论文部分内容阅读
利用水合物法分离烟气中CO2气体是在水合物相关实验研究基础上提出的一种全新技术,对CO2减排,发展低碳经济具有现实意义。目前,该技术还处于实验室研究阶段,包括水合物热力学、动力学及水合物法CO2分离效率三方面的研究,主要集中在引入各种添加剂对烟气体系水合物生成条件及反应的影响。受烟气CO2浓度的限制,添加剂体系下一级水合物法处理烟气普遍存在储气量低,分离效率低的问题。本课题选定具有潜力的三种体系(TBAB+CP体系、季盐体系、TBAB+多孔介质体系)下进行水合物法分离烟气中CO2的研究,探讨了不同体系对水合物生成动力学及烟忾中CO2分离效果的影响,并对几类体系的分离效果进行了横向对比。研究工作取得了如下成果:
a)恒温恒容条件下进行双添加剂(TBAB+CP)体系水合物法分离烟气混合物的实验。获得了双添加剂体系下优化的参数条件:操作条件(温度:276.15K,压力范围:2.0～3.3MPa),初始液气比0.78,添加剂CP浓度6vol%。在上述条件下,双添加剂体系过程的载气量是纯TBAB体系水合过程的1.5～2.0倍,气相CO2浓度由17%可降至7%,去除率曲40～50%上升到60～70%。
b)采用恒温恒容法,分别添加三种季盐(TBAB、TBPB、TBANO3)作为添加剂进行烟气中CO2的分离实验研究。比较了季盐体系对CO2溶解度的影响,其结果为:TBANO3≈H2O＞TBPB＞TBAB;各季盐体系在其优化操作条件下诱导时间均缩短至5min之内。同时,TBANO3体系压降最大,是TBAB体系的1.75倍,TBPB体系的压降也明显优于TBAB体系;在各自其优化操作条件下,对于一级水合物法CO2分离过程三种季盐均有明显的促进效果。其中,TBANO3对烟气CO2分离效果最好,去除率最高可达67%,分离因子为15.54。除此之外,CO2浓度从17%能降至7%。
c)采用含添加剂的多孔介质体系来进行烟气水合物的研究实验。纯硅胶或含水硅胶对CO2均有富集作用,且这种富集不是将CO2吸附在介质内不释放,只是将CO2富集在孔隙周围。结果表明,理论上可生成水合物的操作条件下,实际过程检测不到水合物的生成。归棠原因是介质本身孔径阻碍了水合物的生成,水合物的生成依赖于孔径的大小。硅胶介质的孔分布性加大了水合物生成的难度以及研究的条件,筛选尺寸的介质涉及到技术及经济性问题。这种情况在实际水合物工艺中也会有很大的局限性和难度。
d)进行了不同添加剂体系下的研究结果对比。在相同浓度下,降低烟气水合物生成条件效果而言,TBAB+CP体系＞季盐体系＞TBAB+硅胶体系;季盐体系(TBPB、TBANO3)和双添加剂体系在保证短的诱导时间和快的反应速率的情况下,水合物过程能提供一个更高的体系压降,有更高的载气量;季盐体系(TBPB、TBANO3)以及双添加剂体系(TBAB+CP)对水合物法处理烟气有着更好的分离效果。在合适操作条件下,不仅气相浓度能从17%降至7%,而且去除率由纯体系的40～55%上升到65～70%,且能保证一个好的分离因子。两类体系针对一级水合物法过程储气量小,分离效果不佳的局限性均有明显的提高效果,为解决一级水合物法烟气处理的低储气量及低分离效率提供了途径,为水合物法工业化净化烟气提供了参考。