TEPA-PZ复配溶液吸收二氧化碳实验研究
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有机胺 类 捕 集 烟 气 中 ＣＯ２ 的 主 流 工 艺 是 ＭＥＡ法，虽 然 ＭＥＡ法捕集 ＣＯ２吸收速率快、吸收能力强、设备尺寸较小［７－９］， 但是该还存在 很 多 不 足 ［１０－１３］，比 如 溶 液 蒸 汽 压 较 高、易 挥 发、 ＭＥＡ溶剂损失严重、热稳定性差、受热易分解等。另外 ＭＥＡ与 ＣＯ２ 反应生成的氨基甲酸盐类物质不易再生，再生能耗高；并且 溶液对设备的腐蚀 性 强，腐 蚀 产 生 的 铁、铬、镍、铜 等 离 子 的 存 在会进一步加速 ＭＥＡ的分解；抗氧化能力差，ＭＥＡ与氧气易发 生氧化降解，生成蚁酸、氨基乙酸和草酸等副产物［１４］，这些副产 物在加剧了设备腐蚀程度的同时又进一步加速了有机胺的氧 化降解，如此形成恶性循环使正常生产无法进行。
表 １ 实验试剂 Ｔａｂｌｅ１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅａｇｅｎｔｓ
试剂名称
分子式
规格
生产厂家
四亚乙基五胺 Ｃ８Ｈ２３Ｎ５ 分析纯 国药集团化学试剂有限公司
哌嗪 稀硫酸
Ｃ４Ｈ１０Ｎ２ Ｈ２ＳＯ４
分析纯 国药集团化学试剂有限公司 分析纯 国药集团化学试剂有限公司
甲基橙 Ｃ１４Ｈ１４Ｎ３ＮａＯ３Ｓ分析纯 国药集团化学试剂有限公司
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＣＯ２ｂｙＴＥＰＡ－ＰＺＣｏｍｐｌｅｘＳｏｌｕｔｉｏｎ
ＬｉＪｉａｎｑｉａｎｇ
（ＤｏｎｇｙｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｒａｔｉｏｏｆＴＥＰＡａｓｍａｉｎａｂｓｏｒｂｅｎｔａｎｄＰＺｍａｓｓｅｒａｓａｕｘｉｌｉａｒｙａｂｓｏｒｂｅｎｔｗａｓ２０∶１～２０∶６．Ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅａｔ３１３Ｋ ａｎｄ３９３Ｋ ｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｎｅｃｙｃｌｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｃｒｅｅｎｉｎｇｏｆ２０∶４ＴＥＰＡ＋ＰＺｅｎａｍｉｎｅｃｏｍｐｏｕｎｄ，ｓｉｘｃｙｃｌｉｃａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｙｃｌｉｃａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＥＰＡ；ＰＺ；ＣＯ２；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ
１ 实验试剂和仪器 １．１ 实验试剂
实验中所运用的实验药品见表 １。用去离子水分别配制 ６ 组二元复配药剂 ＴＥＰＡ＋ＰＺ，物 质 的 量 配 比 为 （２０∶１～２０∶６） ５００ｍＬ复配 胺 溶 液，实 验 所 制 复 配 烯 胺 溶 液 总 胺 浓 度 都 为 ０８ｍｏｌ／Ｌ。恒温油浴：４０℃、８５％ ＣＯ２（体积分数）、１５％ Ｎ２（体 积分数）模拟电厂烟气。
为解决 ＭＥＡ工艺缺点，开发了复合胺吸收剂。其中烯胺 具有多氨基结构特点，吸收容量大、吸收速率快［１５］，是当前的研 究热点之一。本文以 ＴＥＰＡ为主吸收剂，ＰＺ为辅助吸收剂，研 究新型复合吸收 剂 的 吸 收 和 解 吸 性 能，进 行 降 解 稳 定 性 研 究， 探索降解产物，为吸收剂优化提供指导。
氢氧化钙
Ｃａ（ＯＨ）２ 分析纯 国药集团化学试剂有限公司
二氧化碳 氮气
ＣＯ２
≥９９％东营市顺邦特种气体有限公司
Ｎ２
≥９９％东营市顺邦特种气体有限公司
氧气
Ｏ２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
≥９９％东营市顺邦特种气体有限公司
１．２ 实验仪器
实验仪器设备于表 ２。 表 ２ 实验仪器
Ｔａｂｌｅ２ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｐｐａｒａｔｕｓ
仪器名称
第 ８期
李建强：ＴＥＰＡ－ＰＺ复配溶液吸收二氧化碳实验研究
·１８１·
ＴＥＰＡ－ＰＺ复配溶液吸收二氧化碳实验研究
李建强
（东营职业学院，山东 东营 ２５７０９１）
摘要：以烯胺吸收剂 ＴＥＰＡ（四亚乙基五胺）为主吸收剂与辅助吸收剂 ＰＺ（哌嗪）按物质的量配比 ２０∶１～２０∶６进行复配，通过一次循环吸 收、解吸实验，对啊比其在 ３１３Ｋ温度下的吸收量、吸收速率以及 ３９３Ｋ温度下的再生速率、再生量以及它们的降解率。以筛选出较好的 ２０∶４ＴＥＰＡ＋ＰＺ烯胺复配药剂为基础，进行 ６次循环吸收 －解吸实验，探讨了循环吸收、解吸性能。 关键词：四亚乙基五胺；哌嗪；二氧化碳；吸收；解吸 中图分类号：Ｘ７０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０８－０１８１－０４
２ 实验流程与原理 ２．１ 循环吸收实验流程
在搅拌反应釜内进行 ＣＯ２循环吸收实验，该釜外层采用油 浴加热的方式维持内层釜内溶液吸收温度稳定。循环吸收实 验装置示意图如图 １所示。
收稿日期：２０１９－０１－２９ 作者简介：李建强（１９６７—），硕士，副教授，主要从事石油化工技术研究。
·１８２·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第 ４８卷
１．ＣＯ２钢瓶；２．Ｎ２钢瓶；３，４．气体减压阀；５，６．转子流量计；７．气体混合缓冲罐；８．三通阀；９．螺旋玻璃管；１０．水浴锅；１１，１８．硅胶干燥管； １２，１９．皂膜流量计；１３．反应釜进气孔；１４．多孔鼓泡管；１５．油浴锅；１６．精密增力电动搅拌器；１７．智能电子 ｐＨ计
型号
生产厂家
玻璃反应釜
Ｓ２１２－１Ｌ 郑州南北仪器设备有限公司
精密增力电动搅拌器 ＪＪ－１２５Ｗ
江苏省金坛市宏华仪器
转子流量计
ＬＺＢ－ＤＫ８００－４Ｆ 苏州化工仪表有限公司
数字皂膜 ／液体流量计 ＳＰ－１０４Ｂ 北京三普分析仪器研发中心
恒温油浴锅
ＨＨ－ＤＲ１ 江苏省金坛市阳光仪器厂
精密电子天平
ＪＨ５０２ 上海精科天美贸易有限公司
燃煤电厂是国内最大的 ＣＯ２排放源，占据了 ４０％以上排放 量，对燃煤烟气中 ＣＯ２ 进行捕集和利用，是目前碳减排的核心 技术之一。烟气中 ＣＯ２的分离与回收，目前广泛采用的捕集方 法是化学吸收法中的有机胺法［１－３］。该法是利用 ＣＯ２ 与有机 胺发生可逆的化 学 反 应，吸 收 与 解 吸 交 替 进 行，从 而 实 现 二 氧 化碳从烟气中的分离 。 ［４－６］
表 １ 实验试剂 Ｔａｂｌｅ１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅａｇｅｎｔｓ
试剂名称
分子式
规格
生产厂家
四亚乙基五胺 Ｃ８Ｈ２３Ｎ５ 分析纯 国药集团化学试剂有限公司
哌嗪 稀硫酸
Ｃ４Ｈ１０Ｎ２ Ｈ２ＳＯ４
分析纯 国药集团化学试剂有限公司 分析纯 国药集团化学试剂有限公司
甲基橙 Ｃ１４Ｈ１４Ｎ３ＮａＯ３Ｓ分析纯 国药集团化学试剂有限公司
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＣＯ２ｂｙＴＥＰＡ－ＰＺＣｏｍｐｌｅｘＳｏｌｕｔｉｏｎ
ＬｉＪｉａｎｑｉａｎｇ
（ＤｏｎｇｙｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｒａｔｉｏｏｆＴＥＰＡａｓｍａｉｎａｂｓｏｒｂｅｎｔａｎｄＰＺｍａｓｓｅｒａｓａｕｘｉｌｉａｒｙａｂｓｏｒｂｅｎｔｗａｓ２０∶１～２０∶６．Ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅａｔ３１３Ｋ ａｎｄ３９３Ｋ ｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｎｅｃｙｃｌｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｃｒｅｅｎｉｎｇｏｆ２０∶４ＴＥＰＡ＋ＰＺｅｎａｍｉｎｅｃｏｍｐｏｕｎｄ，ｓｉｘｃｙｃｌｉｃａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｙｃｌｉｃａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＥＰＡ；ＰＺ；ＣＯ２；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ
１ 实验试剂和仪器 １．１ 实验试剂
实验中所运用的实验药品见表 １。用去离子水分别配制 ６ 组二元复配药剂 ＴＥＰＡ＋ＰＺ，物 质 的 量 配 比 为 （２０∶１～２０∶６） ５００ｍＬ复配 胺 溶 液，实 验 所 制 复 配 烯 胺 溶 液 总 胺 浓 度 都 为 ０８ｍｏｌ／Ｌ。恒温油浴：４０℃、８５％ ＣＯ２（体积分数）、１５％ Ｎ２（体 积分数）模拟电厂烟气。
为解决 ＭＥＡ工艺缺点，开发了复合胺吸收剂。其中烯胺 具有多氨基结构特点，吸收容量大、吸收速率快［１５］，是当前的研 究热点之一。本文以 ＴＥＰＡ为主吸收剂，ＰＺ为辅助吸收剂，研 究新型复合吸收 剂 的 吸 收 和 解 吸 性 能，进 行 降 解 稳 定 性 研 究， 探索降解产物，为吸收剂优化提供指导。
氢氧化钙
Ｃａ（ＯＨ）２ 分析纯 国药集团化学试剂有限公司
二氧化碳 氮气
ＣＯ２
≥９９％东营市顺邦特种气体有限公司
Ｎ２
≥９９％东营市顺邦特种气体有限公司
氧气
Ｏ２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
≥９９％东营市顺邦特种气体有限公司
１．２ 实验仪器
实验仪器设备于表 ２。 表 ２ 实验仪器
Ｔａｂｌｅ２ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｐｐａｒａｔｕｓ
仪器名称
第 ８期
李建强：ＴＥＰＡ－ＰＺ复配溶液吸收二氧化碳实验研究
·１８１·
ＴＥＰＡ－ＰＺ复配溶液吸收二氧化碳实验研究
李建强
（东营职业学院，山东 东营 ２５７０９１）
摘要：以烯胺吸收剂 ＴＥＰＡ（四亚乙基五胺）为主吸收剂与辅助吸收剂 ＰＺ（哌嗪）按物质的量配比 ２０∶１～２０∶６进行复配，通过一次循环吸 收、解吸实验，对啊比其在 ３１３Ｋ温度下的吸收量、吸收速率以及 ３９３Ｋ温度下的再生速率、再生量以及它们的降解率。以筛选出较好的 ２０∶４ＴＥＰＡ＋ＰＺ烯胺复配药剂为基础，进行 ６次循环吸收 －解吸实验，探讨了循环吸收、解吸性能。 关键词：四亚乙基五胺；哌嗪；二氧化碳；吸收；解吸 中图分类号：Ｘ７０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０８－０１８１－０４
２ 实验流程与原理 ２．１ 循环吸收实验流程
在搅拌反应釜内进行 ＣＯ２循环吸收实验，该釜外层采用油 浴加热的方式维持内层釜内溶液吸收温度稳定。循环吸收实 验装置示意图如图 １所示。
收稿日期：２０１９－０１－２９ 作者简介：李建强（１９６７—），硕士，副教授，主要从事石油化工技术研究。
·１８２·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第 ４８卷
１．ＣＯ２钢瓶；２．Ｎ２钢瓶；３，４．气体减压阀；５，６．转子流量计；７．气体混合缓冲罐；８．三通阀；９．螺旋玻璃管；１０．水浴锅；１１，１８．硅胶干燥管； １２，１９．皂膜流量计；１３．反应釜进气孔；１４．多孔鼓泡管；１５．油浴锅；１６．精密增力电动搅拌器；１７．智能电子 ｐＨ计
型号
生产厂家
玻璃反应釜
Ｓ２１２－１Ｌ 郑州南北仪器设备有限公司
精密增力电动搅拌器 ＪＪ－１２５Ｗ
江苏省金坛市宏华仪器
转子流量计
ＬＺＢ－ＤＫ８００－４Ｆ 苏州化工仪表有限公司
数字皂膜 ／液体流量计 ＳＰ－１０４Ｂ 北京三普分析仪器研发中心
恒温油浴锅
ＨＨ－ＤＲ１ 江苏省金坛市阳光仪器厂
精密电子天平
ＪＨ５０２ 上海精科天美贸易有限公司
燃煤电厂是国内最大的 ＣＯ２排放源，占据了 ４０％以上排放 量，对燃煤烟气中 ＣＯ２ 进行捕集和利用，是目前碳减排的核心 技术之一。烟气中 ＣＯ２的分离与回收，目前广泛采用的捕集方 法是化学吸收法中的有机胺法［１－３］。该法是利用 ＣＯ２ 与有机 胺发生可逆的化 学 反 应，吸 收 与 解 吸 交 替 进 行，从 而 实 现 二 氧 化碳从烟气中的分离 。 ［４－６］