新型固體胺吸附分離煙氣中二氧化碳.pdf

1、煙道氣中二氧化碳的捕集分離是目前國內(nèi)外廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)，各種新的技術(shù)不斷被提出和發(fā)展。其中吸附分離技術(shù)以其低能耗、低腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)而被視為是一種有應(yīng)用前景的煙道氣中二氧化碳分離技術(shù)。在吸附分離技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，其技術(shù)適用與否的關(guān)鍵在于吸附劑的優(yōu)良有效性，因此研發(fā)新型有效的CO2吸附劑可明顯增強(qiáng)吸附技術(shù)在煙氣分離中的適用性。本文選用新型介孔分子篩材料SBA-16、KIT-6為載體、富氨基物質(zhì)為改性劑合成新型固體胺吸附劑。通過表面分析和性能測

2、試對所合成吸附劑進(jìn)行優(yōu)選，并在模擬煙氣條件下對優(yōu)選出的固體胺吸附劑進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附研究，考察煙氣中其它成分對吸附過程的影響。主要研究結(jié)論如下：
　　 ⑴以介孔分子篩SBA-16、KIT-6為載體，聚乙烯亞胺(PEI)、四乙烯五胺(TEPA)為表面改性劑，采用浸漬法合成了新型固體胺吸附劑。新型固體胺吸附劑仍然保持了載體介孔分子篩的主孔道結(jié)構(gòu)，但孔徑、孔容均隨著PEI、TEPA浸漬量的增加而逐漸減少；固體胺吸附劑的CO2吸附量隨著PEI

3、、TEPA浸漬量的升高而增加，介孔分子篩SBA-16、KIT-6的最大PEI、TEPA浸漬量分別為37wt％和50wt％；固體胺吸附劑的CO2吸附量隨吸附溫度的升高而增加，在343K時(shí)達(dá)到最大，而在353K則略微下降。吸附溫度在343K時(shí)，吸附劑KIT-6/TEPA的吸附量為3.2mmol·g-1；經(jīng)過10次吸附脫附循環(huán)操作后，吸附劑吸附容量最多降低了5％。
　　 ⑵固定床動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度由293K升至343K，吸附劑

4、KIT-6/TEPA的CO2動(dòng)態(tài)吸附量由1.9mmol·g-1升至3.1mmol·g-1，而溫度在353K時(shí)，CO2動(dòng)態(tài)吸附量則下降到2.8mmol·g-1；實(shí)際工業(yè)煙氣溫度范圍內(nèi)(323K～353K)，CO2動(dòng)態(tài)吸附量為2.8～3.1mmol·g-1，吸附速率為0.022mmol·min-1；吸附劑KIT-6/TEPA吸附CO2的過程以化學(xué)吸附為主，吸附溫度在323～343K時(shí)，其化學(xué)吸附量占總動(dòng)態(tài)吸附量的97.2％以上；吸附劑KIT

5、-6/TEPA的CO2吸附等溫線(293K～343K)屬于類型Ⅰ吸附等溫線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Langmuir方程模擬結(jié)果有著良好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)0.9248～0.9549)，平均等量吸附熱達(dá)到了43.8kJ·mol-1。
　　 ⑶煙氣中水分的存在能提高吸附劑KIT-6/TEPA的CO2吸附量，溫度保持在333K時(shí)，隨著模擬氣體中相對濕度RH由0％升至37％，吸附量由2.9mmol·g-1增加到3.2mmol·g-1，繼續(xù)升高RH，吸

6、附量則基本保持在3.2mmol·g-1；煙氣中NO濃度由Oppm升高至400ppm時(shí)，吸附量保持在2.9mmol·g-1(RH=0％)和3.2mmol·g-1(RH=100％)不變；煙氣中SO2濃度由Oppm升至300ppm時(shí)，吸附量從3.2mmol·g-1略微下降到3.1mmol·g-1，而SO2濃度為400ppm時(shí)，吸附量則降低到2.41mmol·g-1；模擬實(shí)際工業(yè)煙氣條件下40次的吸附/再生循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，CO2的吸附容量基本保持在

7、3.2mmol·g-1；動(dòng)力學(xué)模型能很好的模擬所制備固體胺吸附劑的CO2吸附穿透曲線。
　　 ⑷在脫附溫度為373K、氣體流量為100cm3·min-1的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行了10次的脫附再生實(shí)驗(yàn)，吸附劑KIT-6/TEPA均在11min內(nèi)達(dá)到了CO2的完全脫附，脫附1摩爾CO2約需21摩爾N2；真空變溫脫附再生實(shí)驗(yàn)表明，在壓力為5KPa、溫度為393K的實(shí)驗(yàn)條件下，CO2的脫附速率最高，達(dá)到1.02mmol·min-1，同時(shí)吸附劑在