一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質系數的測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質系數的測定方法，屬于二氧化碳捕 獲與分離技術領域。
【背景技術】
[0002] 20世紀以來，隨著人類社會工業突飛猛進的發展，石油、煤、天然氣等燃料大量燃 燒，導致二氧化碳(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、冰川融化、 海平面升高等環境問題引起了全球性關注。因此，如何快速有效地對C0 2進行捕獲吸收成為 當下極具熱議的問題。
[0003] 有機胺化合物吸收法出現于20世紀30年代，因其具有吸收速率較快、吸收容量較 大、經濟成本較低等優點，已成為工業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的質量傳遞性能也是考察溶劑的重要因數。質量傳遞 性能決定了完成特定脫碳任務所需要的最低填料高度和適宜操作條件，從而影響了設備投 資和操作費用，實驗所得的K cav可以直接用于工業設計，對于研究化學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的傳質系數及模型具有重要的實際意義。
【發明內容】
[0006] 本發明解決的技術問題是，針對現有1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中的 研究不足，本發明主要提供1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)，在填料塔中吸收⑶ 2的總傳質系 數(KGav)及模型。
[0007] 本發明的技術方案是，提供一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質系數的測定方法， 在填料塔內，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系數K Cav按下式計 算：
[0008]
[0009] 其中，L表示填料塔內的醇胺溶液的流量，單位為πΑιΓ2^1; PCC)2表示填料塔內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，所述填料塔內氣體進料溫度為293-333K。
[0012] 進一步地，所述填料塔內氣體進料流速不超過50kmol · πΓ3 · IT1。
[0013] 進一步地，所述填料塔內每摩爾1-二甲氨基-2-丙醇的負載不超過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 的總傳質系數(Kcav)與增強因子(E)和液相傳質系數(ko L)存在正相關。ko L與氣相氣速無 關，但是與液相流量(L)的冪次方成正比關系（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分壓存在如下的關系：
[0015]
[0016] 根據以上，可以得出總傳質系數(KGav)與L，C以及C0 2分壓存在如下的關系式：
[0017]
[0018] 通過一定的對經驗公式的分析以及優化得出總傳質系數的表達式：
[0019]
[0020] 本發明的有益效果是，與傳統叔胺MDEA溶劑相比，新型的1DMA2P水溶液具有較高 傳質性能，并發明針對這一種新型的醇胺1DMA2P提出了相應的二氧化碳傳質模型，可以根 據這一模型設計填料塔的高度，更好地吸收二氧化碳。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為吸收傳質實驗裝置圖；附圖標記：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的實驗值以及預測值的比較。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合實施例對本發明作進一步說明。
[0027] 在不同的操作條件下；即不同的胺溶劑的流量、不同的C02負載、不同的胺溶劑濃 度，通過測試不同條件的下的總傳質系數;發現實驗結果正如模型預測的所得;溶劑流量以 及溶劑濃度與總傳質系數成正相關;C0 2負載與總傳質系數負相關。
[0028] 下面結合【具體實施方式】，對本發明做進一步的解釋和發明，但本發明并不限于實 施例所述的范圍。
[0029]實施例1:傳質實驗過程
[0030]吸收傳質實驗流程如圖1所示，空氣由空氣壓縮機壓縮后經質量流量計，C02氣體 由鋼瓶經減壓閥、質量流量計，兩種氣體分別通過質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 量和質量流量計轉換因子計算而得)的誤差不能超過2 %，方可開始進行實驗。待C〇2分析儀 測量值穩定之后，胺溶劑經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含量和相應塔內溫度。
[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體積分數為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 系數。最終結果如圖2所示，二氧化碳吸收劑中的醇胺流量越大，傳質系數增加。結果實驗結 果正如模型預測的所得，胺溶劑的流量與總傳質系數存在正相關。
[0033]實施例3:考察C02負載(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體積分數為15%，通過改 變⑶2負載，并測量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中吸收C02的傳質系數。最終結果 如圖3所示，C0 2負載增加，KGav減小。結果實驗結果正如模型預測的所得，胺溶劑的流量與總 傳質系數存在負相關。
[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體積分數為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的傳質系數。最終結果如 圖4所示，胺溶劑濃度越大，傳質系數增加。結果實驗結果正如模型預測的所得，胺溶劑的濃 度與總傳質系數存在正相關。
[0037]實施例5 :KGav的實驗值以及預測值的比較
[0038]如圖5所示，用實施1所述的方法得到的總傳質系數與用模型計算所得的總傳質系 數比較吻合。
【主權項】
1. 一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質系數的測定方法，在填料塔內，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系數Keav按下式計算：其中，L表示填料塔內的醇胺溶液的流量，單位為mV Vi; Pco康示填料塔內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的負載， 單位均為1; C表示醇胺的濃度，單位為mol/L。2. 如權利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內的1-二甲氨基-2-丙醇的 濃度C不超過8mol/L。3. 如權利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內氣體進料溫度為293-333K〇4. 如權利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內氣體進料流速不超過 SOkmol ? m_3 ? h_i。5. 如權利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述填料塔內每摩爾I-二甲氨基-2-丙 醇的負載不超過〇.73mol C〇2。
【專利摘要】本發明公開了一種醇胺溶液中二氧化碳的總傳質系數的測定方法，在填料塔內，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系數KGav按下式計算：<maths num="0001"></maths>其中，L表示填料塔內的醇胺溶液的流量，單位為m3m-2h-1；PCO2表示填料塔內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的負載，單位均為1；C表示醇胺的濃度，單位為mol/L。本發明針對這一種新型的醇胺1DMA2P提出了相應的二氧化碳傳質模型，可以根據這一模型設計填料塔的高度，更好地吸收二氧化碳。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號】CN105510530
【申請號】CN201510897799
【發明人】梁志武, 劉賀磊, 文樂, 童柏棟
【申請人】湖南大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月8日