旋转床醇胺吸收法分离沼气中CO2技术研究

摘要

沼气是一种常见的清洁能源，目前无论是在国内还是在国外都应用广泛。但是沼气中的气体组成中包含一定量的二氧化碳，由于这些二氧化碳的存在，降低了沼气的热值，使得沼气的品质下降。提纯后的沼气可直接用于车用燃气，对于新能源汽车推广起着很大的推动作用，如何提纯沼气中的二氧化碳，也成为了一个重要研究方向。传统的提纯方法包括水洗脱除法，低温分馏法，膜分离法，热碱法，但都有各种各样的缺点。为了解决沼气提纯问题，本文设计了一套旋转填料床提纯设备，并进行相应的试验，主要研究了醇胺化学吸收法，使用不同的吸收剂，包括MEA（—乙醇胺），MDEA(N-甲基二乙醇胺)，MDEA和MEA混合溶液，MDEA和PZ（哌嗪）混合溶液在不同的参数条件下的提纯沼气试验，得出如下结论。
　　(1)在当前的研究条件下，采用自行设计的超重力旋转填料床提纯装备，使用不同的醇胺吸收剂，研究了旋转床转速，温度，吸收液浓度，操作压力，气液比，进气量等工艺参数对二氧化碳提纯效果的影响，结果发现:本套装置对沼气中的CO2脱除有很好的效果，转速适中，中温，低压，吸收液浓度越高，气液比越小，进气量越小，旋转床装置对CO2的脱除能力越好。
　　(2)使用MEA和MDEA单独脱除沼气中的CO2时，在吸收液浓度为0.6mol/L，温度为55℃，操作压力为0.4Mpa，气液比为20，进气量为150L/h时对CO2的脱除率最高，MEA作为吸收液时，旋转床转速为1000r/min，吸收效果最好，而MDEA作为吸收液，在转速为900r/min时脱除效果最好。MEA吸收液的脱除效果要好于MDEA，使用MEA进行CO2脱除时，出口气体中的CO2浓度能降低到3％以下，达到了车用燃气的标准，而使用MDEA进行脱除时，出口气体的CO2浓度在10％左右，无法达到要求。MDEA不能单独用来脱除CO2。
　　(3)使用MEA和PZ活化MDEA后，混合醇胺溶液对CO2的脱除效果相比于单独使用MDEA，有了很多的提升，出口气体中的CO2浓度降低到了1％以下，脱除率提高到98％以上，说明活化MDEA法取得了很好的效果。MDEA+PZ体系在吸收效果上和再生能力上都略好于MDEA+MEA体系。不同试验操作参数对混合醇胺的CO2脱除效果与单一醇胺类似，随着旋转床转速的增大先减小后增大，在900r/min时达到最大。随着吸收液浓度和压力的增大而增大，总胺浓度为0.6mol/L和操作压力为0.4Mpa时吸收效果最好，随着进气量的增大和气液比的升高，CO2脱除率降低，进气量为150L/h，气液比为20时，CO2脱除率最高。随着温度的升高，脱除率逐渐增大，增大的幅度不断变小，在45℃时吸收率最高，温度超过45℃后，吸收率开始下降。
　　(4)对醇胺吸收液进行再生试验，再生后的吸收液对CO2的脱除能力都有一定程度下降，再生能力依次是MDEA+PZ＞MDEA+MEA＞MDEA＞MEA。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 沼气的生产及应用

1．2 沼气提纯技术

1．2．1 沼气中二氧化碳的脱除方法

1．2．2 脱除二氧化碳的物理方法

1．2．3 脱除二氧化碳的化学方法

1．3 超重力技术及其应用

1．3．1 超重力技术简介

1．3．2 超重力技术原理

1．3．3 超重力技术的应用

1．4 研究的目的和意义

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究的主要内容

第二章 旋转填充床设备的构建和试验方法

2．1 旋转填充床设备的构建

2．1．1 旋转床提纯装置

2．1．2 沼气提纯装置图

2．1．3 试验其它设备

2．2 试验所需药品和气体分析仪器

2．2．1 气体来源

2．2．2 提纯所需化学药品

2．2．3 气体成分测定

2．3 试验方法

2．3．1 选择试验操作参数

2．3．2 试验方法

2．4 操作流程及注意事项

2．4．1 操作流程

2．4．2 试验设备维护

2．5 二氧化碳脱除率计算方法

第三章 单一醇胺溶液吸收沼气中二氧化碳试验研究

3．1 醇胺溶液吸收原理

3．2 醇胺吸收法工艺流程

3．3．1 旋转床转速对CO2脱除效果的影响

3．3．2 吸收液浓度对CO2脱除效果的影响

3．3．3 温度对CO2脱除效果的影响

3．3．4 操作压力对CO2脱除效果的影响

3．3．5 气液比对CO2脱除效果的影响

3．3．6 进气量对CO2脱除效果的影响

3．4 本章小结

第四章 混合醇胺溶液脱除沼气中二氧化碳试验研究

4．1 活化MDEA脱碳反应原理

4．2 混合醇胺对CO2脱除效果的影响

4．2．2 吸收液浓度对混合醇胺CO2脱除效果的影响

4．2．3 温度对混合醇胺CO2脱除效果的影响

4．2．4 操作压力对混合醇胺CO2脱除效果的影响

4．2．5 气液比对混合醇胺CO2脱除效果的影响

4．2．6 进气量对混合醇胺CO2脱除效果的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

作者及导师简介