MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的CO2吸收性能及动力学特性

• 作者: 唐建峰 陈洁 桑伟 许义飞 孙培源 王铭
• 来源期刊: 低碳化学与化工
• 学科: 化学
• 关键词: 相变吸收剂 CO2吸收性能 反应机理 动力学
• 年，卷（期）: 2024,（5）
• 页码范围: 120-129
• 页数: 10页
• 语种: 中文

摘要

N-甲基二乙醇胺(MDEA)/正丁醇/水相变吸收剂具有良好的相分离性能，具有大幅降低再生能耗的潜力。由于正丁醇取代了相变吸收剂中的部分水，且相变吸收剂在吸收过程中会发生分相，会对溶液的CO2吸收性能和反应机理造成一定影响，且贫、富相间物质的转移也会对其动力学性能产生一定的影响。为此，研究了MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的吸收性能，并通过13C NMR表征测试了不同CO2负荷下溶液的物质组成，分析了MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的传质-反应机理，在此基础上探究了其动力学特性。结果表明，溶液中正丁醇的加入，提高了溶液前9 min的初始CO2吸收速率，随着正丁醇含量的升高，溶液的CO2吸收速率出现先增高后降低的趋势，CO2吸收负荷逐渐降低。物理溶剂正丁醇不参与反应，相变吸收剂中MDEA与CO2的反应遵循碱催化水和反应机理；分相后贫相溶液主要为MDEA、正丁醇和水，富相溶液主要为MDEA与CO2的反应产物。在CO2吸收负荷较低(小于1.12 mol/L)时，由于正丁醇提高了CO2在溶液中的物理溶解度，促进了贫相中MDEA与CO2的快速反应，继而又促进气相CO2的溶解。这种溶解促进反应、反应促进溶解的过程，使得MDEA/正丁醇/水相变吸收剂的初始CO2吸收速率高于MDEA水溶液；在CO2吸收负荷较高(大于1.45 mol/L)时，溶液的分相程度已经接近理想分相状态，贫相中的水含量较少，富相中的MDEA浓度较低、反应产物浓度较高，导致CO2与溶液的反应速率降低。