙醇胺（MEA）溶液
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
There is growing concern that anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions are contributing to global climate change. Carbon capture and storage (CCS) is gaining attention as an option for limiting CO2 emissions from the use of fossil fuels. Three technological pathways that can be pursued for CO2 capture from coal-derived power generation are post-combustion capture, pre-combustion capture, and oxy-combustion. Among all the methods used for CO2 capture such as absorption, adsorption and membrane separation, chemical absorption is considered preferred for pulverized coal-fired power plants.
Academic Degree Applied for：
Master of Engineering
Specialty：
Thermal Energy Engineering
Affiliation:
School of Energy Sci. & Eng.
Date of Defence：
July, 2009
本 文 针 对 所 选 用 的 反 应 器 和 试 验 运 行 条 件 ，借 助 气 液 间 反 应 的 传 质 模 型对这一化学吸收反应过程的初始阶段进行了数学模型的描述并且对扩 散 系 数 、传 质 系 数 、增 强 因 子 等 相 关 参 数 进 行 了 求 取 。利 用 该 数 学 模 型 对 反 应 初 期 出 口 烟 气 的 CO2 浓 度 进 行 了 计 算 ，通 过 与 不 同 工 况 下 试 验 数 据 的 对 比 对 模 型 进 行 了 必 要 的 验 证 ，认 为 模 型 对 反 应 过 程 的 假 设 和 描 述 是 合 理 的，对模型今后的修正与完善奠定了一定的基础。
Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
全 球 变 暖 的 日 益 加 剧 引 起 了 人 们 对 二 氧 化 碳 （ CO2） 减 排 的 关 注 。 对 于 燃 用 化 石 燃 料 所 释 放 出 的 CO2 气 体 ，碳 捕 集 与 封 存（ CCS）技 术 是 一 种 有 效 的 减 排 手 段 。目 前 主 要 有 燃 烧 前 捕 集 、燃 烧 后 捕 集 、纯 氧 燃 烧 三 种 的 技 术 思 路 。在 吸 收 法 、吸 附 法 、膜 分 离 法 等 众 多 的 捕 集 方 法 中 ，利 用 有 机 胺溶液对溶液进行的化学吸收法被认为是当今较适用于燃煤电站烟气中 CO2 脱除的技术。
Keywords: CO2 absorption, chemical absorption, aqueous monoethanolamine (MEA) solution
- II -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘 要 .................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................... II
Classified Index: X701.7 U.D.C: ຫໍສະໝຸດ Baidu21.18
EXPERIMENTAL STUDY ON ABSORPTION OF CO2 IN AQUEOUS MONOETHANOLAMINE (MEA) SOLUTION
Candidate：
Si Nan
Supervisor：
Prof. Sun Rui
第 1 章 绪论 ........................................................................................... 1 1.1 课题研究背景................................................................................. 1 1.2 CO2 捕集技术与方法的研究现状 ..................................................... 2 1.2.1 CO2 捕集的技术思路 ................................................................. 2 1.2.2 CO2 捕集方法 ............................................................................ 4 1.3 有机胺溶液捕集 CO2 技术的研究现状 ............................................. 7 1.3.1 反应机理 .................................................................................. 8 1.3.2 不 同 种 类 胺 吸 收 剂 的 比 较 ....................................................... 11 1.4 本文研究的目的及内容 ................................................................ 13 1.5 本章小结 ...................................................................................... 13
国内图书分类号：X701.7 国际图书分类号：621.18
工学硕士学位论文
乙醇胺（MEA）溶液吸收 CO2 的试验研究
硕 士 研 究 生： 司南
导
师： 孙锐 教授
申 请 学 位： 工学硕士
学 科 、 专 业： 热能工程
所 在 单 位： 能源科学与工程学院
答 辩 日 期： 2009 年 7 月
授予学位单位： 哈尔滨工业大学
A mathematical model was established combining the reactor and operating conditions with gas-liquid mass transfer models to describe the chemical absorption reaction process. Relevant parameters such as diffusion coefficients, mass transfer coefficients in gas and liquid phases and enhancement factor were calculated by theoretical or empirical equations. The mathematical model was used to predict the CO2 concentration of outlet gas in the initial period of reaction. The validity of the model and its basic hypothesis is verified by comparing the calculated values with experimental data. Furthermore, some suggestions on the modification of the model were given.
本 文 及 采 用 化 学 吸 收 法 对 模 拟 烟 气 中 的 CO2 进 行 吸 收 试 验 ，吸 收 剂 选 用 经 典 的 乙 醇 胺（ MEA）溶 液 。反 应 在 通 气 式 搅 拌 反 应 釜 中 进 行 ，试 验 以 半间歇式操作方法运行，主要通过对进出口 CO2 浓度的测量观察吸收效 果。试验主要研究了在烟气流量为 2L/min~8L/min，入口烟气 CO2 体积浓 度为 9%~18%，溶液中 MEA 质量浓度为 8%~35%，以及反应温度范围在 303K 至 323K 之 间 时 MEA 水 溶 液 对 CO2 的 吸 收 过 程 。通 过 对 试 验 数 据 的 分 析 和 处 理 得 到 了 这 四 组 不 同 条 件 对 CO2 脱 除 率 和 吸 收 速 率 的 影 响 。随 着 烟 气 流 量 的 增 大 ，脱 除 效 果 有 所 下 降 但 吸 收 速 率 上 升 ；在 反 应 前 期 ，烟 气 中 CO2 浓 度 的 升 高 对 脱 除 率 的 影 响 不 明 显 而 提 高 了 吸 收 速 率 ；提 高 溶 液 浓 度 同 时 促 进 了 脱 除 效 果 和 吸 收 速 率 ，溶 液 达 到 饱 和 所 需 的 时 间 延 长 ；另 外 ， 在试验所测的温度区间内，温度对脱除率和吸收速率都有轻微的促进作 用，但是效果不显著。
关键词 CO2 吸收；化学吸收；乙醇胺（MEA）溶液
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
There is growing concern that anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions are contributing to global climate change. Carbon capture and storage (CCS) is gaining attention as an option for limiting CO2 emissions from the use of fossil fuels. Three technological pathways that can be pursued for CO2 capture from coal-derived power generation are post-combustion capture, pre-combustion capture, and oxy-combustion. Among all the methods used for CO2 capture such as absorption, adsorption and membrane separation, chemical absorption is considered preferred for pulverized coal-fired power plants.
Academic Degree Applied for：
Master of Engineering
Specialty：
Thermal Energy Engineering
Affiliation:
School of Energy Sci. & Eng.
Date of Defence：
July, 2009
本 文 针 对 所 选 用 的 反 应 器 和 试 验 运 行 条 件 ，借 助 气 液 间 反 应 的 传 质 模 型对这一化学吸收反应过程的初始阶段进行了数学模型的描述并且对扩 散 系 数 、传 质 系 数 、增 强 因 子 等 相 关 参 数 进 行 了 求 取 。利 用 该 数 学 模 型 对 反 应 初 期 出 口 烟 气 的 CO2 浓 度 进 行 了 计 算 ，通 过 与 不 同 工 况 下 试 验 数 据 的 对 比 对 模 型 进 行 了 必 要 的 验 证 ，认 为 模 型 对 反 应 过 程 的 假 设 和 描 述 是 合 理 的，对模型今后的修正与完善奠定了一定的基础。
Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology
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摘要
全 球 变 暖 的 日 益 加 剧 引 起 了 人 们 对 二 氧 化 碳 （ CO2） 减 排 的 关 注 。 对 于 燃 用 化 石 燃 料 所 释 放 出 的 CO2 气 体 ，碳 捕 集 与 封 存（ CCS）技 术 是 一 种 有 效 的 减 排 手 段 。目 前 主 要 有 燃 烧 前 捕 集 、燃 烧 后 捕 集 、纯 氧 燃 烧 三 种 的 技 术 思 路 。在 吸 收 法 、吸 附 法 、膜 分 离 法 等 众 多 的 捕 集 方 法 中 ，利 用 有 机 胺溶液对溶液进行的化学吸收法被认为是当今较适用于燃煤电站烟气中 CO2 脱除的技术。
Keywords: CO2 absorption, chemical absorption, aqueous monoethanolamine (MEA) solution
- II -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘 要 .................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................... II
Classified Index: X701.7 U.D.C: ຫໍສະໝຸດ Baidu21.18
EXPERIMENTAL STUDY ON ABSORPTION OF CO2 IN AQUEOUS MONOETHANOLAMINE (MEA) SOLUTION
Candidate：
Si Nan
Supervisor：
Prof. Sun Rui
第 1 章 绪论 ........................................................................................... 1 1.1 课题研究背景................................................................................. 1 1.2 CO2 捕集技术与方法的研究现状 ..................................................... 2 1.2.1 CO2 捕集的技术思路 ................................................................. 2 1.2.2 CO2 捕集方法 ............................................................................ 4 1.3 有机胺溶液捕集 CO2 技术的研究现状 ............................................. 7 1.3.1 反应机理 .................................................................................. 8 1.3.2 不 同 种 类 胺 吸 收 剂 的 比 较 ....................................................... 11 1.4 本文研究的目的及内容 ................................................................ 13 1.5 本章小结 ...................................................................................... 13
国内图书分类号：X701.7 国际图书分类号：621.18
工学硕士学位论文
乙醇胺（MEA）溶液吸收 CO2 的试验研究
硕 士 研 究 生： 司南
导
师： 孙锐 教授
申 请 学 位： 工学硕士
学 科 、 专 业： 热能工程
所 在 单 位： 能源科学与工程学院
答 辩 日 期： 2009 年 7 月
授予学位单位： 哈尔滨工业大学