化学吸收法/变压吸附法脱除沼气中CO_2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C02,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C02。其中变压吸附实验以5A分子筛为吸附剂,在吸附柱(Φ68x10×600)内进行了吸附／脱附模拟沼气中C02的实验研究。考察吸附压力(0.2-0.8MPa)、原料气空塔气速(11.1～44.2m3/(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(Φ35×1000)内进行吸收脱除模拟沼气中C02的实验研究。考察了吸收液浓度(0.5～3.0mol/L)、吸收液组成(总浓度2.0mol/L)、空塔气速(0.0236～0.0393m3/(m2·s))、喷淋密度(0.849～4.246m3/(m2·h)、温度(10～40℃)等因素对C02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C02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C02去除率会下降,在22.1m3/(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C02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Na2C03或K2C03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1.9mol/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。 【关键词】：沼气 二氧化碳 化学吸收 无机碱 二乙醇胺 变压吸附
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X511
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-11
• 第一章 前言11-14
• 1.1 课题背景与意义11-12
• 1.2 研究内容12
• 1.2.1 变压吸附法12
• 1.2.2 以DEA/无机碱为吸收液的化学吸收法12
• 1.3 实验难点与创新点12-14
• 1.3.1 实验难点12-13
• 1.3.2 实验创新点13-14
• 第二章 文献综述14-29
• 2.1 沼气简介14-18
• 2.1.1 沼气的发酵原料简介14-15
• 2.1.2 沼气的综合利用15-18
• 2.2 沼气中CO_2的去除方法18-29
• 2.2.1 吸收法19-23
• 2.2.2 吸附法23-25
• 2.2.3 膜法25-26
• 2.2.4 生物法26-27
• 2.2.5 深冷分离法27
• 2.2.6 小结27-29
• 第三章 实验部分29-39
• 3.1 实验原料、设备及药品29-30
• 3.1.1 变压吸附法实验原料和药品29
• 3.1.2 DEA/无机碱化学吸收法实验原料和药品29-30
• 3.2 实验装置及流程说明30-33
• 3.2.1 变压吸附的装置图及工艺流程说明30-31
• 3.2.2 DEA/无机碱化学吸收法实验装置及工艺流程31-33
• 3.3 实验影响因素及条件控制33-35
• 3.3.1 变压吸附法影响因素的分析与确定33
• 3.3.2 DEA/无机碱化学吸收法实验影响因素分析与确定33-35
• 3.4 分析方法及数据处理35-39
• 3.4.1 变压吸附法分析方法35
• 3.4.2 DEA/无机碱分析方法及数据处理35-39
• 第四章 变压吸附法脱除模拟沼气中CO_2的实验研究39-44
• 4.1 引言39
• 4.2 结果与讨论39-43
• 4.2.1 吸附压力对吸附效果的影响39-41
• 4.2.2 原料气空塔气速对吸附效果的影响41-42
• 4.2.3 吸附剂的真空脱附效果42-43
• 4.3 小结43-44
• 第五章 DEA与无机碱水溶液吸收脱除沼气中CO_2的实验研究44-59
• 5.1 引言44
• 5.2 实验结果与讨论44-58
• 5.2.1 DEA与钠碱混合吸收液的吸收效果44-48
• 5.2.2 DEA与Na_2CO_3混合吸收液组成对再生率的影响48
• 5.2.3 DEA与钾碱混合吸收液的吸收、再生效果48-50
• 5.2.4 DEA与无机碱的相互作用50-53
• 5.2.5 空塔气速对吸收效果的影响53-54
• 5.2.6 喷淋密度对吸收效果的影响54-56
• 5.2.7 温度对吸收效果的影响56-57
• 5.2.8 同浓度DEA/Na_2CO_3吸收液与DEA/MDEA吸收液吸收效果对比57-58
• 5.3 小结58-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间发表的学术论文目录68

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