一种醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数的测定方法，属于二氧化碳捕 获与分离技术领域。
【背景技术】
[0002] 20世纪以来，随着人类社会工业突飞猛进的发展，石油、煤、天然气等燃料大量燃 烧，导致二氧化碳(C〇2 )气体的排放量逐年急剧增加，全球温度升高、温室效应、冰川融化、 海平面升高等环境问题引起了全球性关注。因此，如何快速有效地对C0 2进行捕获吸收成为 当下极具热议的问题。
[0003] 有机胺化合物吸收法出现于20世纪30年代，因其具有吸收速率较快、吸收容量较 大、经济成本较低等优点，已成为工业气体净化的主要方法之一。
[0004] 醇胺溶剂，1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)，具有较高的吸收容量和吸收速率。除了 C02吸收容量和吸收速率，溶剂吸收co2的质量传递性能也是考察溶剂的重要因数。质量传递 性能决定了完成特定脱碳任务所需要的最低填料高度和适宜操作条件，从而影响了设备投 资和操作费用，实验所得的K cav可以直接用于工业设计，对于研究化学吸收过程有着重要的 意义。
[0005] 因此，研究此溶剂在填料塔中吸收C02的传质系数及模型具有重要的实际意义。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题是，针对现有1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中的 研究不足，本发明主要提供1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)，在填料塔中吸收⑶ 2的总传质系 数(KGav)及模型。
[0007] 本发明的技术方案是，提供一种醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数的测定方法， 在填料塔内，用醇胺溶液吸收二氧化碳，醇胺为1-二甲氨基-2-丙醇，醇胺溶液从上往下流 动，含二氧化碳的气体从下往上流动，所述醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数K Cav按下式计 算：
[0008]
[0009] 其中，L表示填料塔内的醇胺溶液的流量，单位为πΑιΓ2^1; PCC)2表示填料塔内0)2的 分压，单位为kPa; ae3q和a分别表示在该C02的分压P〇)2下醇胺溶液中的C0 2平衡溶解度和0)2的 负载，单位均为1;C表示醇胺的浓度，单位为mol/L。
[0010] 进一步地，所述填料塔内的1-二甲氨基-2-丙醇的浓度不超过8mol/L。
[0011] 进一步地，所述填料塔内气体进料温度为293-333K。
[0012] 进一步地，所述填料塔内气体进料流速不超过50kmol · πΓ3 · IT1。
[0013] 进一步地，所述填料塔内每摩尔1-二甲氨基-2-丙醇的负载不超过0.73mol C02。
[0014] 醇胺溶液在填料塔中吸收C〇2的过程主要是液膜控制过程；因此填料塔中吸收C〇2 的总传质系数(Kcav)与增强因子(E)和液相传质系数(ko L)存在正相关。ko L与气相气速无 关，但是与液相流量(L)的幂次方成正比关系（幂次方的范围为:0.3-0.7)。同时增强因子 (E)与胺溶剂浓度以及C0 2分压存在如下的关系：
[0015]
[0016] 根据以上，可以得出总传质系数(KGav)与L，C以及C0 2分压存在如下的关系式：
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[0018] 通过一定的对经验公式的分析以及优化得出总传质系数的表达式：
[0019]
[0020] 本发明的有益效果是，与传统叔胺MDEA溶剂相比，新型的1DMA2P水溶液具有较高 传质性能，并发明针对这一种新型的醇胺1DMA2P提出了相应的二氧化碳传质模型，可以根 据这一模型设计填料塔的高度，更好地吸收二氧化碳。
【附图说明】
[0021 ]图1为吸收传质实验装置图；附图标记：1. C02钢瓶;2.空气压缩机;3.气体流量计； 4.气体混合器;5.吸收塔;6.恒温水浴槽;7.恒流栗;8.贫液槽;9.温度巡检仪；10. C02分析 仪。
[0022]图2为胺溶剂流量对KGav的影响；
[0023] 图3为C02负载对KGav的影响；
[0024]图4为胺溶剂浓度对KGav的影响。
[0025] 图5为Kcav的实验值以及预测值的比较。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0027] 在不同的操作条件下；即不同的胺溶剂的流量、不同的C02负载、不同的胺溶剂浓 度，通过测试不同条件的下的总传质系数;发现实验结果正如模型预测的所得;溶剂流量以 及溶剂浓度与总传质系数成正相关;C0 2负载与总传质系数负相关。
[0028] 下面结合【具体实施方式】，对本发明做进一步的解释和发明，但本发明并不限于实 施例所述的范围。
[0029]实施例1:传质实验过程
[0030]吸收传质实验流程如图1所示，空气由空气压缩机压缩后经质量流量计，C02气体 由钢瓶经减压阀、质量流量计，两种气体分别通过质量流量计控制其流量，并按一定比例进 入混合器，形成具有一定c〇2浓度的气流，气体经充分混合后从底部进入吸收塔，用c〇 2分析 仪测量吸收塔进口处c〇2浓度，读取的c〇2浓度与计算的c〇 2浓度(通过空气和c〇2两股气流流 量和质量流量计转换因子计算而得)的误差不能超过2 %，方可开始进行实验。待C〇2分析仪 测量值稳定之后，胺溶剂经恒流栗后以一定流量从顶部进入吸收塔，这样气液两相在吸收 塔中形成逆流接触。运行20-25min待体系稳定后，用C02分析仪分别测量并记录不同填料高 度处的C02含量和相应塔内温度。
[0031]实施例2:考察胺溶剂流量(L)对KGav的影响
[0032]用实施例1所述的方法，在常压0.1 MPa的条件下，控制C02体积分数为15%，通过恒 流栗控制混合溶液的流量，并测量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中吸收C02的传质 系数。最终结果如图2所示，二氧化碳吸收剂中的醇胺流量越大，传质系数增加。结果实验结 果正如模型预测的所得，胺溶剂的流量与总传质系数存在正相关。
[0033]实施例3:考察C02负载(a)对KGav的影响
[0034]用实施例1所述的方法，在常压0.1 MPa的条件下，控制C02体积分数为15%，通过改 变⑶2负载，并测量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)在填料塔中吸收C02的传质系数。最终结果 如图3所示，C0 2负载增加，KGav减小。结果实验结果正如模型预测的所得，胺溶剂的流量与总 传质系数存在负相关。
[0035] 实施例4:考察胺溶剂浓度(C)对KGav的影响
[0036]用实施例1所述的方法，在常压0.1 MPa的条件下，控制C02体积分数为15%，改变胺 溶剂浓度，测量1-二甲氨基-2-丙醇（1DMA2P)、在填料塔中吸收C02的传质系数。最终结果如 图4所示，胺溶剂浓度越大，传质系数增加。结果实验结果正如模型预测的所得，胺溶剂的浓 度与总传质系数存在正相关。
[0037]实施例5 :KGav的实验值以及预测值的比较
[0038]如图5所示，用实施1所述的方法得到的总传质系数与用模型计算所得的总传质系 数比较吻合。
【主权项】
1. 一种醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数的测定方法，在填料塔内，用醇胺溶液吸收 二氧化碳，其特征在于，醇胺为1-二甲氨基-2-丙醇，醇胺溶液从上往下流动，含二氧化碳的 气体从下往上流动，所述醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数Keav按下式计算：其中，L表示填料塔内的醇胺溶液的流量，单位为mV Vi; Pco康示填料塔内C〇2的分压， 单位为kPa; aeq和a分别表示在该C〇2的分压Pc日2下醇胺溶液中的C〇2平衡溶解度和C〇2的负载， 单位均为1; C表示醇胺的浓度，单位为mol/L。2. 如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述填料塔内的1-二甲氨基-2-丙醇的 浓度C不超过8mol/L。3. 如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述填料塔内气体进料溫度为293-333K〇4. 如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述填料塔内气体进料流速不超过 SOkmol ? m_3 ? h_i。5. 如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述填料塔内每摩尔I-二甲氨基-2-丙 醇的负载不超过〇.73mol C〇2。
【专利摘要】本发明公开了一种醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数的测定方法，在填料塔内，用醇胺溶液吸收二氧化碳，醇胺为1-二甲氨基-2-丙醇，醇胺溶液从上往下流动，含二氧化碳的气体从下往上流动，所述醇胺溶液中二氧化碳的总传质系数KGav按下式计算：<maths num="0001"></maths>其中，L表示填料塔内的醇胺溶液的流量，单位为m3m-2h-1；PCO2表示填料塔内CO2的分压，单位为kPa；aeq和a分别表示在该CO2的分压PCO2下醇胺溶液中的CO2平衡溶解度和CO2的负载，单位均为1；C表示醇胺的浓度，单位为mol/L。本发明针对这一种新型的醇胺1DMA2P提出了相应的二氧化碳传质模型，可以根据这一模型设计填料塔的高度，更好地吸收二氧化碳。
【IPC分类】G01N33/00
【公开号】CN105510530
【申请号】CN201510897799
【发明人】梁志武, 刘贺磊, 文乐, 童柏栋
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月8日