化学吸收法/变压吸附法脱除沼气中CO2的实验研究

摘要

沼气作为一种可再生的绿色能源，可以替代化石燃料以缓解全球能源危机。但天然沼气因含有较多CO2，使其热值较低、利用受限。因此，对沼气纯化以提高其利用效率有重要的意义。
　　本文分别采用变压吸附法和化学吸收法脱除沼气中的CO2。其中变压吸附实验以5A分子筛为吸附剂，在吸附柱((φ)68×10×600)内进行了吸附/脱附模拟沼气中CO2的实验研究。考察吸附压力(0.2～0.8MPa)、原料气空塔气速(11.1～44.2 m3/(m2·h))、真空脱附压力(-0.02MPa)等因素对吸附/脱附效果的影响。化学吸收法以DEA无机碱水溶液为吸收液，在填料塔（(φ)35×1000）内进行吸收脱除模拟沼气中CO2的实验研究。考察了吸收液浓度（0.5～3.0 mol/L）、吸收液组成（总浓度2.0 mol/L）、空塔气速(0.0236～0.0393 m3/(m2·s))、喷淋密度(0.849～4.246 m3/(m2·h))、温度(10～40℃)等因素对CO2吸收效果的影响。
　　变压吸附实验结果表明:在变压吸附过程中，尾气甲烷的含量随时间增加呈先上升后下降的趋势，存在一个时间点其甲烷含量最高。随吸附压力升高，最高甲烷含量和最高CO2去除率先升高后下降，在0.4MPa的压力下吸附效果较佳。随着原料气空塔气速增加，吸附速度会有一定增加，但最高甲烷含量和最高CO2去除率会下降，在22.1 m3/(m2·h)的原料气空塔气速下吸附效果较佳。在较佳吸附条件下，变压吸附的最高甲烷含量和最高CO2去除率能分别达到89.3％和80.9％。饱和吸附的5A分子筛真空脱附效果不佳，再生率只有43％左右，难以循环利用。
　　化学吸收实验结果表明:在DEA吸收液中添加Na2CO3或K2CO3能促进其对CO2的吸收，且低浓度无机碱促进效果明显。含钾碱混合吸收液对CO2的吸收效果要优于含钠碱的混合吸收液，DEA与钾碱对于脱除模拟沼气中的CO2有一定协同作用。无机碱的含量较高有利于吸收液再生。随着吸收液总浓度的增加，CO2吸收量和吸收速率都会随之上升，但上升幅度会有一定下降。较佳的吸收液条件为:总浓度2.0mol/L，其中DEA浓度1.9 mol/L。随着空塔气速的增加，CO2去除率迅速下降，而传质系数和吸收速率上升。较大的吸收剂喷淋密度和较高的温度均有利于CO2吸收。在较佳实验条件下，DEA/Na2CO3吸收液吸收效果(其CO2饱和吸收量、CO2去除率、再生率能分别达到1.969mol/L、82.45％、81.58％)与同浓度的DEA/MDEA相当。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 前言

1．1 课题背景与意义

1．2 研究内容

1．2．1 变压吸附法

1．2．2 以DEA/无机碱为吸收液的化学吸收法

1．3 实验难点与创新点

1．3．1 实验难点

1．3．2 实验创新点

第二章 文献综述

2．1 沼气简介

2．1．1 沼气的发酵原料简介

2．1．2 沼气的综合利用

2．2 沼气中CO2的去除方法

2．2．1 吸收法

2．2．2 吸附法

2．2．3 膜法

2．2．4 生物法

2．2．5 深冷分离法

2．2．6 小结

第三章 实验部分

3．1 实验原料、设备及药品

3．1．1 变压吸附法实验原料和药品

3．1．2 DEA/无机碱化学吸收法实验原料和药品

3．2 实验装置及流程说明

3．2．1 变压吸附的装置图及工艺流程说明

3．2．2 DEA/无机碱化学吸收法实验装置及工艺流程

3．3 实验影响因素及条件控制

3．3．1 变压吸附法影响因素的分析与确定

3．3．2 DEA/无机碱化学吸收法实验影响因素分析与确定

3．4 分析方法及数据处理

3．4．1 变压吸附法分析方法

3．4．2 DEA/无机碱分析方法及数据处理

第四章 变压吸附法脱除模拟沼气中CO2的实验研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 吸附压力对吸附效果的影响

4．2．2 原料气空塔气速对吸附效果的影响

4．2．3 吸附剂的真空脱附效果

4．3 小结

第五章 DEA与无机碱水溶液吸收脱除沼气中CO2的实验研究

5．1 引言

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 DEA与钠碱混合吸收液的吸收效果

5．2．2 DEA与Na2CO3混合吸收液组成对再生率的影响

5．2．3 DEA与钾碱混合吸收液的吸收、再生效果

5．2．4 DEA与无机碱的相互作用

5．2．5 空塔气速对吸收效果的影响

5．2．6 喷淋密度对吸收效果的影响

5．2．7 温度对吸收效果的影响

5．2．8 同浓度DEA/NazCO3吸收液与DEA/MDEA吸收液吸收效果对比

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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