CO2-Absorptionskapazität von MEA

Abstract

Als einheitliches Verfahren zur Bestimmung der Absorptionskapazität von Lösungsmitteln wird die Verwendung einer Gasbläservorrichtung beschrieben, in der die Gasphase unter Standardbedingungen in eine feste Menge Absorptionsmittel eingeblasen wird. Die Methode wurde systematisch angewendet, um die CO2-Absorptionskapazität von MEA () bei mehreren wässrigen MEA (β) – und Gasphasen-CO2-Konzentrationen zu bestimmen. annäherung an die nominale CO2-Absorptionskapazität von MEA (720 g CO2 / kg MEA) bei sehr niedrigen β-Werten, Erhöhung von auf g CO2 / kg MEA als β wurde reduziert von 30 zu 2.5% (w/w). nicht von der CO2-Konzentration im Eintrittsgasstrom abhing, solange der Gasstrom keine anderen aminempfindlichen Komponenten enthielt. Während der Blasentests zeigten die Auslass-CO2-Konzentrationsprofile eine sigmoide Form, die durch eine Exponentialgleichung beschrieben werden konnte, die durch einen Effizienzfaktor () und einen Formfaktor () gekennzeichnet ist. Statistische Analysen basierend auf Korrelationsanalysen zeigten, dass die experimentellen Daten in allen Fällen gut in die Gleichung passten, wenn a war und war . Die Ergebnisse dieser Experimente können zur Optimierung von Wäscherdesigns für die CO2-Sequestrierung aus aus fossilen Brennstoffen gewonnenen Rauchgasen verwendet werden.

1. Einleitung

Es gibt mehrere industrielle Anwendungen, bei denen eine Flüssigphasensubstanz (Lösungsmittel) verwendet wird, um eine oder mehrere Komponenten (Schadstoffe) selektiv aus einem Gasstrom zu absorbieren, der eine Absorptionskolonne (Wäscher) durchläuft. Eine Anwendung von zunehmendem Interesse ist die CO2-Absorption aus aus fossilen Brennstoffen gewonnenen Rauchgasen in thermischen Kraftwerken. CO2 ist das am weitesten verbreitete Treibhausgas (THG), das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, um den weltweiten Energiebedarf zu decken . Die Bemühungen zur Eindämmung der globalen Erwärmung umfassen die CO2-Sequestrierung aus Rauchgasen zur Speicherung im Meer oder leeren Ölquellen oder die Rückwandlung in CO und O2 durch künstliche Photosynthese . Obwohl sich diese Technologien noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden, hat sich die Aminwäsche als bevorzugte Methode zur CO2-Sequestrierung herausgestellt . Während die Entfernung von Sauergas aus Prozessströmen unter Verwendung von Aminen eine ausgereifte Technologie ist , stellt die Rauchgaswäsche viele neue Herausforderungen dar, die noch nicht in dem für die Treibhausgasreduktion erforderlichen Umfang angemessen gelöst werden können . Nasswäschetechniken müssen verbessert werden, um große Rauchgasmengen bei akzeptablen thermischen Wirkungsgraden und minimalen Kosten zu verarbeiten .

Es wurden umfangreiche Arbeiten durchgeführt, um die optimale Packungsmaterialgeometrie zu ermitteln, um das hydrodynamische Mischen zu verbessern und den Stoffaustausch zu maximieren, um die Größe und den Druckabfall über den Wäscher zu minimieren. Die Absorptions- oder Entfernungseffizienz (, definiert in (1), wobei und die Schadstoffkonzentration sind, ausgedrückt als molare Fraktion am Einlass und Auslass, bzw.) ist ein Mittel, um die Leistung des Wäschers auszudrücken. Mehrere Autoren haben fälschlicherweise als Lösungsmitteleigenschaft bezeichnet, obwohl zwei Wäscher, die dasselbe Lösungsmittel verwenden, unterschiedliche Absorptionseffizienzen aufweisen könnten. Betrachten Sie

Aminaufnahmekapazität. Amine sind Ammoniakderivate, in denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch einen organischen Rest ersetzt sind. Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA) und Methyldiethanolamin (MDEA) sind die am häufigsten verwendeten Amine in Waschanwendungen. Die CO2-Absorptionskapazität von Aminen wird leicht durch die Anwesenheit von SO2, NO2, HCl, HF oder O2 im Gasstrom abgebaut. Diese Komponenten bilden irreversible Nebenprodukte, die die Reaktionsgeschwindigkeit während des Absorptionsprozesses verringern und die Komplexität des Lösungsmittelrückgewinnungsprozesses erhöhen.

Das Absorptionsvermögen ist eine Lösungsmitteleigenschaft, die als die maximal molare Menge an absorbiertem Schadstoff pro Mol Lösungsmittel definiert ist. Diese Eigenschaft wird verwendet, um die geeignete Beladung (Schadstoff / Lösungsmittel-Molverhältnis) in Wäscherdesigns zu definieren. Niedrige Beladungen führen zu Kolonnen mit geringer Absorptionseffizienz, während hohe Beladungen zu einem übermäßigen Lösungsmittelbedarf und hohen Betriebskosten führen. Das CO2-Absorptionsvermögen von Aminen ist abhängig von der Lösungsmittelkonzentration, der Zusammensetzung des Gasstroms und der Betriebstemperatur .

Amine sind zur chemischen und physikalischen CO2-Absorption fähig. Die physikalische Absorption wird durch das thermodynamische Gleichgewicht zwischen CO2-Molekülen in der gas- und wässrigen Phase gesteuert und durch das Henry-Gesetz beschrieben: Wo ist der Gleichgewichtspartialdruck der Komponente in der Gasphase, der Gesamtdruck, die Henry-Gesetz-Konstante der Komponente, die Gleichgewichtskonzentration der Komponente in der Gasphase (ausgedrückt als Molanteil) und die Gleichgewichtskonzentration der Komponente in der flüssigen Phase (ausgedrückt auch als Molanteil).

Die Henry’sche Gesetzkonstante wird in einer temperatur- und druckkontrollierten geschlossenen Kammer bestimmt, indem die Gleichgewichtskonzentration der Komponente in der Gas- und Flüssigphase mittels spektrophotometrischer oder chromatographischer Analyse gemessen wird. Diese Methode eignet sich für Systeme, die rein physikalisch absorbiert werden, z. B. CO2-Absorption in H2O. Es ist jedoch unangemessen, wenn das Lösungsmittel eine chemische Absorption aufweist, da das Verfahren nicht gewährleistet, dass das Lösungsmittel vollständig gesättigt wird. Die Forscher wenden diese Methode seit mehreren Jahren an, indem sie ihre Ergebnisse in Bezug auf den Gleichgewichtspartialdruck der Gasphasenkomponente ausdrücken und diese Werte als Löslichkeit des Schadstoffs im Lösungsmittel bezeichnen. In: Tong et al. kombinierte experimentelle Arbeiten mit einer umfangreichen Literaturübersicht, um die Löslichkeit von CO2 in 30% (w / w) wässrigen Lösungen von MEA als Funktion von Temperatur und Beladung zu beschreiben. Der Einfachheit halber gibt Abbildung 1 die veröffentlichten Ergebnisse wieder. Diese Ergebnisse können nicht zur Beschreibung der Absorptionskapazität des Lösungsmittels verwendet werden, da die Gleichgewichtsbedingungen, unter denen die Daten gesammelt wurden, keine Sättigung des Lösungsmittels gewährleisten. Darüber hinaus können diese Ergebnisse nicht zur Bestimmung der Henry’schen Gesetzkonstante für das MEA-H2O-CO2-System verwendet werden, da sie das in der flüssigen Phase in molekularer Form verbleibende CO2 nicht quantifizieren und weil das System, wie bereits erwähnt, eine chemische Absorption aufweist.

Abbildung 1

Löslichkeit von CO2 in 30% (w/w) wässrigen MEA-Lösungen bei 313 K als Funktion der Beladung (Mol CO2 pro Mol MEA), aus Tong et al. .

Die chemische Absorption basiert auf Reaktionen zwischen CO2 und dem Amin. Es wurde berichtet, dass die chemische Absorption mit dem Druck nicht signifikant ansteigt . Es gibt zwei grundlegende Mechanismen für die Reaktion von Aminen (R-NH2) mit CO2 :Für gängige primäre und sekundäre Amine wie MEA und DEA überwiegt die Reaktion (3) zu einem stabilen Carbamat (), das 2 Mol Amin pro Mol CO 2 benötigt und somit die Absorptionskapazität des Amins auf 0,5 Mol CO 2 pro Mol Amin, d.h. 360 g CO 2/Kg MEA, begrenzt. Instabile Carbamate können jedoch hydrolysieren, um Bicarbonat () zu bilden, wie durch Reaktion (4) beschrieben. Unter dieser Bedingung beträgt die nominale MEA-CO2-Absorptionskapazität ein Mol CO2 pro Mol MEA, dh 720 g CO2 / Kg MEA. Tertiäre Amine wie MDEA folgen nur der Reaktion (4).

Die physikalischen und chemischen MEA-Absorptionskapazitäten werden durch Temperatur, Druck, Vorhandensein zusätzlicher Gase und die wässrige MEA-Konzentration beeinflusst.

Yeh und Bai maßen die CO2-Absorptionskapazität von MEA in einem halbkontinuierlichen Reaktor, der aus einer 60-mm-Glasflasche mit 200 ml Lösungsmittel bestand. Die Absorptionskapazitäten reichten von 360 bis 380 g CO2 / kg MEA unter Verwendung von MEA-Konzentrationen von 7-35% (w / w) und Gasdurchflussraten von 2-10 SLPM von 8-16% CO2, verdünnt in sauberer Luft. Die Reaktionstemperatur variierte zwischen 10 und 40°C. Vor kurzem haben Rinprasertmeechai et al. verwendete einen gerührten 100-ml-Reaktor, der 50 ml 30% (w / w) wässrige MEA-Konzentration bei 25 ° C und Atmosphärendruck enthielt, um eine Absorptionskapazität von 0,45 CO2 Mol / mol Amin (324 g CO2 / kg MEA) für ein simuliertes Rauchgas mit 15% CO2, 5% O2 und 80% N2 zu erhalten, das mit 0,05 SLPM strömte. Diese beiden Papiere berichteten weder über den Austrittsgasfluss noch entfernten sie das O2 im Gasstrom, was zu einer Unterschätzung der CO2-Absorptionskapazität von MEA führte. Kürzlich Kim et al. berichtete über eine Absorptionskapazität von 0,565 CO2 Mol / mol Amin (407 g CO2 / kg MEA) unter Verwendung von 30 vol% CO2 verdünnt in N2 und einer festen Durchflussrate von 1 SLPM, überwacht durch einen Massendurchflussregler und Gaschromatographie zur Bestimmung der CO2-Konzentration am Ausgang des Reaktors.

Die Meinungsverschiedenheiten in früheren Ergebnissen sind auf Abweichungen in den Testmethoden, der Aminverdünnung, der Lösemitteltemperatur und -druck sowie der Einlassgaszusammensetzung zurückzuführen und unterstreichen die Notwendigkeit einer Standardmethode zur Bestimmung der Absorptionskapazität von Lösungsmitteln. Die daraus resultierenden experimentellen Daten werden benötigt, um Wäscherdesigns für die CO2-Sequestrierung aus fossilen Abgasen zu optimieren. Wir schlagen ein Standardverfahren zur Bestimmung von Absorptionskapazitäten vor, das aus einer Gasbläservorrichtung besteht, in der die Gasphasensubstanz unter Standardbedingungen in eine feste Menge Absorptionsmittel eingeblasen wird. Wir haben diese Methode systematisch angewendet, um die CO2-Absorptionskapazität von MEA als Funktion der MEA-Konzentration und der CO2-Konzentration im Gasstrom zu bestimmen. Die während der Absorptionstests erhaltenen Sättigungskurven zeigten eine sigmoide Form, die durch eine Exponentialfunktion beschrieben werden konnte, die durch zwei Parameter gekennzeichnet war: die Form- und Effizienzfaktoren. Die richtige Verwendung dieser Faktoren könnte zu kompakteren und effizienteren Wäscherdesigns führen.

2. Materialien und Methoden

Abbildung 2 veranschaulicht die vorgeschlagene Methode zur Bestimmung der chemischen und physikalischen Absorptionskapazität von Lösungsmitteln. Die Vorrichtung besteht aus einer Gasbläseranordnung, bei der der Gasstrom unter Normalbedingungen durch eine festgelegte Menge Absorptionsmittel geblasen wird. Vor der Prüfung wird das System auf Dichtheit geprüft und mit einem Inertgas gespült. Die Experimente werden unter Standardbedingungen von Druck und Temperatur (101 kPa, 25 ° C) durchgeführt. Um bei exothermen oder endothermen Reaktionen eine konstante Temperatur zu gewährleisten, befindet sich das System in einem thermostatisierten Wasserbad. Der Reaktor wird kontinuierlich gerührt, um Schichtungen oder Inhomogenitäten innerhalb des Reaktors zu vermeiden. Die Ein- und Auslassgaszusammensetzung und der Durchfluss werden mit allgemein anerkannten Methoden gemessen. Es ist wichtig, vor der Messung des Austrittsgasstroms eine Wasserdampffalle zu verwenden, um Messverzerrungen aufgrund des Vorhandenseins von Wasser im Gasstrom nach dem Blasenvorgang zu vermeiden. Der Gesamtgasstrom über den Bubbler sollte so gering wie möglich sein (< 1 SLPM), um eine vollständige Wechselwirkung des Gases mit dem Lösungsmittel zu gewährleisten. Die Temperatur, der Druck und die Konzentration der absorbierenden Substanz werden ebenfalls überwacht. Das Volumen der Lösung im Bubbler wird bei 0,5 L gehalten.

Abbildung 2

Vorgeschlagene Vorrichtung zur Bestimmung des Absorptionsvermögens von Gasphasenkomponenten durch Flüssigphasenabsorber.

Tabelle 1 beschreibt die zu messenden Größen und die empfohlenen Werte für die unabhängigen Größen sowie die Anforderungen an die Sensoren hinsichtlich Auflösung, Reichweite und Messverfahren. Es sollten mehrere Versuche durchgeführt werden, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu überprüfen.

Die Methode wurde zur Bestimmung der CO2-Absorptionskapazität von MEA bei mehreren wässrigen MEA-Konzentrationen und gasförmigen CO2-Konzentrationen angewendet.

3. Ergebnisse

Abbildung 3 zeigt die molare CO2-Konzentration des Gasphasenstroms am Einlass und Auslass des Bubblers. Es zeigt sich, dass bei einer Eingangskonzentration von 30% CO2 MEA-Konzentrationen unter 50% (w/w) nicht in der Lage waren, 100% des im Gasstrom vorhandenen CO2 zu absorbieren. Diese geringe Absorptionseffizienz ist keine Eigenschaft des MEA-Lösungsmittels, sondern eine Eigenschaft der Testvorrichtung und zeigt an, dass die Verweilzeit des Gasstroms innerhalb des Bubblers für niedrige MEA-Konzentrationen zu niedrig ist, um genaue Messungen zu erhalten.

Abbildung 3

Entwicklung der molaren CO2-Konzentration am Einlass und Auslass des Sprudlers als Funktion der wässrigen MEA-Konzentration.

3.1. CO2-Absorptionskapazität von MEA

Unter Verwendung der Werte von , , , und erhalten als Funktion der Zeit während des Blasentests (gezeigt in Abbildung 3), die Absorptionskapazität des Lösungsmittels wird bestimmt durchwo ist das Molekulargewicht der absorbierten Komponente, ist die universelle Gaskonstante, ist die absolute Standardtemperatur, ist der Standarddruck, ist die Zeit, und sind Indizes, um den Beginn und das Ende des Sättigungsprozesses anzuzeigen, ist die Masse des Lösungsmittels im Bubbler, ist der Gasvolumenstrom, ausgedrückt unter Standardbedingungen, und und sind Dieindizes, die Einlass oder Auslass anzeigen werte.

Abbildung 4 ist ein Vergleich der erhaltenen Werte, der in früheren Arbeiten gemeldeten Daten und der nominalen CO2-Absorptionskapazität von MEA.

Abbildung 4

CO2-Absorptionskapazität von MEA für mehrere Ebenen der wässrigen MEA-Konzentration (), erhalten mit der Blasenmethode. Yeh und Bai verwendeten einen Reaktor mit 200 ml Lösungsmittel und einer Gasdurchflussrate von 2-10 SLPM von 8-16% CO2, verdünnt in sauberer Luft. Die Temperatur variierte von 10 bis 40 °C. Rinprasertmeechai et al. verwendete einen Rührreaktor, der 50 ml einer 30% igen (w / w) wässrigen MEA-Konzentration bei 25 ° C und mit einem simulierten Rauchgas enthielt, das 15% CO2, 5% O2 und 80% N2 enthielt und mit 0,05 SLPM strömte. In: Kim et al. verwendet einen Rührreaktor mit 1 L 30% (w / w) wässrigem MEA bei 25 ° C mit 30 vol% CO2 verdünnt in N2 und einer Flussrate von 1 SLPM. Alle Arbeiten wurden bei Atmosphärendruck durchgeführt.

Mehr als 100 komplette Versuchssätze wurden von mehreren Mitarbeitern durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die CO2-Absorptionskapazität von MEA konzentrationsabhängig ist, Erhöhung von bis g CO2 / kg MEA bei Reduzierung von 30 zu 2.5% (w / w) und logarithmisch Annäherung an die nominale Absorptionskapazität von 720 g CO2 / Kg MEA bei sehr niedrigen Konzentrationen. Tabelle 2 listet die Mittelwerte und den beobachteten experimentellen Fehler auf.

Änderungen der CO2-Absorptionskapazität mit Lösungsmittelverdünnung wurden auch von Yeh und Bai für das NH3 / H2O / CO2-System beobachtet. Änderungen der CO2-Absorptionskapazität von MEA mit der Konzentration können dadurch erklärt werden, dass überschüssiges Wasser die Reaktion (4) begünstigt und dass diese Reaktion zu einer nominellen Absorptionskapazität führt, die doppelt so hoch ist wie die durch die Reaktion (3) erhaltene. Daher führen niedrige Konzentrationen von MEA zu einer maximalen CO2-Absorption auf Kosten der Verringerung der Wechselwirkung zwischen den CO2- und MEA-Molekülen und einer geringeren Wahrscheinlichkeit, in angemessener Zeit eine vollständige Aminsättigung zu erreichen. Änderungen der CO2-Absorptionskapazität von MEA mit Lösungsmittelverdünnung könnten auch auf Solvationseffekte zurückzuführen sein.

Diese Ergebnisse definieren die technologische Herausforderung bei der Festlegung optimaler Wäscherbetriebsbedingungen. Hohe MEA-Konzentrationen gewährleisten eine 100% ige Entfernungseffizienz, bieten jedoch eine geringe CO2-Absorptionskapazität und erhöhen die im Prozess erforderliche MEA-Menge. Auf der anderen Seite bieten niedrige Konzentrationen eine hohe CO2-Absorptionskapazität, aber eine geringe Entfernungseffizienz. Es ist möglich, dass ein sequentieller zweistufiger Prozess das kostengünstigste Mittel zur Erreichung dieser gegensätzlichen Ziele sein könnte.

Abbildung 4 vergleicht auch die in diesen Experimenten gemessenen CO2-Absorptionskapazitäten von MEA mit denen, die in früheren Arbeiten berichtet wurden. Obwohl die Ergebnisse nicht vollständig vergleichbar sind, da sie unter verschiedenen Bedingungen erhalten wurden, zeigt Abbildung 4, dass die Werte ähnlich sind. Der relevanteste Unterschied zu Yeh und Bai und Rinprasertmeechai et al. war die Anwesenheit von O2 im Gasstrom und mit Huertas et al. war die Anwesenheit von H2S im Gasstrom. Neben CO2 kann MEA H2S, SO2 und HCl absorbieren. MEA wird durch die Anwesenheit von O2, NO2, SO2, HCl und HF abgebaut. Daher ist es bei der Bestimmung der CO2-Absorptionskapazität von MEA wichtig, die Interferenz dieser Spezies zu eliminieren.

Abbildung 4 zeigt auch, dass die Absorptionskapazität unabhängig von der CO2-Konzentration in der Gasphase war. Es wurde festgestellt, dass diese Schlussfolgerung zutrifft, solange der Gasstrom keine MEA-empfindlichen Komponenten wie O2 und H2S enthält.

Es könnte argumentiert werden, dass die Erhöhung der MEA-Absorptionskapazität bei niedrigen Konzentrationen auf den Beitrag der CO2-Absorptionskapazität von Wasser zurückzuführen ist. Daher wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um die CO2-Absorptionskapazität von reinem Wasser zu bestimmen. Unter Verwendung der vorliegenden Methodik wurde festgestellt, dass Wasser 0,3 g CO2 / kg H2O absorbierte, eine vernachlässigbare Menge im Vergleich zu den Variationen der CO2-Absorptionskapazität, die in wässrigen MEA-Lösungen beobachtet wurden. Da Wasser nur zur physikalischen CO2-Absorption in der Lage ist, wurde diese Messung mit dem Wert verglichen, der aus der Henry’schen Gesetzkonstante erhalten wurde. Für die Bedingungen, unter denen das Experiment durchgeführt wurde, beträgt Henrys Konstante 144 MPa und die CO2-Absorptionskapazität von Wasser unter Standardbedingungen beträgt 0.375 g CO2 / kg H2O. Diese Vereinbarung zeigt die Fähigkeit der vorgeschlagenen Methode, sowohl die chemische als auch die physikalische Absorption zu messen.

3.2. Charakterisierung des Sättigungsprozesses

Abbildung 3 zeigt, dass die Auslass-CO2-Konzentrationsprofile während der Blasentests eine Sigmoidform aufwiesen und an die folgende Gleichung angepasst werden konnten: Wobei der Effizienzfaktor, der Formfaktor, die Zeit und und Indizes sind, um den Beginn und das Ende des Sättigungsprozesses anzuzeigen. und kann durch lineare Kurvenanpassung erhalten werden, wenn (6) wie folgt ausgedrückt wird:Die Korrelationskoeffizienten, die aus Kurvenanpassungen für alle Fälle erhalten wurden, lagen nahe der Einheit (), was darauf hinweist, dass die experimentellen Daten gut zu (6) passen. Dies zeigt, dass der Sättigungsprozess durch und gut dargestellt wurde und diese beiden Parameter die Lösungsmittelaufnahmekapazität eindeutig charakterisieren.

Abbildung 5 enthält Diagramme der Ergebnisse für und . Es kann beobachtet werden, dass die Faktorform und der Wirkungsgrad nicht konzentrationsabhängig waren ( und .

(ein)

(b)

(a)
(b)

Abbildung 5

Ergebnisse der Kurvenanpassung der CO2-Konzentration an (6). Links ist der Wirkungsgrad () und rechts der Formfaktor () als Funktion der wässrigen MEA-Konzentration aufgetragen. Die blaue horizontale Linie zeigt den entsprechenden Durchschnittswert an.

Diese Faktoren können verwendet werden, um die CO2-Absorptionskapazität von MEA bei jeder wässrigen Konzentration abzuschätzen, verschiedene Lösungsmittel zu vergleichen und die Sättigungszeit während des Blasentests zu bestimmen.

3.3. Die Sensitivitätsanalyse

Gemäß (5) ist eine Funktion von Druck, Temperatur, Gasphasen-CO2-Konzentration, Volumenstrom und Sättigungszeit. Bei Anwendung der Gleichung der Fehlerzusammensetzung ((8), wobei der Absolutwert der partiellen Ableitung von in Bezug auf jede unabhängige Variable ist) bis (5) und unter Berücksichtigung der Genauigkeit der in Tabelle 1 angegebenen Instrumente () und des Bereichs der typischerweise von jeder Variablen gemessenen Werte (ebenfalls in Tabelle 1 angegeben) beträgt die Unsicherheit der für () erhaltenen Werte weniger als 1% der gemeldeten Werte. Die CO2-Konzentration und der Volumenstrom hatten den größten Einfluss auf die Bestimmung der Absorptionskapazität, und der Genauigkeit und Präzision der Instrumente zur Überwachung dieser beiden Variablen sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Tabelle 1 enthält den ungefähren prozentualen Beitrag jeder Variablen zur Gesamtunsicherheit der für die Verwendung des Blasentests erhaltenen Werte. Betrachten Sie

4. Schlussfolgerungen

Es wird ein Standardtest zur Bestimmung des physikalischen und chemischen Absorptionsvermögens von Gasphasenkomponenten durch Flüssigphasenabsorber beschrieben. Es besteht aus einer Gasbläservorrichtung, in der der Gasstrom unter Standardbedingungen in eine feste Menge Absorptionsmittel eingeblasen wird. Die Empfindlichkeitsanalyse ergab, dass die Gaszusammensetzung und der Volumenstrom die Variablen mit dem größten Einfluss auf die Bestimmung der Absorptionskapazität sind, und dass der Genauigkeit und Präzision der zu ihrer Überwachung verwendeten Instrumente besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden sollte.

Diese Methode wurde angewendet, um die CO2-Absorptionskapazität von MEA () bei mehreren wässrigen MEA-Konzentrationsstufen () und gasförmigen CO2-Konzentrationen zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass die nominale CO2-Absorptionskapazität nähert (720 g CO2 / kg MEA) bei sehr niedrigen , Erhöhung von bis g CO2 / kg MEA, wenn wurde reduziert von 30 zu 2.5% (w / w). Diese Ergebnisse stimmen mit den in früheren Studien gemeldeten Werten überein. Wie erwartet hing die CO2-Absorptionskapazität von MEA nicht von der CO2-Konzentration im Eintrittsgasstrom ab, solange der Gasstrom keine anderen Komponenten enthielt, die mit dem Amin reagieren könnten, wie H2S oder O2.

Während der Blasentests zeigten die Auslass-CO2-Konzentrationsprofile eine Sigmoidform, die durch eine Exponentialgleichung beschrieben werden konnte, die einen Effizienzfaktor () und einen Formfaktor () enthielt. Statistische Analysen, die auf Korrelationsanalysen basierten, zeigten, dass die experimentellen Daten in allen Fällen gut zu dieser Gleichung passten, als sie 6,1 ± 0,35 betrug, und daher charakterisieren diese beiden Parameter die CO2-Absorptionskapazität von MEA unter Standardbedingungen.

Symbole

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt bezüglich der Veröffentlichung dieser Arbeit besteht.

Danksagungen

Dieses Projekt wurde teilweise vom Nationalen und internationalen mexikanischen Rat für Wissenschaft und Technologie (CONACYT und COMECYT), der MOPESA Company aus México, dem Global Institute of Sustainability des Tecnológico de Monterrey in Mexiko und der EAN University of Colombia finanziert. Die Autoren bedanken sich auch für die Beiträge der Ingenieure Maryin Rache und Johana Diez von der National University of Colombia zu dieser Arbeit.